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。     

水中总磷小型自动化检测系统的关键技术研究

系统面向水中总磷的在线监测,对基于顺序注射-分光光度法的总磷小型自动化在线检测系统的关键技术进行了研究。系统由消解单元、流路单元、光学检测单元和控制单元组成。实验结果显示,系统在磷酸盐浓度为0.05～1 mg/L范围内有线性的光电压响应,灵敏度为0.850 2 V/(mg·L~(-1)),线性相关系数为0.999 9,检测下限为0.014 mg/L。可以实现对国家地表水环境质量标准中规定的I-V类水进行检测。此外,研究了环境温度对系统检测的影响,结果表明,在25～59℃范围内,随着环境温度的升高,检测灵敏度随之增加;当环境温度大于65℃时,检测的光电压信号产生畸变。研究结果对总磷的在线监测具有重要意义。     

A localized surface plasmon resonance DNA biosensor based on gold nanospheres coated on the tip of the fiber

A localized surface plasmon resonance (LSPR) biosensor was prepared with gold nanospheres (AuNSs) coated on the tip face of the optical silica fiber. AuNSs with the sizes of 20 nm and 80 nm were used. The sensitivities of AuNS20 nm and AuNS80 nm modified sensors to bulk refractive index (RI) variation are 82.86 nm/RIU and 218.98 nm/RIU, respectively. The AuNS80 nm modified sensor was used for the detection of 40 bases DNA hybridization and the limit of detection is 50 nmol/L, where the 40-bases DNA probe was covalently linked with AuNS80 nm. The complementary DNA sequence in tris-acetate-EDTA (TAE) buffer solution was detected as the target DNA. This fiber sensor has the advantages of small sample consumption, easy fabrication and high sensitivity.     

用于氨氮检测的无透气膜安培型氨气微传感器及系统

设计并制备了一种无透气膜的安培型氨气微传感器,并构建了氨氮检测系统,该系统实现了将溶液中的氨氮转化为氨气,并应用所设计的微传感器检测气态氨氮．采用MEMS工艺制备组成该微传感器的微电极芯片,氨敏感材料选用铂黑,通过电化学方法修饰于微电极表面．在微电极芯片的SU-8微池中滴入微量LiCl溶液,形成可使氨气迅速扩散到电极表面的薄层电解液．使用自行设计的氨氮检测系统对不同浓度氨氮样品进行检测,对微传感器的时间响应特性、线性度、灵敏度及重复性进行了测试和分析．微传感器的线性范围为0．2mg／L～4mg／L,线性相关系数为0．9847,检测下限为0．2mg／L,达到90％响应信号所需的时间在3min以内．结果表明,使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法是可行的．     

用于氨氮检测的三维微纳氨气传感芯片及系统研究

该文设计并制备了一种多层微结构的安培型氨气三维微纳传感芯片,并构建了以此微传感芯片为敏感单元的氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法。该微传感芯片采用微纳加工工艺制备,使用聚合物键合工艺在较低温度下实现了微传感器多层结构的封装。使用纳米铱作为传感器的敏感材料,其具有良好的电催化氧化能力,可使传感器具有较高的灵敏度。对Ag/AgCl微参比电极的稳定性进行了考察。使用自行设计的氨氮检测系统对氨氮样品进行检测,对微传感器的时间响应特性、浓度响应特性、重复性及选择性进行了测试和分析。实验结果表明,在0.5~10 mg/L的测试范围内,检测电流与氨氮浓度保持良好的线性,灵敏度为1.62 A/(mg/L),线性相关系数为0.995,重复性偏差为5.73%。同时,传感器显示出良好的选择性。     

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.     

基于微型氨气敏感单元的氨氮检测系统研究

设计并制备了一种具有微池薄液层结构的安培型氨气微传感器,并以此微传感器构建了氨氮检测系统,探索了使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法.该微传感器为采用MEMS工艺制备的微电极芯片.在微传感器的设计中,将传统的薄层电解液与腔体两结构融为一体,省去了腔体结构,有效减小了体积.氨敏感材料选用铂黑,通过电化学方法修饰于微电极表面.薄层电解液选用保湿性较好的LiCl溶液.使用自行设计的氨氮检测系统对不同浓度氨氮样品进行检测,线性范围0.4～5(mg/L),线性相关系数0.992,检测下限0.2(mg/L),达到90％响应信号所需的时间在2min以内.结果表明,使用安培型氨气微传感器检测氨氮的方法是可行的.微池薄液层的设计使传感器结构简单、便于加工,同时使氨气可以迅速扩散到电极表面,保证了传感器的响应速度.     

基于电化学共聚蛋白A固定抗体的安培型免疫微传感器

研究了共聚合吡咯和蛋白A（staphylococcal proteinA）修饰传感界面的新方法,用于安培型免疫微传感器检测人免疫球蛋白（immunoglobulin G,IgG）抗原．基于微机电系统（micro electro mechanical systems,MEMS）技术,在硅片上制备带有SU-8微反应池和微型两电极系统的传感芯片,利用电化学循环伏安法,将蛋白A与吡咯掺杂后共聚于工作电极表面,以此固定IgG抗体．优化蛋白A和抗体固定的实验条件,对聚合膜进行了扫描电镜（SEM）成像分析．实验结果表明,该方法操作简便、可控性强,在160S内能够有效固定蛋白A,改善抗体固定效果,与用聚吡咯修饰传感界面的方法相比,检测灵敏度提高约10％,以此实现的安培型免疫微传感器非特异性吸附小,具有较好的重复性和稳定性．     

基于免疫微传感器的微流体系统

作为提高免疫微传感器一致性及稳定性方法的关键研究内容之一,在MEMS工艺制备的电极型免疫微传感芯片的基础上,设计和制备微反应室以及微进出样沟道,以期利用微流体系统配合完成敏感膜固定化及免疫检测过程,探索提高生物敏感膜固化的稳定性和一致性,提高免疫微传感器检测一致性的技术和方法。设计了不同结构的微流体结构,并通过软件对不同结构对免疫检测过程所带来的影响进行了分析和比较。该研究对于面向应用的微型免疫生物传感器的研制有着重要的研究意义和实用价值。     

一种新型总氮微型电化学传感器

采用微机电系统(MEMS)工艺制备金叉指超微电极阵列(IDA),通过电化学沉积技术在电极表面修饰纳米银钯双金属复合物敏感膜,制得一种新型总氮微型电化学传感器。该纳米银钯双金属复合材料修饰电极可实现在强碱溶液环境中(pH 12.0~12.5)对硝酸根离子的电催化还原,从而避免了繁琐的总氮消解水样pH调节,实现了总氮直接检测的目标。实验结果表明,该传感器在强碱溶液环境中对硝酸根具有高灵敏的伏安响应(灵敏度为37.9mA/mmol),响应电流在总氮I~V类水浓度(0~2.0mg/l)范围内有良好的线性关系(线性度为99.43%),该传感器具有良好的抗干扰性和一致性,使用寿命可达到30天,并实现了实际水样总氮检测。