基于MEMS技术的安培酶免疫传感器研究

该文采用MEMS工艺制备可集成安培酶免疫传感器,用于人免疫球蛋白IgG的检测。该传感器以硅作为基底,铂作为电极,工作电极敏感面积1mm2。SU-8胶形成的微反应池结构使该传感器试剂用量仅为μl量级。聚吡咯作为酶与电极之间的电子转移基体聚合于工作电极敏感表面,戊二醛作为交联剂进行抗体(羊抗人IgG)的固定。抗体与酶标抗体(辣根过氧化物酶HRP标羊抗人IgG)对人IgG进行特异性夹心识别,通过检测酶标HRP对底物H2O2催化产生的电流信号实现免疫检测。该传感器工作电压?0.3V,检测下限5ng/ml,线性范围5～255ng/ml,响应时间3min,具有响应快、下限低、试剂用量少、微型化、便于集成等优点。

基于微/纳米加工技术的微型电化学免疫传感器研究

生物传感器的研制越来越趋向于微型化、集成化、智能化以及无创伤的方向发展.研制基于微/纳米加工技术的电化学免疫传感器顺应了这一趋势,利用微电子机械系统(MEMS)技术在硅基芯片上制备微型三电极系统和SU-8微型池,并采用自组装单层膜和纳米金修饰微型电极表面用于抗体的固定化,研制出新型的电化学免疫传感器.研究表明,这种微型电化学免疫传感器易于实现批量生产,便于集成,检测过程只需要少量的样品,大大降低有毒试剂的消耗,减少环境污染,同时具有分析成本低,响应时间快,检测下限低和适用于现场快速检测等优点.

光学生物传感器用于快速检测卡介苗活菌数研究

基于三磷酸腺苷(ATP)光学反应原理,结合实验室自制的光学生物传感器,构建了一种快速检测卡介苗(BCG)活菌数的方法。选用加热裂解法提取BCG活菌内ATP,对BCG疫苗进行了检测。结果表明,BCG活菌浓度与相对发光强度(RLU)线性相关,相关系数为0.9908(P<0.01),其ATP含量与文献报道的结果处于同一数量级(10-18mol/CFU)。检测方法的相对标准偏差(RSD)为6.17%。检测样品仅需30μL,检测时间小于30min。与国外商业化检测系统的测试结果线性相关,相关系数为0.9676(P<0.01)。这种方法简便快速,在BCG疫苗及其他活菌疫苗质量控制方面具有广泛的应用前景。

基于纳米铂黑修饰的快速检测用乳酸生物传感器研究

制备了一种可用于运动员血清样品乳酸快速检测的L-乳酸传感器。这种便携式平面电化学生物传感器采用金薄膜两电极系统;先后修饰纳米铂黑粒子层和铁氰化钾媒介体。铂黑纳米粒子沉积于金电极表面以提高传感器的灵敏度和稳定性,然后将乳酸氧化酶(LOD,E.C.1.1.3.2)和相关试剂固定在工作电极表面,铁氰化钾作为媒介体用以提高电极表面电子传递能力,并将工作电压降低为0.2V。通过优化铂黑颗粒的沉积、乳酸氧化酶的浓度、铁氰化钾的浓度、添加剂的成分和浓度等条件,将传感器的检测范围扩展至1～20mmol/L乳酸,检测灵敏度提高到1.43μA·L/mmol,检测时间为50s。生物传感器的批间r为0.0549;生物传感器经室温储存1年后仍可保持90%的活性。这种传感器成功地用于无稀释乳酸血清样品的快速检测,结合便携式检测仪(YT2005-1乳酸测试仪)将在快速诊断领域具有很好的应用前景。

基于谐振式MEMS传感器的仪表开发关键技术

针对基于谐振式MEMS传感器开发数字智能仪器仪表的高精度、快响应频率测量技术展开研究。以一谐振式MEMS气压传感器为开发样件,其差分输出是两路40～70 kHz之间的正弦频率信号。对传统的频率测量方法进行阐述分析,提出一种新的结合传统测频方法各自优点的频率检测方法。设计实现相关软、硬件,搭建测试系统,实验结果表明该测频方案针对40～70 kHz的频率信号误差小于±0.02 Hz,响应时间为1 s以内。

传感器芯片系统研究与应用

基于微纳制造、微电子等技术的传感器芯片系统具有体积小、质量轻、功耗低、易于批量化生产、成本低、易于集成化等优点,是传感技术领域的一个重要研究方向。近年来相关的研究主要包括微纳传感器芯片、微传感器阵列、多传感器集成芯片系统、传感器与电路集成芯片系统、微流控芯片系统、无线网络传感器节点芯片系统等。文中分别以糖化血红蛋白免疫传感器、催化燃烧气体传感器和电场传感器为例,简要介绍若干典型的生物量、化学量和物理量微传感器系统及其应用。

采用自组装技术修饰电极的电化学微型免疫传感器

采用微机电系统(MEMS)技术制备出电化学微型电极芯片,并运用自组装技术修饰微型电极表面用于抗体的固定化,研制出新型的电化学微型免疫微传感器.采用MEMS技术,在硅片上制备了分别以Au、Pt、Pt为电极材料的工作电极、对电极以及准参比电极的微型三电极系统.采用自组装技术,以"Au-巯基乙胺-A蛋白"作为抗体的定向固定程序.与在平面裸电极Au表面上固定生物分子的传统方法相比,基于自组装技术的巯基乙胺修饰工作电极Au表面具有更高的生物亲和性,并且能够提高A蛋白在Au表面的固定量,从而在很大程度上提高了抗体的结合能力.研究表明,这种电化学微型免疫传感器具有检测灵敏度较高、响应快、试剂用量少、与集成电路工艺相兼容等优点.

介体型水质BOD生物电化学传感器研究进展

生物化学需氧量(BOD)是目前国际上用来衡量水质有机物污染的重要指标之一。由于水体中氧的溶解度非常低,以电子媒介体代替溶解氧为电子受体的介体型BOD生物电化学传感器以其快速、准确、稳定等优点得到了较快的发展。论述了介体型水质BOD生物电化学传感器的发展现状及研究动态,重点讨论了介体型水质BOD生物电化学传感器的工作原理、构成及类型,分析了不同类型传感器的优缺点,并对其核心部分-微生物膜的制备方法做了比较详细的介绍。

快速检测细菌总数的便携式生物荧光传感器

细菌数与细菌中三磷酸腺苷(ATP)含量成比例,可通过生物荧光法检测细菌中ATP含量,间接获得细菌总数。研制了一种便携式生物荧光传感器,可依次进行细菌ATP的提取和检测,最终实现对细菌总数的快速检测。以十六烷基三甲基溴化铵(CTMAB)作为细菌ATP提取剂,当CTMAB浓度为5mmol/L、提取时间2min、中和剂浓度为5mmol/L时,ATP提取效率最高。在优化的实验条件下,传感器响应光强与细菌总数线性相关,线性范围58～5.89×107cfu/mL,相关系数达0.979。传感器检测结果与传统方法吻合,线性相关系数为0.873,满足现场使用要求。从加样到ATP提取到最后获得检测结果所需总时间小于5min。所研制的传感器具有操作简单、易于携带、成本低,适用于食品卫生质量控制、环境检测等领域的细菌总数现场检测。

基于混合SAMs包裹的纳米团簇和SPA的抗体固定方法用于糖化血红蛋白免疫场效应型传感器的制备(英文)

本文提出了一种新型的抗体固定方法,并利用该方法制备了免疫场效应型传感器用于糖化血红蛋白水平的检测.首先,纳米金颗粒由混合自组装膜(SAMs)包裹形成一种功能化的纳米团簇.然后这种纳米团簇以自组装的方式固定在传感器金电极表面.之后,葡萄糖球菌蛋白A(SPA)被固定在纳米团簇表面用来定向固定抗体.利用该方法,纳米团簇可在金电极表面均匀分布.由此形成的多层生物膜可定向固定抗体,与抗体具有稳定的结合力,能较好地屏蔽噪声干扰,且与场效应型传感器兼容.利用该传感器对糖化血红蛋白和血红蛋白浓度检测,灵敏度分别为152.8μV.ng-1.mL和13.5μV.ng-1.mL.实验结果表明,该传感器具有较好的一致性和准确度,未来有望发展成为一种微型的用于糖尿病监控的糖化血红蛋白传感器.

基于分子印迹聚合膜的胆固醇丝网印刷生物传感芯片

该文基于自组装技术在丝网印刷金电极表面制备分子印迹膜,研制胆固醇电化学仿生生物传感芯片。利用扫描电镜(SEM)对平面裸金电极、厚膜裸金电极及其修饰电极进行了形貌的分析比较,采用循环伏安分析法对电极修饰过程的电化学特性进行表征,采用计时电流法对胆固醇生物传感芯片的浓度响应特性进行检测。结果表明,基于丝网印刷工艺的厚膜电极不仅能满足自组装分子印迹仿生膜的修饰,而且电极表面具有明显的纳米放大效应。传感器对0～700nM不同浓度胆固醇进行检测,线性范围50nM～700nM,灵敏度达到-4.94μA/[lg(nM)],线性相关系数为0.994。该胆固醇传感芯片具有较高的准确性,检测准确度达到了99.56%。

快速检测糖化血红蛋白的免疫微传感器

研制基于标准CM05工艺和微加工技术的微型糠化血红蛋白免疫传感器，可用于血液中糖化血红蛋白浓度与血红蛋白浓度的快速检测．该微传感器包括含有信号读出电路的传感集成芯片和一次性测试试条，实现了对4—24μg/mL糖化血红蛋白和60～180μg/mL血红蛋白的检测，响应时间小于3min，试剂用量10μL，具有简便、快速、试剂用量少等优点．

电位无标型糖化血红蛋白免疫微传感器

研制了基于标准CMOS工艺和微加工技术的电位无标型免疫微传感器,可实现糖化血红蛋白浓度与血红蛋白浓度的简便检测。该微传感器包括含有信号读出电路的场效应型微传感集成芯片和一次性测试试条。微传感集成芯片由本实验室设计并经新加坡Chartered半导体公司流片制备。一次性测试试条采用微加工技术制备于柔性塑料片上,包括敏感电极阵列和三维微结构测量池。基于自组装单层膜并引入纳米金颗粒的方法,在测试试条电极表面固定抗体。采用循环伏安法和交流阻抗法对电极表面的修饰过程进行了测试和分析。该传感器对糖化血红蛋白和血红蛋白检测的线性范围分别为4～24mg/L和60～180mg/L。

透皮无创血糖监测技术中的关键电化学问题研究

本研究分析并解决了在透皮无创血糖监测技术中的几个关键电化学问题。针对葡萄糖传感器的线性范围,提出使用新的校正方程标定葡萄糖传感器,使得传感器的线性范围增加到原来的20倍以上。针对透皮无创血糖监测中特有的"有限空间",建立了新的扩散模型进行分析,确立了适于无创血糖检测的采样时刻。针对传感器长时间血糖监测中电极损耗,提出"电极掩膜"的概念,避免了传感器电极的失效。在解决以上关键问题后,得出了较好的动物实验数据。以有创检测值为对照,97个无创血糖值中,70.10%的数据属临床准确,29.90%的数据为临床相对准确。本研究为透皮无创血糖监测技术的实现和优化奠定了基础。

基于二元混合自组装包裹纳米颗粒的微传感器抗体固定方法

采用二元混合自组装膜修饰纳米金颗粒,在经自组装单分子层修饰的金电极上阵列式排布,并通过共价键固定抗体形成生物敏感膜。采用原子力显微镜、扫描电镜和阻抗谱分别对电极表面的修饰过程进行了表征。纳米粒子在微电极表面均匀分布,没有明显的团聚,并且可实现抗体有效固定。基于标准互补金属氧化物半导体(Complementary metal oxide semiconductor,CMOS)工艺和微加工技术,利用该抗体固定化方法,制备了糖化血红蛋白免疫微传感器,可同时检测血液中的糖化血红蛋白和血红蛋白含量,其对糖化血红蛋白和血红蛋白的检测范围分别为14～170μg/L和167～570μg/L。

基于金银合金薄膜的波长检测型表面等离子体共振传感器

从实验和理论两方面详细研究了金银合金膜表面等离子体共振(SPR)传感器在可见光波段的敏感特性.实验方面,通过在玻璃基底上溅射50 nm厚的金银合金薄膜制备了一种新型的SPR传感芯片,并且自行搭建了基于Kretschmann结构的波长检测型SPR传感器测试平台.利用不同浓度的氯化钠(NaCl)水溶液和浓度为10μmol·L-1的牛血清蛋白(BSA)水溶液分别作为折射率样品和分子吸附样品,研究了传感器的折射率灵敏度和吸附灵敏度,并与金膜和银膜SPR传感器进行了对比研究.结果表明,对于折射率灵敏度的测试,金银合金膜SPR传感器大幅高于金膜SPR传感器,略低于银膜SPR传感器;而对于吸附敏感的研究,金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器相近,是金膜SPR传感器的3倍.理论方面,利用菲涅尔公式和等效折射率计算公式仿真计算了这三种薄膜结构的SPR传感器的灵敏度和精确度,结果指出金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器接近,是常规金膜SPR传感器的2.31倍,而半高峰宽仅为金膜和银膜SPR传感器的1.36倍.在稳定性方面,金银合金膜SPR传感器与金膜SPR传感器均具有良好的化学稳定性,而银膜SPR传感器较易氧化,使用寿命低,不常被采用.综上,金银合金膜在改善传感器灵敏度的同时,不会降低精度,是一种高灵敏、低成本、良好稳定性的SPR传感器敏感材料.

基于FPGA的内部逻辑在线测试技术研究

随着FPGA集成度以及设计复杂度的增加,传统的测试方法受到局限。在高速FPGA测试中,内部信号的实时获取和分析比较困难。本文首先阐述了在线测试相关技术,详细说明了在QuartusII中使用嵌入式逻辑分析仪SignalTapII的具体方法和步骤,并给出一个具体的设计实例。实验结果表明,应用SignalTapII对FPGA进行测试,操作方便,实时性较高。

MEMS固态风速风向传感器的设计与制作

风速风向参数的测量在气象测量中占有重要的地位。基于MEMS技术的固态风速风向传感器具有体积小、重量轻、成本低的优点。设计了两种基于MEMS工艺的固态测风传感器,即硅薄膜式测风传感器和硅悬梁式测风传感器,用流体力学原理对这两种风速风向传感器进行了理论分析及ANSYS CFD软件模拟仿真,得出了风速与挠度、剪切力的关系。用惠斯通电桥测量传感器输出信号,通过单个传感器的二次封装测量风向信号。制作出了硅悬梁式测风传感器,并进行了初步测试。

采用电聚合方法固定抗体的IgG检测微传感器

采用微电子机械系统MEMS工艺制备微电极芯片,并利用电化学聚合方法将抗体(羊抗人 IgG)与吡咯共同聚合在工作电极敏感表面,用于人免疫球蛋白IgG的安培酶免疫检测．该传感器以硅作为基底,铂作为电极,工作电极敏感面积2 mm2．SU-8胶形成的微反应池结构使该传感器试剂用量仅为μL量级．该传感器工作电压-0．3V,线性范围5-655ng/mL,响应时间3min,具有制备简便、响应快、试剂用量少、检测浓度低、微型化、便于集成等优点．

基于双层电化学结构的微型安培免疫传感器

文中利用MEMS工艺在硅基底上制备铂微电极芯片,并采用双层电化学结构进行抗体的固定,用于人免疫球蛋白IgG的安培酶免疫检测.第一层为聚吡咯过渡层,第二层为抗体与聚邻苯二胺的共聚层.该传感器工作电压-0.3 V,检测下限5 ng/mL,线性范围5～355 ng/mL,响应时间3～5 min,具有制备简便、响应快、下限低、试剂用量少、微型化、便于集成等优点.