新型多功能量热式生物传感器系统研究与开发

通过新型结构与流路设计,开发了量热式生物传感器,是由恒流泵、切换阀、恒温器、锥形注入阀、反应室和参比室、热电堆、信号采集模块和微机等组成的流动注射分析系统,能够工作在单向和循环模式。恒温器在0～70℃内有效控温,精度为±0.1℃;锥型注入阀实现绝热状态的同步进样;设置参比室有效消除非特异性热;片状热电堆的灵敏度约4 mV/K,并布置在反应室和参比室间,及时感知热信号变化;微弱信号采集模块具备24位分辨率和64倍增益,并利用虚拟仪器技术通过微机进行数据的动态显示、处理和存储;系统能够优化反应室尺寸、载流流速、反应温度和试剂注入量等关键参数。性能测试和多种反应模式研究表明,系统基线稳定、重现性好,并实现了酶分析、底物测试和重金属检测等功能,该系统尤其适用于抑制条件下的多试样、多组合的现场和在线富集、检测。

量热式酶生物传感器及其环境监测应用

量热式酶生物传感器应用于环境现场快速检测及实际试样具有优势。介绍了量热式酶生物传感器的量热检测和热放大原理以及组成、测试装置等关键技术,其中热放大的应用可从根本上提高检测的灵敏度和水平;综述了量热式酶生物传感器应用于农药残留和重金属检测涉及的酶源、富集处理等环节;结合最新的研究成果,分析并展望了量热式酶生物传感器在农药残留和重金属等环境监测领域的应用。

用于检测农药残留的量热式生物传感器的半导体恒温仪的研究

介绍一种用于检测农药残留的量热式生物传感器的半导体恒温仪的研制。该恒温仪基于塞贝尔效应,利用半导体制冷进行恒温。该仪器由恒温器与控制器部分组成。针对量热式生物传感器的参比法测量及流动分析的特点,恒温器采用相同结构参数的双流路对称布置。液体由流路下部流入,保证换热充分。控制器采用铂电阻采集温度信号,由智能调节器进行温度监控。可控温度范围由0～70℃;升降温时间短,不超过3min,控温精度小于±0 1℃。通过实验,恒温仪的恒温效果良好,控温精度高,符合检测要求。

基于微机电加工技术芯片的量热式生物传感器的测热性能研究

采用鸡肝酯酶作为生物敏感元件,以基于微机电加工技术制作的NCM9924微量热芯片作为换能器,建立了用于农药的残留量测定的量热式生物传感器试验系统。应用此系统进行了量热芯片灵敏度、酶促反应放热和农药抑制试验研究。结果表明:在流量为0.5mL·min-1的情况下,换能器的温度灵敏度不低于1.184mV·K-1;本系统对同一酶活水平的放热量响应具有良好的重现性。鸡肝酯酶被2mg·L-1甲胺磷农药抑制后,系统放热曲线的峰高降低了50%。

基于VO2热致相变的量热式生物传感器设计

本文基于VO2的热致相变特性,设计出由石墨烯、VO2、Si3N4等组成的微桥结构量热式生物传感器,优化了传感器的结构参数,研究了传感器的热学、力学和电学性能。通过理论计算和仿真分析得出量热式生物传感器的热导为5.4×10^-7 W/K,热时间常数为12 ms,最大位移形变和最大等效应力分别为2.3×10^-9μm和1.57×10^-5 MPa。运用Comsol软件对量热式生物传感器进行热电耦合分析,计算了在不同环境温度和电流密度下传感器对微弱热信号的温度电压响应特性,结果表明:在室温工作环境下,传感器的有效热响应时间为7 ms,电阻温度系数为-0.0276 K^-1,最小温度分辨率为0.061℃,该传感器具有良好的热学和力学性能,对微弱热信号具有较好的线性响应特性。

量热式生物传感器信号降噪和穿透曲线的研究

针对量热式生物传感器在采集信号时由于热效应产生的高频随机干扰问题,采用小波变换对含噪信号进行分解重构,并采取默认阈值对分解后的小波系数进行处理,消除了外界干扰信号,目标信号得到优化;在此基础上,对富集时间可能产生时间闲置或不足问题,利用Matlab编程,运用改进的BP神经网络算法(L-M算法)预测富集过程的穿透曲线。仿真结果表明预测值与真实值吻合较好,均方差为6.423E-5,得到了精确的富集时间,为以后的研究提供参考依据。

量热式生物传感器内热质传递数值分析

为了对量热式生物传感器内部结构进行简化,本文从热物理的角度,采用数值分析的方法对其内部酶促反应伴随的传热、传质现象进行研究,通过建立相应的数学物理模型,分析和求解传感器内部速度、温度、反应物生成物的浓度,得出量热式生物传感器的测温装置应安装在入口4mm以后,酶反应器的长度为10mm,通过这些规律得到量热式酶生物传感器中复杂热信号,并运用热信号变化规律和数学描述来指导完善生物传感器的测量过程,对量热式生物传感器的实验研究提供参考。

量热式生物传感器检测水中2,4-二氯酚研究

以水相中2,4-二氯酚为目标污染物,采用装载有固定化漆酶的酶柱作为反应器的量热式生物传感器(ET)对其进行检测。分别考察了可控多孔玻璃珠(CPG)、介孔分子筛SBA-15和硅胶作为漆酶固定化载体的检测效果,结果表明CPG为三者之中效果最好的酶固定化载体。进而考察了流动相流速、灵敏度等因素对检测结果的影响,得到的优化检测条件为:流速为0.9 mL/min(蠕动泵转速为30r/min),灵敏度为2。以浓度为0.1 mmol/L的ABTS检测ET的稳定性发现,在优化条件下得到0.5~10 mg/L浓度范围内的线性标准曲线的相关系数(R2)为0.971,与高效液相色谱(HPLC)检测结果进行比较表明,两种测定方法得到的结果基本一致(R2=0.991),量热式生物传感器可较好地用于水中2,4-二氯酚的检测。

检测有机磷农药残留生物传感器的温度特性

为了考察检测有机磷农药残留用量热式生物传感器的温度特性,本文采用分光光度法研究了固定化鸡肝酯酶的活力、农药敌敌畏对鸡肝酯酶的抑制等与温度的关系。在生物传感器的实测条件下,研究了不同温度固定化酶活力的操作流失情况。研究显示,温度对酶反应的影响很大,控温精度的提高将增强检测的精度和稳定性。温度55～60℃时,是酶反应速度最快的区域;抑制时间5min时,农药敌敌畏对鸡肝脂酶产生了明显的抑制作用。在农药浓度小于1mg/L的区域,随浓度变化的相对抑制关系接近于线性;一定浓度的农药敌敌畏对酶的抑制程度随着温度的变化不剧烈,在50℃左右时抑制程度较大;通过对流出液酶活的测定,发现温度没有对酶活的操作流失产生明显的影响。综合酶活力和热量损失,选定最适检测温度为40℃。

探测农药残留用量热式生物传感器微机监控处理系统

针对探测农药残留用量热式生物传感器,组建了微机监控处理系统,可以实时监控和处理多个参数。利用Visual Basic6.0开发了相应的数据采集和处理程序,采用智能算法对数据进行基线校正、信号峰识别和重叠峰分解等处理,能够得到信号峰的峰高、峰面积等数据,并可动态判断和显示农药残留是否超标。系统具有操作简便、功能强大等特点。