压电生物传感器的研究进展

压电生物传感器是一种将高灵敏的压电传感器与特异的生物反应结合在一起的新型生物分析方法,这一方法不需要任何标记,且仪器构造简单、操作方便,引起人们的兴趣,并已成为当前生物传感器领域中的一个研究热点。本文就压电生物传感器在气体、微生物、病毒、蛋白质及基因检测等方面的研究应用作一评述。     

基于邻苯二胺电聚合膜和PSS自组装的补体C3压电免疫传感器

生物分子固定化或传感界面设计技术是研制压电免疫传感器的关键之一．本文结合电聚合膜和聚电解质静电吸附组装技术，提出了一种新的压电免疫传感器中生物分子固定化方法，研制成一种检测补体C3的压电免疫传感器．研究了pH值、抗体稀释比和温育温度等抗体的固定化条件，讨论了传感器采用这种固定化方法的响应与再生性能，并与戊二醛键合固定化法进行比较．结果表明，该传感器的响应频移值大，在补体C3浓度为7．75μg／mL时。采用该法频移值达239Hz，而采用戊二醛键合固定化法频移值仅163Hz；灵敏度高，最小检出浓度达0．078μg／mL；选择性较好，对同浓度的牛血清白蛋白(BSA)响应很小，仅为35Hz．此外，该传感器能重复使用20次以上，具有较好的再生性能．     

压电石英晶体生物传感器及其应用

压电石英晶体生物传感器是一种将高灵敏压电传感器与现代生物技术相结合的新型生物传感器，适用于微量物质的精密测量。本文介绍这类传感器的基本原理、结构及其应用，并展望了压电石英晶体生物传感器的发展趋势。     

新型柔性压电薄膜在管道泄漏检测中的应用

针对传统固体压电陶瓷式压电探头安装结构复杂、响应频率范围窄、对于复杂曲面不适应等缺点导致的在管道泄漏检测中灵敏度不高、检测范围较近等问题,提出一种采用新型柔性压电薄膜作为声发射传感器的管道泄漏检测方法。首先,将偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)高分子柔性压电薄膜与传统压电陶瓷式、空气耦合式3种传感器布置于管道表面;然后,采用软硬件结合的方式采集不同状态下的管道壁面信号;最后,通过FFT等时频域信号处理算法对采集信号进行分析处理,通过时域和频域波形特征判断管道泄漏状态。实验结果表明：在泄漏信号响应方面,新型P(VDF-TrFE)柔性压电薄膜相比传统压电陶瓷式传感器表现出了更高的灵敏度和更大的响应值,能够检测出更小的泄漏,且该类型传感器受安装以及位置角度的限制较小;随着泄漏源距离的增加,P(VDF-TrFE)柔性压电传感器的衰减程度较压电陶瓷和空气耦合式传感器低,能够检测出更远距离的泄漏;P(VDF-TrFE)柔性压电传感器能够作为一种新型的声发射传感器应用于地埋管道泄漏等复杂结构损伤失效检测中,具有重要的研究意义和应用价值。     

西维因分子印迹压电石英晶体微天平的构建

介绍了一种用于检测西维因农药的分子印迹压电生物传感器构建方法.首先采用计算机模拟方法对农药分子和功能单体结合方式进行模拟,然后采用沉淀聚合法合成农药西维因的分子印迹聚合物并固定于石英晶体微天平电极表面构建传感器.同时用环境扫描电镜以及原子力显微镜对聚合物形貌、传感器电极表面进行分析,最后用传感器对西维因农药进行检测分析,并对可能的影响因素进行研究.结果显示,构建的分子印迹压电生物传感器能够对农药进行初步检测.     

用于液相检测的横向场激励模式压电传感器

与传统基于石英晶体微天平的压电传感器相比,横向场激励模式压电传感器具有更优异的性能。该文基于微声波理论,分析了横向场激励模式压电体声波器件的声传播机理,计算了石英晶体在任意切型及横向电场方向上的压电耦合系数,并根据计算结果设计了新型的传感器结构。3种不同浓度的水溶液用于测试传感器对液体粘度、介电常数和电导率等变化的响应。结果表明,横向场激励压电传感器不仅具有较好的质量敏感效应,还对被测液体电特性参数变化具有较高的灵敏度,可用于研制复合型压电生物传感器。     

阻抗型压电二氧化碳传感器的研制和应用

基于串联式压电晶体对溶液电导率和介电常数的灵敏响应,研制了一种灵敏度高,响应快,稳定性好的阻抗型压电二氧化碳传感器,同时,探讨了利用阻抗型压电二氧化碳传感器组装酶传感器的可行性,实验结果表明这类二氧化碳传感器不需要参比电极,不便用易碎的玻璃ｐＨ电极,用于组装酶传感器具有结构简单,装配容易,易于微型化的优点。     

用于液相检测的横向场激励模式压电传感器

与传统基于石英晶体微天平的压电传感器相比,横向场激励模式压电传感器具有更优异的性能。该文基于微声波理论,分析了横向场激励模式压电体声波器件的声传播机理,计算了石英晶体在任意切型及横向电场方向上的压电耦合系数,并根据计算结果设计了新型的传感器结构。3种不同浓度的水溶液用于测试传感器对液体粘度、介电常数和电导率等变化的响应。结果表明,横向场激励压电传感器不仅具有较好的质量敏感效应,还对被测液体电特性参数变化具有较高的灵敏度,可用于研制复合型压电生物传感器。     

新型乙肝压电免疫传感器的研制

通过自组装半胱胺在压电石英金电极上,用缩合剂(EDC和NHS)将羧基化碳纳米管和乙肝表面抗体连接到半胱胺膜,构建乙肝表面抗原的一种新的生物压电免疫传感器。传感器的灵敏度为17.268 Hz/(μg/mL),线性范围为0.05μg/mL-15μg/mL,并能实时检测。     

液相单片阵列式压电传感器测量系统研究

阵列化、集成化、智能化是近年来压电传感器的重要研究方向,因此本文设计并研制了一种用于液相检测的单片式阵列压电传感器测量系统,在单个压电晶片上制作五个电极单元,并以塑料封装的形式用于液相检测,五对电极由单片机控制选时导通,以消除测量时的共性干扰因素.采用锁相环电路和变压器支路补偿的硬件电路方式补偿晶体制作时不可避免的并联电容,以提高晶体的液相起振性能,使其工作在串联谐振频率.将所研制的测试系统用于沙门氏菌的生物检测中,有较好的测试效果.     

压电磁性表面分子印迹传感器对氯霉素的检测

将磁性表面分子印迹技术与压电传感器结合,研究了一种氯霉素的检测的新方法。合成的氯霉素磁性表面分子印迹聚合物是以磁性纳米颗粒为载体,以甲基丙烯酸为功能单体进行聚合反应。磁性分子印迹聚合物的形态学功能、吸附作用、识别性能等是通过紫外分光光度计、红外光谱分析仪及透射电子显微镜等进行检测的。同时,设计压电磁性表面分子印迹传感器,即将磁性表面分子印迹聚合物修饰在压电传感器的敏感元件上。用所制备的压电磁性表面分子印迹传感器对氯霉素进行检测。实验结果表明该传感器对氯霉素有很好的结合能力和高灵敏性。即氯霉素的检测限为6μg/L,检测时间为10 min。     

熔锥形光纤声发射传感器的实验研究

为克服传统的压电传感器体积大、质量大及易受电磁干扰等缺点,研制一种基于熔锥形光纤耦合器的新型光纤传感器。通过在铝板和碳纤维复合材料层板上进行断铅声发射探测实验,分析其频谱,得到频率响应为300kHz,比压电传感器的频率200kHz响应高。将该传感器对纤维缠绕压力容器打压时进行在线检测,得到水压分别为2．4和3MPa时的声发射信号,得出压力容器会发生基体开裂和界面损伤两种损伤模式。结果表明,该传感器具有制作简单、体积小和灵敏度高等优点,能够探测频率为几十千赫兹到几百千赫兹的声波。     

压电传感器在血浆粘度检测中的应用

利用液体阻尼效应压电石英晶体传感器原理，开发了一种用于血浆粘度测量的生物传感器。阐述了该传感器的检测原理，同时介绍了探头和振荡电路的设计方法。实验表明，传感器的最大频移值与血浆粘度和密度的乘积的平方根值存在很好的线性关系。与现行的方法相比具有简单、灵敏、在线等优点。     

发动机光纤爆震传感器的结构分析

汽车发动机在工作时,因使用燃料不当、载荷突然加大或点火提前角调整不当都会引起爆震燃烧.目前使用的磁致伸缩式传感器响应速度较慢,而压电传感器的高频响应特性好,但其低频响应特性较差.本文介绍一种光纤爆震传感器,具有响应速度快,频率范围宽,可实现精确控制的特点.分析了这种光纤爆震传感器的具体结构,并对其进行了理论探讨.     

生物传感器的研究状况

随着对生物感觉系统的研究及现代电子技术和生物工程的迅猛发展,使得生物传感器应运而生。生物传感器实际上是化学传感器的一个分支,从结构上来讲,生物传感器由两个部分组成,第一部分就是感受器,它是由具有分子识别能力的生物活性物质构成,如酶、抗原、抗体、动植物组织切片或微生物等。第二部分是基础电极或称内敏感器,这是由电化学或光学检测元件组成,如电流或电位测量电极、压电晶体、热敏电阻、场效应晶体管和光纤等。生物传     

压电悬臂梁式微型电场传感器的设计与制备

提出并研制一种新型压电悬臂梁式微型电场传感器,该传感器是基于压电(PZT)薄膜驱动的悬臂梁式微型电场传感器;同时介绍了传感器的工作原理、结构设计、制作工艺以及初步测试结果。该微型电场传感器由多根压电悬臂梁构成,每根悬臂梁能同时具有屏蔽电场和感应电荷功能。对传感器感应电荷的能力进行了计算;并根据计算结果和工艺要求设计了传感器的参数。该微型电场传感器采用微加工技术制作,每根悬臂梁为多层复合结构(Al/Si3N4/Pt/PZT/Pt/Ti/Si O2/Si),其中PZT薄膜采用溶胶-凝胶法制备。测试结果证明,传感器具有良好的响应特性。     

基于蛋白A定向固定抗体的触珠蛋白压电免疫传感器的研究

用蛋白A-金电极法将触珠蛋白抗体固定在9MHz镀金石英晶体比表面,研制了一种简单、灵敏的压电免疫传感器,用于溶血性贫血与严重肝病标志物一触珠蛋白的高特异性检测．比较了传感器采用直接金电极吸附法、牛血清白蛋白吸附-戊二醛交联法和蛋白A法三种固定抗体的方法．研究了蛋白A的定向自组装、抗体的固定化浓度和免疫反应时间等主要因素对免疫传感检测灵敏度的影响,并考察了传感器响应与再生性能．测得该免疫传感器检测人血清中触珠蛋白的线性浓度范围为1．27-31．7mg／L．     

绿原酸分子印记聚合物压电模拟生物传感器的研制

基于压电石英晶体传感器灵敏的响应性能，结合分子印记聚合物的特异识别性能，研制出了绿原酸分子印记压电体声波模拟生物传感器，详细探讨了膜的修饰作用，验证了该传感器的印记效应，优化了实验条件，运用于烟草中绿原酸的定量测定，得到了令人满意的结果。     

层层累积技术制备基于纳米碳管的葡萄糖生物传感器

以多壁纳米碳管(MWCNTs)为电子媒介体和酶的吸附载体,利用层层累积的自组装技术固定葡萄糖氧化酶(GOx)的多层(MWCNTs/GOx)n复合薄膜修饰电极,制备了一种新型葡萄糖生物传感器。结果表明:传感器对葡萄糖的响应电流值随着MWCNTs/GOx复合薄膜层数的不同而变化,当MWCNTs/GOx复合薄膜的层数为6时,响应电流值达到最大。(MWCNTs/GOx)6复合薄膜修饰的葡萄糖生物传感器对3×10-2mol/L葡萄糖的响应电流为1.63μA,响应时间仅为6.7 s。该生物传感器检测的线性范围为5×10-4~1.5×10-2mol/L,最低检测浓度可达0.9×10-4mol/L。     

PVDF压电薄膜指套式电子血压计的研究

本论文基于通过指脉搏可作为测量人体血压的依据,介绍了一种新型电子血压计—PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜指套式电子血压计的基本原理和使用方法,由PVDF压电薄膜的静、动态特性理解薄膜式压电传感器的工作原理,并且将PVDF压电传感器与信号处理电路相结合,把手指的血压变为电信号,通过检测电路处理直接得到血压值。这种电子血压计充分利用了PVDF薄膜良好的压电效应制成传感器,使得血压的测量误差更小,具有轻轻便携,测量方法简单的优势,可以为临床医学检测和家居预防保健提供参考。