姜黄素修饰CNC传感器与水凝胶制备及其检测和去除Pb^(2+)的研究

本研究利用EDC/NHS耦合法将姜黄素(Cur)接枝于羧基化纤维素纳米晶体(CCNC),制备纳米纤维素接枝姜黄素(CCNC-Cur)传感器和CCNC-Cur复合海藻酸钠(CCNC-Cur-SA)水凝胶吸附剂,用于检测和去除Pb^(2+)。结果表明,CCNC-Cur传感器可特异性吸附Pb2+,利用Image J软件对传感器的颜色深度进行数字化处理后,得到Pb^(2+)的检出限为6.25 mg/L;在静态吸附实验的优化条件下(吸附时间105 min、pH值=5、吸附剂用量0.08 g),CCNC-Cur-SA水凝胶对Pb2+的吸附量达98.3 mg/g。

基于共溅射ZnO/SnO_(2)异质结薄膜的气体传感器研究

采用射频磁控共溅射法在叉指电极上制备了ZnO/SnO_(2)n-n异质结复合薄膜,系统测试了其气敏特性,并分析了其气敏机理。结果表明,与ZnO薄膜和SnO_(2)薄膜气体传感器相比,ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器具有更低的工作温度、更高的灵敏度以及更快的响应和恢复速度。ZnO/SnO_(2)异质结薄膜气体传感器对乙醇具有较好的选择性,最低检测体积分数为1×10^(-6),最佳工作温度为250℃;对1×10^(-4)乙醇气体的灵敏度可达18.4,响应时间和恢复时间分别为10 s和19 s。

基于SiO_(2)纳米颗粒的无标记化学发光氯霉素适体传感器

经由食物链长期摄入氯霉素残留物会给人体带来各种危害和疾病。因此,建立快速、准确且高灵敏的食品中氯霉素检测方法具有重要意义。采用溶胶-凝胶法制备了表面氨基化的SiO_(2)纳米颗粒,并用X射线衍射、透射电镜和红外光谱对其进行了表征。然后,利用酰胺键和碱基互补配对作用在SiO_(2)纳米颗粒表面依次组装互补DNA链和氯霉素适配体,成功构建了无标记化学发光氯霉素适配体传感器。该传感器制备简便,其中的氯霉素适配体既可作为生物识别元件,又可与苯甲酰甲醛反应产生化学发光信号,无需标记信号分子。该传感器的氯霉素检出限为3.26×10^(-9) mol·L^(-1),且选择性较好。将该传感器应用于实际样品中进行加标,回收率在94.67%~103.00%之间,表明该适体传感器可用于食品中氯霉素的检测。

Pb^(2+)生物传感器的研究综述

Pb是有毒致癌重金属,随着水中Pb污染日益严重,对环境和人体健康造成了极大的危害。为了有效地防止Pb污染,近年来发展了一些简单、快速、高效、低成本的Pb2+生物传感器,如比色传感器、荧光传感器、电化学传感器。主要综述了这3种Pb2+生物传感器的研究现状,指出其优缺点,并展望其发展方向。

多信息化技术融合教学探索--以车载红外测距传感器GP2D12数据曲线拟合为例

文章采用Linkboy仿真系统、Arduino编程系统、Proteus硬件仿真系统、Excel数据处理软件多种信息化技术手段,实现车载红外测距传感器GP2D12数据曲线拟合的学生实训教学,使学生对数据曲线拟合方法有深刻的理解。同时,文章巧妙利用GP2D12实验数据特点,将幂函数曲线拟合方程三个未知参数减少为两个未知参数,在此基础上,利用一次线性函数最小二乘法拟合方法,分别求得GP2D12红外测距传感器的两种不同的曲线拟合方程,并分析对比两种曲线拟合方程在应用中的优缺点。

基于卟啉衍生物荧光熄灭的Pb^(2+)光化学传感器

Pb2+对固定于聚氯乙烯(PVC)膜中的Meso-5,10,15,20-四(4-甲氧基苯基)卟啉(TMOPP)有可逆荧光猝灭作用,研制成测定Pb2+浓度的光化学传感器。传感器敏感膜最佳组成为:50 mg PVC、100 mg癸二酸二异辛脂(DOS)和3.0 mg TMOPP。在pH=9.0的Tris/HCl缓冲体系中测定Pb2+,其线性响应范围为7.90×10-6~6.30×10-4mol/L,检出限为2.50×10-7mol/L,响应时间小于1 min。敏感膜具有良好的重现性、可逆性和选择性,其它常见阴离子和阳离子不干扰测定。用敏感膜制成的光化学传感器来测定环境水样中Pb2+的含量,结果满意。

检测空气绝缘分解气体NO_(2)的Pd-MoSe_(2)传感器研究

针对目前NO_(2)传感器响应低、恢复速度慢、功耗高等问题,提出一种用于空气绝缘分解气体NO_(2)检测的金属钯Pd掺杂MoSe_(2)基气体传感方法。制备了本征MoSe_(2)气敏传感器与Pd-MoSe_(2)气敏传感器,并基于所搭建气敏响应测试平台研究其对NO_(2)的气敏响应特性,利用第一性原理计算NO_(2)在MoSe_(2)晶面上的吸附参数和吸附行为。经过气敏特性测试发现:室温工作时,Pd-MoSe_(2)气敏传感器对20μL/L NO_(2)的响应值为3.95,响应时间和恢复时间分别为38 s和46 s,可实现2μL/L NO_(2)的有效检测。理论计算结果表明:本征MoSe_(2)对NO_(2)的吸附为弱物理吸附,而Pd-MoSe_(2)表现为强化学吸附。研究结果可为高性能MoSe_(2)气体传感器的制备及其在NO_(2)在线监测中的应用提供借鉴。

基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的检测

癌症已成为威胁人类健康和生命的主要疾病之一。循环肿瘤DNA(ctDNA)检测作为一种实用的液体活检技术,在肿瘤诊断、靶向治疗和预后预测中具有重要的应用前景。因此,本课题研究了一种基于少层MoS_(2)纳米片的光学生物传感器用于癌症标志物ctDNA的高灵敏检测。首先,采用剪切剥离法制备少层MoS_(2)纳米片,并对制备条件进行优化,以制备横向尺寸较大、厚度均匀的少层MoS_(2)纳米片;其次,通过分散液吸光度的变化研究少层MoS_(2)纳米片在高浓度盐溶液中的加速聚集沉淀行为;然后,基于MoS_(2)纳米片对单链DNA的吸附力,研究了单链DNA对于盐诱导沉淀少层MoS_(2)纳米片的抑制作用;最后,利用杂交形成的双链DNA从少层MoS_(2)纳米片上脱落而导致的分散液吸光度的变化构建光学生物传感器,并通过cpDNA与不同浓度的ctDNA杂交对该传感器的性能进行检测。结果表明,当cpDNA浓度为100 nM时,浓度范围在25~100 nM的ctDNA与少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度呈反比线性关系。在401和448 nm波长处时,少层MoS_(2)纳米片分散液的吸光度与ctDNA浓度的线性回归方程分别为Y=0.23557-0.00070X,R^(2)=0.94222和Y=0.21253-0.00050X,R^(2)=0.95141。所构建的光学生物传感器成功地实现了对癌症标志物ctDNA的检测;为未来的体外癌症检测和诊断提供了一种有效的传感策略。

基于生物质衍生α-Fe_(2)O_(3)的丙酮气体传感器实验研究

研制具有高灵敏度、低检测限的丙酮气体传感器对于工业生产安全和人体疾病诊断具有重要意义。本文以生物质脱脂棉为模板,采用金属盐溶液浸泡法和空气中煅烧处理相结合的策略制备了α-Fe_(2)O_(3)微米管,然后采用X射线衍射仪、热重分析仪、扫描电子显微镜(SEM)对α-Fe_(2)O_(3)的物相组成与表面形貌进行表征。所制备的α-Fe_(2)O_(3)传感器表现出优异的丙酮传感性能,包括高响应(192.51%@20×10^(-6)),低检测限(1×10^(-6)),优异的重复性和选择性,并分析传感器的敏感机制。该工作不仅为多孔金属氧化物材料的简便设计提供了方案,而且在构建用于高性能丙酮气体检测系统方面具有应用潜力。

用于低浓度H_(2)S室温稳定监测的CsPbBr_(3)@TiO_(2)异质结微晶气体传感器

通过简单的溶液法用TiO(Acac)_(2)原位包覆CsPbBr_(3)全无机钙钛矿材料,在400℃加热后直接制成了CsPbBr_(3)@TiO_(2)核壳结构微晶,使用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高倍透射电子显微镜(HRTEM)及X射线光电子能谱(XPS)对CsPbBr_(3)@TiO_(2)微晶的晶体结构、微观形貌、化学组成进行表征。结果表明,原位金属氧化物包覆钙钛矿形成分散良好、大小为4~8μm的球壳结构。用旋涂法在掺氟氧化锡(FTO)电极上构筑了CsPbBr_(3)@TiO_(2)薄膜气体传感器,在室温下测试其对H_(2)S气体的检测灵敏度,结果发现,该传感器对H_(2)S气体的检测下限达25 ppb(1 ppb=10-9),对100 ppb H_(2)S响应/恢复时间为24/21 s,灵敏度为0.59,响应曲线具有良好的循环稳定性。另外,传感器暴露在空气中30 d内的稳定性高于90%,且具有优异的气体选择性和抗湿度干扰性。通过光致发光(PL)光谱、时间分辨光致发光(TRPL)光谱、紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis)及紫外光电子能谱(UPS)测试分析了其能带位置、电荷动力学和配位机理,并用氧吸附原理对其传感机理进行了解释。该工作为室温下低浓度H_(2)S气体的稳定监测提供了一种新的思路。

基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)的TMA传感器气敏性能及其应用研究

本文联合溶剂热法和氮化法合成氮化镓(GaN)/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料,并研究了基于GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)新型复合材料的气体传感器对三甲胺(Trimethylamine,TMA)气体的传感特性.通过一系列表征手段分析了复合材料的形貌以及元素组成特性,证实了GaN与Ti_(3)C_(2)T_(x)材料的成功复合.传感器对TMA气体的气敏特性结果表明,GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)传感器在室温下能够高效检测1~200 ppm的TMA气体,且与纯GaN传感器相比,对TMA的检测下限由10 ppm降低至1 ppm.此外,复合传感器气敏结果进一步证实了其良好的抗干扰特性以及长期稳定性.利用表面耗尽层模型解释了GaN/Ti_(3)C_(2)T_(x)复合传感器气敏机理,及其与纯GaN传感器相比气敏性能提升的原因.最后,本文开发了一种无接触式TMA气体检测装置,检测结果表明该装置有望实现对肝、肾病患者呼出气的高效实时检测,在肝、肾疾病的早期筛查方面具有较大的应用潜力.

电化学快速合成UiO-66及构建电化学传感器检测Cd^(2+)

由于目前合成UiO-66需要高温和长时的苛刻条件,本文采用电化学方法,在无需添加锆盐、常温和2 h的条件下快速合成出UiO-66,并用其制备UiO-66/玻碳电极(GCE)构建电化学传感器检测Cd^(2+)。通过扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱(FT-IR)、 X射线衍射(XRD)和比表面积(BET)的表征及分析可知,合成的UiO-66为菱形十二面体结构,结晶度良好,比表面积较大,可达到1 054.455 m^(2)/g,总孔隙体积为0.709 cm3/g。同时,探索出最佳检测条件为:NaAc-HAc缓冲溶液pH值为5、富集电压为-1.0 V、富集时间为120 s。在最佳检测条件下,基于UiO-66构建的电化学传感器对Cd~(2+)的检测灵敏度为4.10 AM^(-1),最低检测限为0.037μM,显示出较好的检测Cd^(2+)性能,并且具有良好的重现性、稳定性和抗干扰性。回收实验表明,检测实际汾河水样效果良好。

基于ZnO/CuO敏感电极的NO_(2)传感器性能

二氧化氮(NO_(2))是最常见的空气污染物之一,主要来源于化石燃料的燃烧,需要研制性能优良的NO_(2)气体传感器来对其体积分数进行实时监测。采用氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)为固体电解质、ZnO/CuO为敏感电极,制备了阻抗型NO_(2)传感器。采用分步浸渍法将敏感材料原位引入到YSZ多孔骨架中,通过调整敏感材料ZnO/CuO摩尔比来优化传感器的敏感性能。用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的组成和微观结构进行了表征。结果表明,ZnO/CuO颗粒均匀分散在YSZ多孔层中。以相角(Θ)作为响应信号来评价传感器敏感性能。实验结果表明,与单一氧化物ZnO相比,ZnO和CuO摩尔比为8∶2制备的传感器对NO_(2)气体具有更好的敏感性能。在400~500℃,Θ响应值与5×10^(-5)~5×10^(-4)NO_(2)体积分数呈良好的线性关系。450℃时,传感器有最低检测下限5×10^(-5)。此外,该传感器表现出最大响应值(5×10^(-4)NO_(2)的Θ响应值为18°)、最佳灵敏度(0.039°/10^(-6))、良好的稳定性以及对其他气体的抗干扰能力。

基于石墨烯和蒽醌-2-磺酸钠的Pb^(2+)核酸适体电化学传感器

构建了一种基于石墨烯(GR)-蒽醌化合物(AQMS)在核酸适体表面层层组装的Pb2+电化学传感器。将修饰有巯基的Pb2+核酸适体(apt)固定在金电极表面,然后利用GR与apt碱基之间的π-π作用,将GR吸附在apt修饰电极表面,并用于电活性分子AQMS的组装和电化学信号的放大。当目标分析物(Pb2+)存在时,Pb2+诱导apt转变为稳定的G-四联体结构,使得GR连同信号分子AQMS从电极表面脱落,电化学信号降低,从而实现对Pb2+的监测。结果表明,传感器对Pb2+具有很好的特异识别性,且Pb2+浓度在5.0×10!10~5.0×10!8mol/L的范围内,AQMS的峰电流变化值(ΔIpa)与Pb2+浓度对数(lgCPb2+)呈现良好的线性关系。根据3σ,计算得检出限达到6.0×10!11mol/L。

基于G-四链体/硫黄素T的荧光生物传感器检测Pb^(2+)

本研究利用Pb^(2+)与硫黄素T(ThT)对功能核酸G-四链体(G4)中心位点的竞争关系,构建了一种荧光生物传感器用于Pb^(2+)的简单灵敏检测。ThT可以特异性结合G4,且在结合后显示出明显的荧光信号。Pb^(2+)能与G4形成更稳定的结构,故而当溶液中存在Pb^(2+)时,ThT会从G4-ThT体系中被竞争释放出来,失去受G4束缚状态下的刚性结构,从而降低了其荧光强度。在最优条件下,该体系荧光信号与Pb^(2+)浓度在5~1000 nmol/L范围内呈现良好的线性关系,检测限为1.6 nmol/L,同时实现对中药材独活中Pb^(2+)含量的加标测定。方法具有操作简便、响应快速以及高选择性超灵敏的特点,在Pb^(2+)检测方面有良好的应用潜力。

一步法制备荧光开启传感器检测BRCA2

筛查乳腺癌易感基因2(BRCA2)基因突变对于乳腺癌患病风险评估、发病检测、早期诊断及基因治疗均具有重要临床意义。现有乳腺癌基因传感检测方法大多需要复杂的处理过程,成本较高且对单碱基突变识别能力较弱。为简化基因传感器制备过程,提高其应用可能性,文章通过DNA分子发夹结构设计,一步实现了BRCA2的检测。其中分子发夹茎部含BRCA2互补序列,茎与环连接处标记四甲基罗丹明荧光基团(TAMRA),环部5个G碱基通过光诱导电子转移猝灭部分荧光信号,降低背景荧光信号;待测BRCA2序列与发夹茎部序列竞争结合,发夹结构被打开,荧光信号上升,测量上升的荧光信号强度即可实现一步法定量检测靶基因。优化实验结果表明,分子发夹浓度不同时,传感器检测范围不同。当分子发夹浓度为150 nmol·L^(-1)时,对BRCA2的线性检测区间为1~50 nmol·L^(-1);浓度为300和600 nmol·L^(-1)时,线性检测区间分别为1~100和1~200 nmol·L^(-1)。三种浓度传感器检出限分别为0.54、0.72和1.81 nmol·L^(-1)。此外,传感器对BRCA2的特异性检测较为突出,尤其对单碱基突变的识别能力较强。该方法制备与检测过程简单且特异性突出,不仅可用于乳腺癌高危人群的早期筛查,还可拓展应用于其他种类的基因检测,为基因传感器的推广应用提供一种制备简单、操作便捷的新方法。

检测磷酸铁锂电池热失控气体C_(2)H_(4)的MoS_(2)@c-MOF传感器研究

磷酸铁锂电池由于其固有的放热特性以及在电解液中使用易燃有机溶剂,存在着巨大的热失控风险,可能引发严重的火灾事故,因此对磷酸铁锂电池热失控气体的实时监测已成为当前研究的重点。针对目前SnS_(2)/MoS_(2)气体传感器存在工作温度高、灵敏度低等难题,基于导电金属有机框架c-MOF在提升导电性能和增强选择性方面的独特优势,开展了SnS_(2)/MoS_(2)@c-MOF气敏材料制备、C_(2)H_(4)传感特性及检测机理研究。首先利用水热法成功制备了SnS_(2)@c-MOF和MoS_(2)@c-MOF复合气敏材料,并利用XRD和SEM表征手段验证了复合气敏材料的成功制备。然后,制成了平面式SnS_(2)@c-MOF和MoS_(2)@c-MOF传感器,测试了传感器对C_(2)H_(4)的浓度响应、响应恢复时间和稳定性。结果表明,MoS_(2)@c-MOF传感器对10ppm C_(2)H_(4)气体的响应值为4.42%,响应时间/恢复时间为121 s/124 s,优于SnS_(2)@c-MOF传感器,同时具有较好的长期稳定性。最后,基于密度泛函理论,从吸附能、吸附距离、态密度和电荷转移角度对比分析了SnS_(2)@c-MOF和MoS_(2)@c-MOF材料对C_(2)H_(4)的吸附性能和响应特性。本文研究成果为开发用于检测磷酸铁锂电池热失控产生的C_(2)H_(4)气体的高性能MoS_(2)@c-MOF传感器奠定了基础。

熔盐法制备La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3)敏感电极在NO_(2)传感器中的应用

本文通过熔盐法分别在KCl、NaCl和KCl-NaCl体系中合成了钙钛矿材料La_(0.6)Sr_(0.4)Co_(0.2)Fe_(0.8)O_(3)(LSCF),并以其为敏感电极,以钇稳定氧化锆(YSZ)为固体电解质组装成阻抗型NO2传感器,研究了不同合成体系对传感器敏感性能的影响。通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析了LSCF敏感电极的相组成和微观形貌,结果表明,合成LSCF材料的粒径与熔盐体系的熔点相关,并且通过X射线光电子能谱仪发现,通过KCl体系可以制备表面Sr含量较低的LSCF,从而提高了电导率。敏感性能测试结果表明,传感器在400℃~550℃有良好的响应恢复特性,其中基于KCl熔盐体系制备的LSCF为敏感电极的传感器表现出最高的灵敏度(15.75°/十),并对CH_(4)、CO_(2)、H_(2)、NH_(3)和NO具有良好的抗干扰能力。

基于铁基金属有机骨架电化学传感器检测食品中的Cd^(2+)和Pb^(2+)

目的制备铁负载于六羟基三亚苯基苯水合物(2,3,6,7,10,11-hexahydroxytriphenylenehydrate,Fe-HHTP),将其修饰到玻碳电极(glassycarbonelectrode,GCE)上,构建新型电化学传感器用以快速检测食品中的Cd^(2+)和Pb^(2+)。方法利用一步法制备Fe-HHTP,随后将其与多壁碳纳米管(multi-walledcarbonnanotube,MWCNT)协同作用后滴涂在玻碳电极表面,构建Fe-HHTP-MWCNT/GCE传感器,使用循环伏安法(cyclic voltammetry,CV)和电化学阻抗法(electrochemical impedance spectroscopy,EIS)对材料进行电化学检测表征,并用差分脉冲阳极溶出伏安法(differential pulse anodic stripping voltammetry,DPASV)同时检测食品中的Cd^(2+)和Pb^(2+)。结果Cd^(2+)和Pb^(2+)在pH 5.75的醋酸盐缓冲液、富集电位为-1.0 V、富集时间为180 s、修饰涂层为3层时,溶出峰电流最大。在优化条件下,发现Cd^(2+)和Pb^(2+)的溶出峰电流的变化趋势和浓度有关,并形成了良好的线性关系。Cd^(2+)和Pb^(2+)的线性范围为5~500 ng/mL,线性相关系数(r2)分别为0.9993和0.9997,检出限分别为0.538和0.592 ng/mL。结论该法可用于检测粮食、饮料、生活饮用水中Cd^(2+)和Pb^(2+)的含量。

基于双通道检测技术的非分光红外CO_(2)传感器设计与研究

针对传统红外气体传感器气室与信号处理模块分离存在体积大、灵敏度差的问题,基于非分光红外双通道检测技术,设计了一种小体积、高精度的红外CO_(2)传感器。首先,对反射型气室进行光线追迹仿真,保证热释电探测器受到的红外辐射和气体吸收光路长度满足要求。同时,设计了可靠的光源驱动电路、带通放大电路;对传感器的温度漂移特性进行讨论,建立温度补偿算法模型。在温湿度箱中标定红外CO_(2)传感器参数,通过拟合曲线得到常数a和n,以及温度补偿系数β。经过实验测试表明,该红外CO_(2)传感器测量误差小于真值的±5%。