一种用于单细胞阻抗检测的CMOS-MEMS单芯片电化学阻抗传感器

传统的基于贵金属的共面电极价格昂贵,且难以与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺集成,阻碍了采用共面电极的传感器的量产与大规模应用。开发了一种基于微机电系统(MEMS)工艺的共面钽电极电化学阻抗传感器,该传感器集成了精准微泵和微流道,可实现单细胞在共面电极上的精准操控和非侵入性电阻抗检测和分析。设计了3组不同宽度和间距的钽电极,其中30μm/10μm的配置对细胞响应最为灵敏。细胞流过电极的动态阻抗测试表明,在500 kHz~2 MHz频率范围内,传感器能有效检测HEK 293细胞和CHO细胞,两种细胞的阻抗响应指数分别达到3.93%和1.80%。研究表明基于钽电极的电化学阻抗传感器在单细胞阻抗分析中有较高的应用潜力,测试结果可以指导高通量、低成本的单细胞电阻抗检测芯片的量产开发。

基于细胞电阻抗传感器的细胞多生理参数分析系统设计

针对传统的细胞传感器系统存在参数单一的问题,设计了基于细胞电阻抗传感器的细胞多生理参数分析系统。通过阻抗传感器的模型及其生长和搏动原理、阻抗传感器的设计加工,细胞多生理参数分析系统设计等方面对系统进行介绍。该系统具有操作简便,高一致性和高通量等特点。采用系统测试实验和细胞实验对系统的基本性能继续测试。实验结果表明,细胞多生理参数分析系统能同时检测细胞生长和心肌细胞的搏动,具备快速,长期,无损和高通量测量的特点,为细胞生理研究提供了实用的平台。

多壁碳纳米管-Nafion/纳米金构建阻抗传感器研究

利用多壁碳纳米管（MWNT）—Nafion和纳米金（GNPs）修饰金电极构建了一种简单、灵敏检测人端粒DNA的电化学阻抗传感器。首先将Nafion分散的MWNT滴涂于Au电极表面,再利用电化学沉积法将GNPs沉积到MWNT—Nafion修饰Au电极表面,以GNPs为载体固定人端粒探针DNA制备DNA传感器。在最优实验条件下,将传感器用于人端粒DNA的检测中,结果表明：目标人端粒DNA的线性范围为1.0×10-13～5.0×10-11mol/L,检出限（S/N=3）为2.5×10-14mol/L。采用MWNT为基底沉积GNPs修饰电极检测的灵敏度显著提高。

基于金纳米粒子/石墨烯修饰电极的电化学DNA阻抗传感器的制备

报道了一种基于金纳米粒子/石墨烯修饰玻碳电极的电化学DNA阻抗传感器.首先在玻碳电极表面修饰一层石墨烯,然后通过电化学方法在石墨烯表面沉积一层金纳米粒子,探针DNA(含巯基)通过金硫键连接在金纳米粒子表面.电化学阻抗技术用于DNA传感器的组装表征及其特殊序列DNA的检测.在最佳的实验条件下,传感器响应信号与互补靶DNA浓度的对数在1.0×10-12-1.0×10-7M呈良好线性关系,其线性回归方程:ΔRct(Ω)=1526.6+109.9lgC,相关系数R为0.9970,检出限为3.5×10-13M(S/N=3).此外,该传感器具有良好的选择性,它能识别单碱基错配序列的靶DNA.

阻抗传感器在近水平油水两相管流的实验研究

生产测井动态监测中水平井受井身结构、井简流动状态、重力影响等因素影响使得流动介质分布、速度分布、流体的流型、流速剖面、油水的分布状态等与垂直井有很大的不同。设计了小管径多相流实验装置，实验介质是柴油和水，设置了分别为3～60m^3／d的10种流量，含水率变化范围lO％～100％；分别为85°、88°、90°、92°、95°等近水平状态下的5个角度对阻抗传感器进行了实验。实验结果表明，流量大于10m^3／d时的流型是分相的泡状流，阻抗的相对响应不受角度的影响，响应规律与垂直井类似；流量低于10m^3／d时的流型是层流，阻抗的相对响应同时受到流量、含水率、角度的影响，在同一角度下受流量和含水率的影响；受油水滑脱现象影响，低流量下的相对响应高于高流量的，持水率高于含水率；受角度的影响，在90°、92°、95°时输出的相对响应出现了向下的趋势，85°、88°时输出的相对响应出现了向上的趋势。实验传感器是仪器短节，排除了集流伞漏失对流体流型的影响，完全反映流体在传感器内流道的真实流动状态，高速摄像机记录了流体随流量和含水率的变化。

光纤探针阻抗传感器涡轮组合测井仪三相流解释方法

早期的油气水三相流测井解释方法需要有密度参数,但放射性密度计早已停用,而压差密度计在流量100 m^(3)/d以下的套管内,测量密度的分辨率极低无法应用。提出了一种基于光纤探针、阻抗传感器和涡轮流量计的组合测井仪,对该仪器在油气水三相流模拟实验装置上进行实验,分别建立光纤探针、涡轮流量计及阻抗传感器在三相流下的响应规律图版,通过图版插值的方法建立油气水三相流解释方法。实验结果表明,不同气量下涡轮响应与光纤探针响应关系曲线、涡轮响应与油水两相流量关系曲线、油水两相含水率与油水两相流量关系曲线,可用于解释气相流量、油水两相流量及油水两相含水率。

基于核酸酶的新型阻抗传感器检测纺织品中的铅

建立一种基于核酸酶的电化学阻抗传感器检测纺织品中铅含量的方法。采用金纳米粒子修饰的金电极作为基底电极,以一种新型的核酸酶17EDNAzyme体系作为铅离子的生物识别元件,构建了一种新型的电化学阻抗传感器用于高灵敏选择性检测铅离子。在最佳实验条件下,传感器对溶液中铅离子的线性检测范围为1.0μg/L^10mg/L,检出限为0.6μg/L。测定结果的相对标准偏差小于5.4%(n=6),加标回收率在93.5%~106.0%之间。采用该法对实际纺织品样品进行测试,并与国标方法测定值进行对比,实验结果表明两种方法的测定值无显著性差异。该方法操作简便,对铅离子的检测具有良好的选择性,可用于现场样品的在线、快速测定。

一种高灵敏度检测4-甲基咪唑的电化学阻抗传感器

以2,5-二巯基-1,3,4-噻二唑、乙酰丙酮和MnCl2为原料,采用简单的水溶液反应合成了水溶性化合物Mn（HL）2（H2O）2（HL=2-巯基-5-（乙酰丙酮-硫-噻二唑））,并将其自组装在金电极表面上,制备了一种新型的电化学阻抗传感器。利用该传感器对咪唑类化合物的选择性响应,实现了对可口可乐、百事可乐中的致癌物4-甲基咪唑的高灵敏度测定。在优化的实验条件下,传感器的电荷转移电阻与5.00×10-5~2.00×10-3μg·L-1范围内的4-甲基咪唑质量浓度呈线性关系,线性相关系数为0.999 2,检出限为8.00×10-6μg·L-1,对实际样品测定的相对标准偏差（RSD）小于1.98（n=5）,加标回收率为93.2%~95.2%。

纳米化学阻抗传感器阵列对可挥发性有机气体的响应模式探讨

目的利用不同粒径的硫醇包裹的金纳米粒子敏感膜组成的化学阻抗传感器对可挥发性有机气体有较好的电化学响应特性,组成传感器阵列对其进行检测和分析。方法两相法合成两种粒径大小的硫醇包裹的金纳米粒子(Au:S分别为4:1和8:1),将两种颗粒金纳米粒子进行色谱提纯,然后分别将提纯前后的金纳米粒子的涂覆于叉指微电极上组成化学阻抗传感器阵列对不同的挥发性有机气体进行检测分析。结果不同颗粒度和提纯前后的金纳米粒子敏感膜传感器对几种常见的可挥发性有机气体有不同的电阻和电容响应模式。结论化学阻抗传感器阵列对混合气体中不同的可挥发性有机气体有很好的分析和鉴别能力。

基于鼠精细胞的味觉阻抗传感器用于苦味物质检测的研究

本文设计了一种基于雄鼠精细胞的细胞阻抗传感器用于苦味物质的特异性检测。雄鼠精细胞内含有大量T2Rs受体(G蛋白偶联受体)可以对苦味物质产生特异性响应,苦味受体被苦味物质激活后产生的响应会引起细胞形态骨架的变化,从而可以被细胞阻抗传感器检测。本文探索了实验的最佳细胞密度,检测了苯硫脲和奎宁两种常见的苦味物质的响应,苯硫脲检测范围为10μmol/L^200μmol/L,检出限为4μmol/L;奎宁检测范围为62.5μmol/L^1 000μmol/L,检出限为40μmol/L。传感器阻抗值增量与苦味物质浓度呈一定的线性相关性。此外,论文对该味觉传感器的特异性进行了测试分析,表明了基于细胞传感器的检测方法为代替动物和人的苦味测试提供了一种可能的新的手段。

基于适配体亲吻复合物构建电化学阻抗传感器用于腺苷的检测

基于适体探针（Aptamer probes,AP）和发卡探针（Hairpin probes,HP）在腺苷（Adenosine,AD）存在时的新型结合模式,构建了一种非标记型电化学阻抗传感器用于腺苷的检测。固定在电极表面的AP在腺苷存在时会折叠成发夹结构,其发夹的环部与HP的环部部分互补杂交,二者通过环-环相互作用（类似人类“亲吻”行为）形成一个“亲吻型适配体复合物”,由于复合物的空间位阻作用,使得电极的阻抗信号明显变大。相反,腺苷不存在时,AP呈舒展状态,无法与HP结合成稳定的“亲吻”结构,电极的阻抗信号无明显变化。以电子传递电阻值作为响应信号来检测腺苷,最佳实验条件下,在5~1 000 nmol/L浓度范围内,电阻值与腺苷浓度的对数呈良好的线性关系,检出限达0.6 nmol/L。另外,该传感器具有良好的选择性,有望应用于临床实际样本中腺苷的检测。

新型全数字化细胞阻抗传感器的设计与实现

针对目前我国微生物检测设备的落后现状,使用现代电子技术开发了一种新型全数字化细胞阻抗传感器系统;该传感器使用了数字频率合成、数字锁相放大和MATLAB与VC混合编程等多种数字处理技术,提高了设备的测量精度,缩短了测量时间;最后,利用该传感器进行了成人真皮纤维原细胞培养液的电阻抗测量,获得了细胞阻抗与频率、细胞阻抗与时间的对应关系;实验数据结果表明,该传感器运行稳定可靠,测量精度高,抗噪声能力强,具有一定的实用性。

基于巨磁阻抗传感器的心磁信号检测的研究

针对心磁图仪诊断技术在临床上的普及需求和心磁图检查费用高昂的矛盾现状,提出了一种基于巨磁阻抗传感器的心磁信号采集和信号处理方法。该方法依据心磁信号和心电信号的相关性,通过以巨磁阻抗传感器为核心的数据采集电路,同步采集两种信号,并根据功率谱密度分析结果,自动调整带通滤波器的参数,使其能自适应跟踪心电信号的频率,滤除噪声信号,最后取得心磁信号。通过实验证明了该方案可在常温下准确测得心磁信号,且设备维护成本低,操作简单易行。

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。

纳米ZnO叉指电极阻抗传感器用于细胞检测研究

新鲜牛奶中体细胞数是衡量牛奶品质的重要指标之一,实现其快速、准确、低成本检测意义重大。用电化学沉积法将纳米ZnO固定在微叉指金电极的表面,构建了一种纳米ZnO阻抗传感器,在1 MHz内用电化学工作站对传感器中不同细胞浓度的奶样进行检测研究。结果表明修饰前后的阻抗图谱变化明显,修饰后阻抗传感器明显提高了检测的精度和灵敏度,能正确区别0,1×105,3×105,8×105,3.1×106m L-1的5个等级试验奶样;将传感器测试牛奶的体系用等效电路模型代替进行仿真研究,发现常相位角元件CPEC与牛奶中细胞的含量相关性最好,CPEC值可用作传感器检测牛奶体细胞的指标。

从磁矿石中拣出铁块的高阻抗传感器

本文介绍了一种安装在运输皮带上的除铁传感器，该传感器能从磁矿石中拣铁块，不仅耗能小，而且灵敏度和可靠性很高。文中比较详细地介绍了这种传感器的设计和制作方法，着重阐明了能从磁矿石中拣出铁块的原理。

埋入式压电阻抗传感器水泥封装试验研究

对经防水处理后的PZT(piezoelectric ceramic)阻抗传感器开展了封装试验研究.为了保证PZT传感器与混凝土结构的相容性,试验采用水泥作为封装材料,提出了一套PZT阻抗传感器的封装工艺.通过对封装前后PZT导纳(阻抗的倒数)进行测试可以发现:在水泥封装层固化期间,PZT导纳曲线向右发生漂移,峰值对应共振频率增大;经水泥封装的PZT阻抗传感器在封装层完全固化后导纳曲线几乎不再随时间变化,表明封装后的PZT传感器性能稳定,可用于实际混凝土结构的在线健康监测.

基于拟糖蛋白的电化学阻抗生物传感器用于糖与蛋白质相互作用的研究

以D-甘露糖和伴刀豆球蛋白(ConA)的相互作用为研究对象,利用美拉德反应将D-甘露糖共价结合到负载蛋白牛血清蛋白(BSA)的表面形成拟糖蛋白,然后将拟糖蛋白固定到玻碳电极表面,以拟糖蛋白表面的D-甘露糖为分子识别物质,构建了检测伴刀豆球蛋白(ConA)的电化学阻抗传感器。拟糖蛋白制备过程简单,D-甘露糖负载量大,在空间中提供多个结合位点,因此能与ConA形成多价复合物,提高了传感器的灵敏度。该传感器的响应值与ConA浓度的对数在5.0×10-11~5.0×10-9mol/L之间呈良好的线性关系,检出限为1.7×10-11mol/L,D-甘露糖和ConA之间的结合常数为2.6×106L/mol。该方法简单,可适用于不同糖和蛋白质相互作用的研究,为构建高灵敏度的电化学阻抗传感器提供了新思路。

巨磁阻抗效应及其传感器

回顾电感和电阻的阻抗,对磁性导体的阻抗进行分析,对封闭式的三明治模型阻抗用Maxwell磁矢量方程和Landau-Lifshitz方程计算进行分析;对制作巨磁阻抗传感器元件的材料进行比较;对巨磁阻抗线性传感器电路、三轴巨磁阻抗效应传感器电路、GMI传感器低功耗测量集成电路进行分析和总结。