基于免泵微流控芯片和电化学检测的便携式生物医学传感器研究

为满足即时检验(point-of-care testing,POCT)在基层和个性化诊疗使用需求,开发了一种免泵式微流控芯片和电化学检测生物医学传感器系统,配合免疫传感器完成了对过氧化氢和前列腺癌标志物的快速检测。系统利用改性处理后聚二甲基硅氧烷芯片通道内毛细作用力,自泵式完成待测试剂混合和流动,采用微型便携式检测设备控制输入信号并通过微电流检测电路设计读取传感器上电流信号,实现快速自动化检测。实验验证了三电极检测电路输出电位稳定,误差不超过1%;通过对双氧水浓度检测实验证明了该检测体系对浓度变化电流动态响应特性良好,输出稳定;检测系统配合生物传感器对前列腺特异性抗原浓度进行定量检测,检测限为1 ng/m L。据我们所知,这是首次利用电化学免泵微流控传感器进行前列腺抗原的检测,本体系结构简单,操作简便,系统有望与多种电化学传感器结合用于多种检测物质的快速智能化POCT检测。     

集成恒温和搅拌功能的小型化、高精度电化学传感检测系统的设计与实现

出于生化量现场便携检测的目的,同时为了提高传感检测系统的集成度和适用范围,将恒温控制、磁力搅拌和高精度电化学检测相结合,设计了一种小型化、多功能、高精度电化学传感检测系统.系统硬件端采用微控制器搭配信号处理、驱动控制和电源管理等芯片完成电路硬件设计,同时选用微型的电机和加热装置等器件,实现整个检测系统的小型化;软件端不仅在硬件电路中加入操作系统,并且结合上位机程序,实现电化学检测、恒温控制、磁力搅拌、实时显示和数据存储多种功能.电化学检测部分采用低噪声芯片配合后端滤波电路提高了电化学传感检测精度,恒温控制部分加入了比例积分微分算法来提高精度.经过验证,检测系统整体体积为30 cm×30 cm×30 cm,可完成计时电流法、循环伏安法等多种电化学检测功能,电流测量精度可低至0.15 n A,恒温控制精度可达到±0.3℃,搅拌转速精度可达到4%.测量数据验证了所研发的电化学传感检测系统的可靠性和实用性.     

基于Au@Ag/PPy复合纳米材料固载葡萄糖氧化酶的葡萄糖电化学传感器的构建

制备了一种基于Au@Ag/PPy复合纳米材料固载葡萄糖氧化酶(GOD)的葡萄糖电化学传感器,并将其用于葡萄糖的检测.利用循环伏安法和差示脉冲法对电化学传感器的电化学行为进行研究,探讨了扫速、溶液pH对传感器峰电流的影响.结果表明,制备的电化学传感器对葡萄糖具有良好的电化学响应,在pH=7.0的条件下,电流响应信号与葡萄糖的浓度在2.3×10~(-7)~1.3×10~(-4)mol·L~(-1)范围内呈现良好的线性关系,检测限达到7.7×10~(-8)mol·L~(-1)(S/N=3).利用制备的葡萄糖电化学传感器对人血清中葡萄糖浓度进行检测,回收率达到98.0%~103.0%.     

基于CC2530的煤矿气体监测终端设计

设计基于CC2530的煤矿气体监测终端实时监测煤矿危险气体浓度并进行分析判断和安全防范提示。为提高安全可靠性和准确度,该终端采用了红外气体传感器和电化学气体传感器两类气体传感器。设计电路将电化学气体传感器输出的微弱电流转换为电压模,以满足CC2530内置电压模模数转换器的需要,通过测量电化学气体传感器的环境温度,查询保存的电化学酒精传感器的信号比率与环境温度之间的关系数据,计算出准确的气体浓度,解决了电化学气体传感器中气体燃烧转变为电能输出转换率易受环境温度影响的问题。也可加入由网络协调器或者是路由器组建的Zig Bee网络,把终端检测出的结果传输到总控中心供实时监控综合分析。     

基于文氏管除尘器的现场流量检测

以89C51单片机为核心,配合传感器、ADC0809A/D转换芯片、LCD显示器以及打印机等组成动态检测系统,利用文氏管除尘器的标准节流特性结合流体力学的基本原理,实现对实际工况下除尘系统中流量的动态检测。实验证明,流量采集系统对于动态信号的处理与实际值基本一致,系统测试结果的误差平均值为1．8％,在误差允许范围内,表明该系统性能稳定。     

基于MEMS的多参数传感器与检测系统设计

基于电化学电流检测原理,利用微机电系统(MEMS)技术、电极表面修饰技术以及酶固定化技术,制备了纳米颗粒增强的多参数生物传感器。采用恒电位微电流检测方法,设计制作了配合该系列传感器的多参数检测系统。以葡萄糖参数为例,验证了检测系统的性能,结果表明,该系统与传统电化学工作站测得的数据相比较,在0.5-22mmol/L范围内,相关系数达0.9943。     

微流控芯片上油液磨粒电容检测

报道一种可用来检测和计数油液中磨粒个数的微流控芯片实验室装置(microfluidic lab-on-chip).使用直径为25μm铜丝作为电极,在PDMS徼流控芯片上加工获得三维电容传感器,油液样品在微流控芯片上由注射泵驱动通过传感器.金属磨粒与油液介电常数不同,每一个通过电容传感器的磨粒均会产生电容脉冲信号,脉冲信号幅值反映了磨粒大小,而脉冲个数即为磨粒数量,实现了最小粒径为8 μm的铝磨粒的检测和计数.该油液磨粒检测装置具有结构简单、成本低、检测精度高等优点,有望应用于远洋船舶的油液离线分析.     

基于银钯铂复合纳米材料标记的癌胚抗原免疫传感器的研制

合成了中空囊状银钯铂复合纳米材料,并以此为标记物,研制了一种标记型癌胚抗原(CEA, Carcinoembryonic Antigen)免疫传感器用于CEA的快速检测.首先利用Au-SH键将CEA抗体(anti-CEA)固定在金电极表面,与CEA抗原免疫结合后,再与银钯铂复合纳米材料标记过的anti-CEA结合,制成夹心型的免疫传感器.考察了免疫传感器的电化学特性,同时研究了培育时间和抗体固定浓度等实验条件对传感器性能的影响.该传感器在CEA抗原质量浓度为0.1～40 ng/mL的范围内有良好的线性关系,检测下限为0.03 ng/mL.实验结果表明: 该免疫传感器操作简便、灵敏度高、选择性好,具有良好的重现性和稳定性.     

锁相环在糖液浓度传感器中的应用

根据射频法测量糖液浓度的原理,设计了糖液浓度测量电路,并利用锁相环原理对糖液浓度传感器信号进行调制与解调.实验表明,应用锁相环对传感器输出信号进行处理,测试效果较好,具有使用外围元器件少、性能稳定、功能强大等特点.     

基于微电机系统的多参数传感器与检测系统设计

基于电化学电流检测原理,利用微机电系统(MEMS)技术、电极表面修饰技术以及酶固定化技术,制备了纳米颗粒增强的多参数生物传感器。采用恒电位微电流检测方法,设计制作了配合该系列传感器的多参数检测系统。以葡萄糖参数为例,验证了检测系统的性能,结果表明,该系统与传统电化学工作站测得的数据相比较,在0.5~22 mmol/L范围内,相关系数达0.994 3。     

基于石墨烯场效应管的无标记大肠杆菌快速检测方法

食源性细菌检测方法是食品安全的的重要课题,该文提出了一种新的细菌检测方法——基于石墨烯场效应管电化学生物传感器的大肠杆菌快速检测方法.在该方法中,采用化学气相沉积的方法获得石墨烯,之后利用抗原抗体特异性结合原则捕获大肠杆菌,通过检测石墨烯在大肠杆菌掺杂后的电学特性变化来表征大肠杆菌浓度.该文设计的系统有较好的稳定性(CV=6.98%)和较低的信噪比(6.8%).经过实验测试,系统的检测范围为10-107 cfu/ml,最低检测限为10CFU/ml(R=0.94).检测过程控制在30min以内完成,可以实现现场实时检测.     

基于纳米材料的葡萄糖传感器测试系统设计

研究了一种基于纳米材料的新型电化学非酶葡萄糖传感器测试系统的设计方法.在2 M 的 KOH 溶液中, Pd-Ni/SiNWs(钯-镍/硅纳米线)电极在脉冲扫描电压作用下,对溶液中葡萄糖分子有良好电催化氧化作用,回路中会产生催化氧化电流,可以通过峰值电流保持器对回路电流进行监控,把回路中与葡萄糖催化氧化过程相对应的电流峰值记录下来,作为检测葡萄糖浓度的依据.根据上述原理,开发出了一种含可控波形电压输出、电流峰值采集、显示输出以及键盘控制等功能模块的葡萄糖传感器测试系统     

对双折射不敏感的光纤电流传感器系统研究

讨论了双折射对光纤电流传感器稳定性影响，并介绍了一种采用光学偏振控制器、块状玻璃传感头和单光路检测的光纤电流传感器。理论分析和实验结果表明，这种结构的光纤电流传感器能够有效地消除输入、输出光纤及传感头的双折射对系统测量灵敏度的影响，使系统工作稳定可靠。     

基于LabVIEW的直流电力测功系统

直流电力测功系统利用发动机带动航空直流发电机发电,用励磁控制器控制励磁电流来稳定输出电压,通过改变电枢电流实现加载,用高精度拉压力传感器测量发动机输出的扭力,用磁电转速传感器测量输出转速,用labVIEW软件和多功能数据采集卡采集数据并输出脉冲信号控制油门控制器,实现对转速的闭环控制。     

基于CORDIC算法的磁编码器设计

利用两轴正交全桥GMR传感器芯片SAS012产生两路正交信号,并利用Cyclone系列FP-GA芯片EP1C6PQ240设计了一台磁编码器原型机.由于设计中采用了流水线结构的CORDIC算法,能很好地满足系统实时性要求,并进一步在FPGA中进行了数字滤波.在原型机上的实验测试结果表明,该磁电编码器8倍频输出结果稳定.     

流控检测平板间气流流动的分析

一、问题提出利用流控装置完成逻辑控制功能的许多系统的测量,比较普遍的是应用位置或位移的传感器,检测出的物理量,成为实现逻辑控制功能的依据。在印刷过程中的误页流控检测器以及化工部门某种测料器,便是属于这一类的传感器。从负压流控装置的应用发现,检测缝隙的间距(Δ)、孔径(γ_0)的大小直接影响元件的信号输出。为了提高检测精度,改善负压流控元件的性能及了解其动作原理,我们对平行检测板之间气流流动进行了理论的分析。     

一种基于四NOMS管升/降压DC-DC转换器的设计

为提高电池能量的利用率,减小芯片体积,外围电路简易,设计了一种集成四NMOS功率管的升降压DC-DC转换器。该电路根据输入与输出电压的关系和负载大小,采用不同的工作模式,利用充电泵电路完成高端功率管驱动及延时检测实现短路保护,并在0.5BCD工艺下完成。通过仿真验证了该系统的可行性,转换效率可达、以及宽输入范围下提供稳定的输出电压。     

基于RGO/Au NPs和G-四链体/Hemin的过氧化氢电化学生物传感器的制备及性能研究

制备了基于RGO/Au NPs和G-四链体/Hemin的过氧化氢电化学生物传感器,并用于过氧化氢的检测.利用循环伏安法、差示脉冲法和计时电流法对传感器的电化学行为进行了研究,探讨了RGO/Au NPs电沉积圈数以及G-四链体/Hemin孵育时间对传感器性能的影响.结果表明,制备的传感器对过氧化氢具有良好的电化学响应,电流响应信号与过氧化氢的浓度在0.5μmol·L-1～0.1mmol·L-1的范围内呈现良好的线性关系,检出限为0.15μmol·L-1(S/N=3).该传感器稳定性好、抗干扰强,对细胞中过氧化氢释放量的实时监测具有一定的应用价值.     

家用燃气泄漏报警控制器

煤气报警系统采用了RCM5700为系统的CPU,通过单片机系统设计实现对家用煤气的控翻功能,由NG-CO-001电化学一氧化碳气体传感器对煤气进行检测,将所得的浓度值与设定浓度值相比较得到偏差.通过对偏差信号的处理获得控制信号,去调节煤气出气阀的通断,四个单元的煤气浓度对应模拟量利用A/D转换为数字量,井加入了键盘输入,从而实现对家用煤气漏气的控制.整个系统的硬件电路设计合理,性能安全可靠.     

基于固态高聚物电解质一氧化碳传感器研究

以固态高聚物膜为电解质,用化学沉积法和浸渍-还原法制备了金属/聚合物的复合膜电极为气敏电极,组装成分别以电流型和电位型的CO电化学传感器,研究发现传感器的稳态输出电位与CO体积分数的对数呈线性关系;应用恒电位电解技术研究电流型传感器的传感性能,按电流 电压曲线确定其合适的外控电位,探讨了稳态扩散电流的产生,并在此外控电位下测定了传感器的线性应答。文中也研究了传感器的温度和湿度特性,研究表明在检测环境温度范围为30～45℃时传感器的温度系数为0.84μA/℃,从湿度特性发现在给定水蒸气分压下,输出电流与CO的体积分数之间具有线性关系,同时也随水蒸气分压增加而增大。