用于水污染重金属检测的微电极阵列传感器芯片

基于溶出伏安法,采用一种新型的汞膜金微电极阵列传感器芯片,实现了水污染痕量重金属离子Zn2+、Cd2+、Pb2+和Cu2+的同时检测.在K3[Fe(CN)6]溶液中对微电极阵列传感器进行循环伏安扫描,分析其电化学特性及实际表面积,采用电化学阻抗谱法检验微电极阵列传感器表面汞膜沉积的程度.镀汞后的微电极阵列传感器采用差分脉冲阳极溶出伏安法,同时检测样本溶液中的重金属元素:Zn2+、Cd2+、Pb2+和Cu2+,得到的Cd2+、Pb2+和Cu2+的标准工作曲线线性度良好,检测下限分别为0.1、0.5和0.3μg/L,但Zn2+的标准工作曲线线性度较差,这主要是由测试基线的漂移及不准确的加标造成的.

用于微电极阵列和光同时记录的神经传感器平台设计

微电极阵列(MEA,Microelectrode Arrays)和光成像记录已成为从神经网络收集可靠数据的重要工具。然而,没有商业平台被设计用于微电极阵列和光成像的同时记录,由于商业平台的物理限制和高成本,无法对其进行定制。为了解决这个问题,开发了一个小体积的定制神经记录平台,它很容易集成到现有的显微镜环境中。该系统的特点是低输入参考噪声(<2μV)、紧凑的尺寸以及有同时执行微电极阵列和光成像记录的能力。使用该平台对微电极阵列上的神经元进行测量验证表明,该平台为研究钙动力学及其与神经元中动作电位的关系提供了有价值的工具。

基于叉指阵列微电极的阻抗免疫传感器研究进展

叉指阵列微电极(Interdigitated array microelectrodes,IDAM)具有检出限低、灵敏度高和信噪比好等优点,近年来在分析化学领域引起了极大的关注。阻抗免疫传感器将IDAM与免疫测定技术相结合,通过抗原抗体的特异性反应引起IDAM之间介质的阻抗变化实现对目标物的检测。本文分析了IDAM的特点、制作材料以及电极设计参数对系统检测性能的影响,评述了IDAM阻抗免疫传感器的工作原理、等效电路分析,综述了IDAM阻抗免疫传感器在食品安全分析和临床诊断领域中的应用,并讨论了目前研究中存在的问题及其发展趋势。

基于微电极阵列和无线传感器网络的水环境重金属检测系统研究

为对区域水环境中重金属进行有效检测,提出了一种基于微电极阵列和无线传感器网络的重金属现场检测技术。为此,提出了一种带状微电极阵列芯片,用于锌、铅、铜等三种重金属离子的测量;基于带状微电极阵列芯片,开发了自动化的水环境重金属现场检测仪器;多台仪器通过802.11 b/g无线协议组成无线传感器网络,对区域水环境中的重金属含量进行检测。在实验室通过重金属标准溶液对仪器性能进行验证,表明仪器具有较好的精确度;在自然水域进行了传输距离、无线组网测试;完成了自然水域样品重金属浓度检测,并同原子吸收法进行了对比验证。

基于MEMS技术的微电极阵列细胞传感器

经典的细胞电生理记录方法的缺点是难以实现长时程测量,同时也难以实现对细胞网络的多位点同时测量.近年来,随着胞外电生理研究的不断深入和半导体微机械加工技术的发展,传感器件的微型化和集成化为细胞的微环境测试和电生理研究提供了强有力的手段.基于多年来在细胞芯片上的研究,介绍了用于细胞外电生理测试的微电极阵列(microelectrode array,MEA),分析其原理、设计及加工过程;并对心肌细胞在其表面生长情况和电信号传递过程进行八通道并行动作电位检测;最后对所测得的结果加以讨论.实验证明,该细胞芯片可对多个细胞同时进行长期、无损的胞外电信号测量,制备简单、使用方便、可进一步应用于细胞电生理研究、药物检测等领域.

微电极阵列细胞阻抗传感器研究

贴壁生长在微电极表面的细胞可引起贴壁电极界面阻抗的改变,从而可以获得细胞生理功能相关的生物信息。本研究采用微机械加工技术,在硅基底上设计了直径为20～50μm的20通道金微电极阵列(micro-electrode array,MEA),用以构建能实时、连续、定量跟踪哺乳动物细胞形态和增殖分化改变的细胞阻抗测试传感器(electric cell-substrate impedance sensing,ECIS),用于细胞与电极间的阻抗测试研究。通过对培养在微电极表面24h的成骨细胞Saos-2细胞系的阻抗谱测量发现,其阻抗值增加集中在中频102～104Hz之间,本结果符合细胞阻抗传感测量的理论模型分析。因此,该微电极阵列细胞阻抗传感器的研究,为进一步的细胞生理和药物分析等研究奠定了良好的基础。

基于二氧化硅球腔微电极阵列的过氧化氢生物传感器制备

以聚苯乙烯(PS)微球阵列为模板,采用溶胶-凝胶法在氧化铟锡(ITO)电极上制备了二氧化硅(SiO2)球腔阵列,扫描电镜显示此方法制备的SiO2球腔阵列高度有序。电化学研究结果表明,该球腔阵列的循环伏安曲线符合微电极阵列的电化学特点。将血红蛋白(Hb)作为氧化还原模型蛋白直接吸附于球腔内,制得电流型过氧化氢(H2O2)生物传感器,研究了Hb在该微电极阵列上的直接电化学和电催化性质。所构建的传感器对H2O2的响应快速灵敏,其线性范围为2.03×10-6～1.21×10-5mol/L和2.03×10-5～1.21×10-2mol/L;检出限为5.73×10-7mol/L,米氏常数为0.266 mmol/L。

基于微电极阵列的嗅球细胞网络传感器的研究

嗅球(OB)是嗅觉系统的第一中转站,在嗅觉信息的识别和处理中具有重要的作用。嗅球中具有多种类型的神经元,分别具有不同的生理特点和功能。本研究利用细胞培养技术,将嗅球神经元与微电极阵列(MEA)芯片耦合,构建一种细胞网络传感器,用于对多点的嗅球神经元电活动进行同步观察与分析。结果显示,MEA上培养的嗅球细胞生长良好,能够检测多个通道的嗅球神经元的自发电位以及谷氨酸作用下的诱发响应。研究表明,该嗅球细胞网络传感器能够实现信号的多通道同步检测及有效分辨神经元的自发信号和诱发响应,并且能够很好地捕捉不同通道神经元响应的特点。该研究对于进一步分析嗅觉信息在嗅球内的传导和编码具有重要的意义。

SiO_2球腔微电极阵列过氧化氢传感器制备及应用

将微过氧化物酶-11(MP-11)直接固定于二氧化硅球腔微电极阵列,制备一种新型电化学过氧化氢(H2O2)生物传感器。采用Langmuir-Blodgett技术在氧化铟锡(ITO)电极表面制备聚苯乙烯(PS)微球阵列,并以此阵列为模板采用溶胶-凝胶法在ITO电极上制备二氧化硅(SiO2)球腔阵列,最后将微过氧化物酶-11作为氧化还原模型蛋白直接吸附于球腔内,制得MP-11/SiO2球腔阵列/ITO电极。该电极对H2O2响应快速灵敏,可作为电流型H2O2电化学生物传感器,其线性范围为7.06×10-6～4.02×10-2mol/L,检出限为3.0×10-7mol/L,米氏常数为0.916mmol/L。将该法用于食品样品中的H2O2的检测,回收率在94%～97%之间,效果良好,可为食品中残存的H2O2检测提供一种方法。

平面微电极阵列葡萄糖传感器的研制及应用(摘要)

传感器的微型化、集成化、智能化是传感器研究发展的一个方向。近年来,随着新的微细刻蚀技术应用于化学传感器的研制,将生物酶固定化技术和微细加工技术结合起来成为可能。可以将生物传感器敏感元件的三维尺寸充分压缩,组成体积小,功耗低,易于智能化的传感器。

微结构光寻址电位传感器阵列芯片的研制

详细介绍了采用MEMS技术研制的三维微结构LAPS阵列芯片 ,芯片表面划分成 5× 7个敏感单元 ,其中每个敏感区表面设置 4 0× 4 0个硅尖阵列 ,芯片背面对应地形成光耦合阵列窗口。一个 5× 7矩阵的红外LED作为光源控制的耦合到芯片背面的阵列窗口。给出了LAPS阵列芯片的扫描电镜照片和多种生化参数的光寻址测试结果 ,分析讨论了芯片厚度。

基于ITO微电极阵列的电致化学发光多元免疫反应传感芯片

制备了一种基于ITO微电极阵列的多元免疫反应芯片,并实现多元肿瘤标志物的快速、灵敏检测。采用丝网印刷方法制作"花瓣型"ITO微电极阵列,与辐射状的微流控芯片相结合,形成八个独立的检测单元,每个检测单元履行不同的职能,其中三个单元分别用于完成癌胚抗原(CEA)、甲胎蛋白(AFP)和前列腺特异性抗原(PSA)的"夹心型"特异性免疫反应。首先在电极表面修饰K-掺杂石墨烯-CdS∶Eu纳米晶复合物,然后在这些复合物上依次修饰不同捕获抗体和对应的抗原,当对应的CdTe纳米粒子标记的二抗被带到电极表面时,会发生能量转移而实现电致化学发光(ECL)信号的有效猝灭;另外三个单元用做对照试验来验证这种微芯片的选择性;剩下的两个单元分别用来验证K-掺杂石墨烯-CdS∶Eu纳米晶复合物的发光强度,及经活化后CdTe纳米粒子的猝灭效率。这种简单、集成的高通量检测芯片,可发展为复杂样品的自动化、集成化分析检测平台。

双面微电极阵列芯片力电特性的有限元仿真

为了指导脑深部电刺激动物实验中电极植入手术操作和电极植入后刺激参数的选择,针对自主研发的双面硅基微电极阵列,利用有限元建模和仿真方法,对其植入过程中电极与脑组织作用的力学特性和植入后电流刺激下的电学特性进行了探究。仿真基于Comsol Multiphysics有限元建模软件,首先依据微悬梁臂结构对电极进行建模,并将脑组织简化为各向同性的圆柱体以便于问题的分析和求解;然后,依据电极和脑组织的材料特性、仿真要求、模型尺寸进行相应的参数设置和网格划分;最后通过求解器得到仿真结果。力学仿真表明:当电极尖端载荷达到0.14N时微电极达到强度极限,电极植入过程中推力达到0.06N且硬脑膜位移形变为0.8mm时被穿破。电学仿真表明:双面双极刺激下电流强度增大,刺激范围在三维空间方向上同比增大;比较不同的刺激模式,单面刺激的流线弯曲和收敛程度较双面刺激大,导致刺激范围减小,影响了大于改变此电极刺激触点与参考触点的距离。通过动物实验证实了所得结果的有效性和可靠性。

基于二氯代环二聚体的微电极阵列芯片兔眼脉络膜上腔植入术的实验研究

目的探讨基于二氯代环二聚体的微电极阵列(microelectrode array,MEA)芯片兔眼脉络膜上腔植入的手术方法及并发症和该芯片的组织相容性。方法12只健康成年青紫兰兔,左眼为术眼,右眼为对照眼,于鼻下方角膜缘后6.0mm处切开巩膜,暴露脉络膜,将MEA芯片放置于兔眼脉络膜上腔,术后3d、14d、1个月时用裂隙灯显微镜观察眼前节情况,用间接检眼镜观察玻璃体、视网膜及芯片情况,用OCT进行眼底扫描及眼底照相。结果12眼均成功植入MEA芯片,其中1眼发生脉络膜、视网膜破裂,缝合切口后在另一眼植入芯片;5眼在术中发生脉络膜出血,待出血停止后再切除血块继续手术;2眼发生芯片前端折叠,取出芯片展平后重新植入。术后眼底检查、OCT检查及组织病理学检查发现芯片位置稳定,未见明显的视网膜、脉络膜损伤。结论兔眼脉络膜上腔MEA芯片植入术是一种安全有效的MEA芯片植入方式,二氯代环二聚体MEA芯片组织相容性良好。

基于微电极阵列神经芯片研究纳米材料对神经网络电活动的改变

目前，纳米材料在工业及日常生活中被广泛应用，但是关于其对健康的影响却知之甚少，因此，对于纳米材料毒性的研究极为重要。许多研究都表明直径小于100nm的纳米材料可以被传输到神经系统，但是关于纳米材料对神经元电活动的影响却少见报道。

双螺旋线微电极及其在蛋白质芯片上的应用

纳米叉指电极在应用到蛋白质芯片免疫检测中时,由于指端效应和扩散场不连续性造成测量的不稳定,针对此问题,提出一种双螺旋线微电极的设计思路和方案,推导了该电极的稳态扩散电流方程.与叉指微阵列电极相比,双螺旋线微电极具有电场连续、扩散电流特性良好、所占面积小等优势,有利于微型化发展,特别在纳米尺寸时其优点更为明显.在此理论分析基础上,设计实验将双螺旋线微电极应用到蛋白质芯片免疫反应电测中,并采用自组装的方法将金纳米粒子-抗原-抗体复合体和双螺旋线微电极匹配形成三维纳米网络结构,形成一种近似于“半导体”效应的“生物放大”机制,从而提高检测灵敏度.实验结果表明,该设计方案可测量低浓度(10-10g/mL)的抗原,为蛋白质芯片直接电测技术提供了一种可行的途径.

基于微电极陈列的嗅觉神经芯片及其测试系统的研制

目的研究基于Multi-Electrode Array(MEA)构建嗅觉神经芯片及其测试系统的方法,并验证系统获取神经电生理和其他电生理信号的有效性。方法首先通过自行研制的72通道神经电信号调理电路和同步采集系统获取MEA芯片上大鼠全心离体心电信号和海马神经网络自发放电生理信号;然后通过此采集系统获取平面MEA芯片上培养新生大鼠嗅球神经细胞而制作成嗅球神经网络细胞芯片的电生理信号,并通过光镜观察嗅球网络生长形态。结果基于MEA传感与检测系统有效地获取了不同培养阶段嗅球神经网络形态所对应的电生理信号,能够用来分析神经网络电生理信号的复杂性和时间编码。结论本文构建的检测平台能够广泛用于神经电生理和神经生物学的研究。

谷氨酸氧化酶传感器芯片的研制

采用以微电子加工技术制作的微盘铂电极,将谷氨酸氧化酶用明胶包埋法固定在该微盘电极上,制成了性能稳定的微型谷氨酸传感器。实验测定了该传感器的最佳工作电位为550mV(vs.SCE),最适溶液pH值为pH=7。在所确定的工作条件下该传感器的线性范围为0.2—6mmol·L^(-1),检测灵敏度为150nA/mmol·L^(-1)。该传感器的使用寿命大于1个月。

非接触法微电极阵列的制备及其电化学特性的研究

微电极阵列是指由多个电极集束在一起所组成韵外观单一的电极，其电流是各个单一电极电流的加和。这类电极保持了原来单一电极的特性，又可以获得较大的电流强度，提高了测量的灵敏度。Akira在n型半导体TiO2电极上发现了水的光催化分解作用，以此为契机，进一步讨论了TiO2非接触光催化过程中，间隙的大小、光掩膜的位置等一些变量对结果的影响。本课题组已对基于金属纳米的生物传感器有了深入的研型，对于微阵列的研究工作也有了一定的进展，两者的结合将对生物传感器的微型化、芯片化有着积极的意义。

基于普鲁士蓝修饰二氧化硅球腔阵列的葡萄糖传感器制备及应用

利用Langmuir-Blodgett技术和sol-gel法在氧化铟锡(ITO)电极上构建二氧化硅(SiO2)球腔微电极阵列.在此球腔微电极阵列上电沉积普鲁士蓝膜(PB),用于过氧化氢检测,并采用滴涂法将葡萄糖氧化酶(GOD)直接固定于PB/SiO2球腔微电极阵列上制得葡萄糖传感器(酶电极),酶电极对葡萄糖电流响应结果表明:葡萄糖浓度在4.7×10-6mol/L～3.8×10-3mol/L范围内呈线性关系,其检出限为1.35×10-6mol/L,该酶电极不受抗坏血酸、尿酸等电活性物质的干扰,稳定性较好.