基于微机电系统技术和纳米金自组装膜的安培型免疫传感器研究

基于微机电系统(MEMS)技术制备安培型免疫传感器,并利用基于硫醇单层膜的纳米金单层膜自组装技术设计传感器界面,用于固定人免疫球蛋白(IgG)抗体,研制了一种新型的安培型免疫传感器。采用MEMS技术,在硅片上制备微型的三电极系统以及SU-8反应池。基于自组装技术,先在金电极上自组装巯基乙胺单层膜,利用膜上氨基与纳米金共价结合组装纳米金单层膜,得到可用于固定抗体的界面。实验探讨了影响抗体固定的主要实验参数和条件;考察了采用此固定化方法传感器的响应性能,与金电极直接吸附固定法和戊二醛共价交联固定法进行了比较。对IgG检测的实验结果表明,采用纳米金自组装膜固定抗体,具有活性高、非特异性吸附小、检测线性范围宽等优点。并且,基于MEMS技术的安培型免疫传感器具有微型化、与集成电路工艺相兼容、易于实现传感器的阵列化和实时多参数检测等优点。

电化学聚合吡咯掺杂蛋白A固定抗体的安培型沙门氏菌微传感器

基于电化学聚合将蛋白A(staphylococcal protein A)与吡咯掺杂后共聚于电极表面的新方法设计传感界面,结合采用微机电系统(micro electro mechanical systems,MEMS)技术制备的两电极系统,开发了一种新型的利用电聚合引入蛋白A进而固定抗体、提高检测性能的安培型免疫微传感器,并应用于沙门氏菌(Sal-monella typhimurium,S.typhi)的检测。考察了传感器检测沙门氏菌的响应特性,优化了相关实验条件及参数,并结合扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)图像验证了该抗体固定方法的有效性。实验表明,采用电化学聚合方法固定蛋白A进行敏感膜修饰,操作简便省时(<10min)、可控性强,试剂用量少(10μL),能够有效改善抗体固定效果,提高传感器检测性能,适于微型免疫传感器的表面修饰研究。以此设计的安培型免疫微传感器能够检测100cfu/mL沙门氏菌溶液,具有良好的重复性和特异性。

用于氨氮检测的无透气膜安培型氨气微传感器及系统

设计并制备了一种无透气膜的安培型氨气微传感器,并构建了氨氮检测系统,该系统实现了将溶液中的氨氮转化为氨气,并应用所设计的微传感器检测气态氨氮.采用MEMS工艺制备组成该微传感器的微电极芯片,氨敏感材料选用铂黑,通过电化学方法修饰于微电极表面.在微电极芯片的SU-8微池中滴入微量LiCl溶液,形成可使氨气迅速扩散到电极表面的薄层电解液.使用自行设计的氨氮检测系统对不同浓度氨氮样品进行检测,对微传感器的时间响应特性、线性度、灵敏度及重复性进行了测试和分析.微传感器的线性范围为0.2 mg/L～4 mg/L,线性相关系数为0.984 7,检测下限为0.2 mg/L,达到90%响应信号所需的时间在3 min以内.结果表明,使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法是可行的.

基于电化学共聚蛋白A固定抗体的安培型免疫微传感器

研究了共聚合吡咯和蛋白A(staphylococcal protein A)修饰传感界面的新方法,用于安培型免疫微传感器检测人免疫球蛋白(immunoglobulin G,IgG)抗原.基于微机电系统(micro electro mechanical systems,MEMS)技术,在硅片上制备带有SU-8微反应池和微型两电极系统的传感芯片,利用电化学循环伏安法,将蛋白A与吡咯掺杂后共聚于工作电极表面,以此固定IgG抗体.优化蛋白A和抗体固定的实验条件,对聚合膜进行了扫描电镜(SEM)成像分析.实验结果表明,该方法操作简便、可控性强,在160s内能够有效固定蛋白A,改善抗体固定效果,与用聚吡咯修饰传感界面的方法相比,检测灵敏度提高约10%,以此实现的安培型免疫微传感器非特异性吸附小,具有较好的重复性和稳定性.

PPB级锆基安培型NO气体传感器性能的研究

采用丝网印刷技术制备了以In2O3为敏感电极的锆基安培型三电极NO传感器用以探测10-9级NO气体。用X射线衍射仪（XRD）和扫描电镜（SEM）对该传感器进行了理化分析;通过测量其在不同温度和不同NO浓度的气氛中的伏安特性曲线和时间响应曲线,研究了传感器的电流输出信号和NO浓度的关系以及时间响应特性。实验表明：在350℃~500℃测试温度范围内,极化电压为-60 m V,NO浓度变化为0~900×10-9时传感器响应电流的变化值Δcurrent和NO浓度之间存在较好的线性关系并且传感器在400℃时响应值最大。在被测气体总流量为100 cm3/min时,传感器信号90%的响应和恢复时间分别为18 s和12 s。传感器信号不受CO2浓度变化的影响,传感器的响应信号在测试时间里具有较好短期稳定性,但长期稳定性有待进一步提高。本文还采用阻抗谱分析方法对传感器的响应机理进行了初步的探索。

基于壳聚糖-二茂铁／碳纳米管传导复合物的无标记安培型免疫传感器

免疫传感器是将免疫测定法与高灵敏的传感技术相结合而构建的一类新型生物传感器，应用于痕量免疫原性物质的分析研究。在各类免疫传感器研究中，安培型免疫传感器因其高灵敏度和简单的仪器设备引起了国内外许多学者的兴趣。然而，抗原和抗体没有电活性，通常需要对抗原或抗体进行步骤复杂的标记以制备安培型免疫传感器，并提高传感器的检测灵敏度。

基于核酸酶安培型电化学生物传感器的示差脉冲伏安法测定纺织品中的铅

建立基于核酸酶安培型电化学生物传感器的示差脉冲伏安法测定纺织品中铅的含量。信号探针集成的核酸酶17E DNAzyme铅离子识别体系组装在金纳米粒子修饰的金基底电极上,同时作为生物识别元件和信号元件。采用三电极体系,以0.1 mol/kg的NaClO_4溶液为电解质溶液。调整时间为50 ms,间隔时间为0.5 s,调制振幅为50mV,阶跃电势为5 mV,扫描范围为0.15～0.55 V,采用示差脉冲伏安法测定铅离子。铅离子的质量浓度c在0.020～2.0μg/kg范围内,其对数lgc与电极峰电流信号的变化率(I_0–I)/I_0呈良好的线性关系,线性相关系数为0.992 4,方法检出限(S/N=3)为1.3μg/kg。测定结果的相对标准偏差为2.5%～4.0%(n=6),加标回收率为91.4%～105.3%。该方法与国标法的测定结果无显著性差异。该传感器对铅离子的检测具有良好的选择性,实现了对溶液中铅离子的无试剂化检测。该方法操作简便,准确度高,可用于纺织品铅含量的检测。

基于普鲁士蓝／双胺氧化酶修饰的生物胺传感器

通过壳聚糖及戊二醛将双胺氧化酶固定在普鲁士蓝修饰的玻碳电极表面,制备了生物胺传感器.考察了该传感器的电化学特性并优化了实验条件.结果表明,在优化条件下所制备的传感器的电流响应与组胺浓度在0.33μmol/L^3.3 mmol/L(3.7×10-2~3.7×102mg/L)范围内相关;检测限(S/N=3)为0.05μmol/L(6μg/L).该传感器具有响应范围宽、灵敏度高、选择性强、简便快速的特点.

胆碱酯酶生物传感器测定有机磷农药敌敌畏

以固定化乙酰胆碱酯酶作敏感物质、银基汞膜电极作基础电极,制备了安培型生物传感器。采用单扫描伏安法考察了传感器对有机磷农药敌敌畏的响应特性。以乙酰硫代胆碱作底物,在0.05mol/LpH=7.0的硼砂缓冲溶液中,底物水解产物硫代胆碱在-0.33V处有灵敏的还原峰。在1.0×10-8～1.0×10-6mol/L浓度范围内对敌敌畏进行了测定,校准曲线呈现良好的线性关系,r=0.9988。抑制率为5%时,对敌敌畏的检出限为2.8×10-10mol/L。

基于MEMS和A蛋白自组装膜抗体定向固定技术的安培型免疫传感器

采用微机电系统（micro electromechanical systems，MEMS）技术制备安培型免疫传感器电极系统，并利用A蛋白和硫醇白组装单层膜（self-assembled monolayer，SAM）设计传感界面，用于抗体的定向固定，研制了一种新型的安培型免疫传感器．首先采用MEMS技术，在硅片上制备“Au，Pt，Pt”微型三电极系统和SU-8微型反应池；然后基于自组装技术，先在金电极上制备巯基乙胺自组装单层膜，利用静电吸附作用在巯基乙胺单层膜上组装A蛋白，再利用A蛋白对抗体的定向吸附作用实现抗体在金电极表面的定向固定．该传感器的研制以低成本、微型化、高度集成，以及实现“片上系统”生物传感器为目标．采用循环伏安法和计时电流法研究传感器的响应特性，与采用块体电极的传统传感器以及采用在电极上直接吸附A蛋白的抗体固定方法相比，该传感器体积小，与CMOS集成电路工艺兼容，对人免疫球蛋白（HIgG）的测定响应快（20s），线性范围宽（50--400μg／L），检出限低（10μg／L），并且易于实现传感器的阵列化和实时多参数检测．

基于微型氨气敏感单元的氨氮检测系统研究

设计并制备了一种具有微池薄液层结构的安培型氨气微传感器,并以此微传感器构建了氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。该微传感器为采用MEMS工艺制备的微电极芯片。在微传感器的设计中,将传统的薄层电解液与腔体两结构融为一体,省去了腔体结构,有效减小了体积。氨敏感材料选用铂黑,通过电化学方法修饰于微电极表面。薄层电解液选用保湿性较好的LiCl溶液。使用自行设计的氨氮检测系统对不同浓度氨氮样品进行检测,线性范围0.4～5(mg/L),线性相关系数0.992,检测下限0.2(mg/L),达到90%响应信号所需的时间在2 min以内。结果表明,使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法是可行的。微池薄液层的设计使传感器结构简单、便于加工,同时使氨气可以迅速扩散到电极表面,保证了传感器的响应速度。

三维立体结构微纳电极研究

基于体硅加工工艺和纳米材料技术,研制微电机系统(MEMS)尺度敏感微结构与纳米铂颗粒的复合结构,提高微电极电化学性能,制备具有三维立体微结构的安培型微电极传感器。利用硅的各向异性湿法腐蚀技术在毫米级的工作电极表面实现微米级的锥体形微池阵列,以H2O2为检测对象考察立体电极结构对传感器性能的改进效果,实验证明,立体结构的设计使传感器具有更低的检出限(8μmol/L)及更高的灵敏度(在0～200μmol/L浓度范围内检测灵敏度提高约85%),且具有较好的线性和重复性。利用电化学方法在电极表面沉积铂黑,通过微观形貌分析和电化学特性考察,比较了在平面微电极和立体微电极上修饰纳米材料的效果。立体结构为电沉积铂纳米颗粒提供了更为理想的微环境,改善了纳米材料修饰的效果;立体结构微电极与纳米颗粒的尺寸效应相结合,进一步提高了电极的催化效率和电化学特性。

包装纸中五氯苯酚的快速检测

本文采用电化学法还原石墨烯,成功构建了安培型电化学传感器用于包装纸中五氯苯酚的快速检测。首先由改进的Hummers方法合成了氧化石墨烯,修饰于丝网印刷碳电极(SPCE)表面,然后通过一步电化学还原法制得还原石墨烯(rGO)修饰的SPCE(rGO/SPCE)。采用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)以及拉曼光谱仪等对合成的材料进行表征。得益于rGO对电极电子传递效率的改善,构建的传感器rGO/SPCE表现出对五氯苯酚(PCP)快速、高选择性的电化学响应,其线性范围为0.6～9.6mg L_(-1) (R2=0.994),灵敏度为0.9336μA·L·mg_(-1),检出限为0.032 mg L_(-1) (S/N=3),平均回收率为83.73%～94.3%。此外,传感器表现出较好的稳定性和重复性。