检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：张文浙江大学

学位级别：博士

目前，经济发展、社会进步，但是伴随而来的环境问题也日益突出。特别地，很多人类活动，诸如工农业生产、矿产资源开发等，都会带来水环境的重金属污染问题。一般说来，以锌、镉、铅、铜等离子为代表的重金属污染，不易以视觉、嗅觉等... 详细信息

目前，经济发展、社会进步，但是伴随而来的环境问题也日益突出。特别地，很多人类活动，诸如工农业生产、矿产资源开发等，都会带来水环境的重金属污染问题。一般说来，以锌、镉、铅、铜等离子为代表的重金属污染，不易以视觉、嗅觉等方法直观观测;但即使在很低浓度下(10～100μg/L)，重金属污染对人体健康与动植物生长仍然危害很大;且一旦进入生物体内，往往会发生生物富集现象，很难通过代谢排出。\n 电化学溶出伏安法和具有特异敏感特性的光寻址电位传感器，是水环境重金属污染现场监测的两种有效方法。本文选择了上述两种方法，分析了溶出伏安法和光寻址电位传感器的基本原理;针对溶出伏安法进行了新材料、新工艺和自动化的研究，完善了海水重金属元素自动分析仪;针对溶出伏安法和光寻址电位传感器，进行了微型化、集成化研究，开发了光电复合微阵列芯片;基于光电复合微阵列芯片，开发了用于太湖水质监测的水环境重金属无线智能监测系统。研究工作受国家高技术研究发展计划（863计划）项目和国家重点基础研究发展计划（973计划）项目资助。\n 本文主要的工作和创新如下:\n 1.改进、完善了实验室自行研制的海水重金属元素自动分析仪，使用差分脉冲溶出伏安法，采用玻碳电极预镀汞膜，对海水中的锌、镉、铅、铜等4种重金属离子进行了测定，精密度和准确度均控制在±15～20％以内，满足合同要求，仪器顺利通过了渤海海试与第三方比测。此外，对同位镀铋膜测定重金属离子方法进行了探索。\n 2.研制了带状微电极阵列，微电极阵列由多个带状微电极组成;对微电极阵列进行了尺寸表征和伏安特性扫描，电极特性良好，可用于铅、铜等重金属元素离子检测。\n 3.针对微电极阵列，提出了一种自动化伏安过程，该过程包括了系统自校准、自动量程、多种标液选择与自动富集时间等;基于自动化伏安过程，改进了电化学阵列传感器的检测性能，可以扩展微电极阵列测试范围，降低检测噪声。\n 4.针对光寻址电位传感器，分析了因光强波动、光源噪声等因素引发测量误差的原理，提出了一种精密光强调制模型和改进方法，构建了精密光强调制系统，并通过实验证明了基于精密光强调制，有效提高光寻址电位传感器的检测精度。\n 5.在同一个硅基底上，集成了微电极阵列和光寻址电位传感器，提出了一种新型的带状微电极阵列和光电复合微阵列芯片的设计方法;基于光电复合微阵列芯片，能够建立自校准模型，提高检测精度;以光电复合微阵列芯片为核心，结合无线传感器技术与物联网技术，提出并实现了水环境重金属智能无线监测系统，用于区域水环境重金属监测。

关键词：光电复合微阵列芯片水环境重金属污染检测光寻址电位传感器微电极阵列水质监测

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仿生嗅觉细胞及受体传感器的研究

仿生嗅觉细胞及受体传感器的研究

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作者：吴春生浙江大学

学位级别：博士

生物嗅觉系统可以分辨和识别成千上万种不同的气味分子,具有很高的灵敏度和特异性。随着嗅觉机理研究的不断深入以及现代生物医学传感技术的不断进步,人们模仿嗅觉感知气味的机理,以生物活性材料作为敏感元件,耦合各种二级换能器,构建... 详细信息

生物嗅觉系统可以分辨和识别成千上万种不同的气味分子,具有很高的灵敏度和特异性。随着嗅觉机理研究的不断深入以及现代生物医学传感技术的不断进步,人们模仿嗅觉感知气味的机理,以生物活性材料作为敏感元件,耦合各种二级换能器,构建了多种仿生嗅觉传感器。由于引入了嗅觉受体神经元、天然或异源表达的嗅觉受体蛋白等生物活性材料作为敏感元件,仿生嗅觉传感器获得了部分生物嗅觉系统具有的优点,比如灵敏度高、检测限低、选择性好等,可以广泛应用于生物医学、环境监测、药物开发、食品和水质控制等诸多领域,具有广阔的应用前景以及商业开发潜力。目前,仿生嗅觉传感器的研究在生物、电子、信息、材料等多种学科和技术进步的推动下取得了较快进展,并展现出很大的发展潜力。但是,该研究也面临许多困难,比如如何获得嗅觉相关生物活性材料并验证其功能,如何高通量、多参数、实时地监测生物活性材料对特异刺激的响应,以及如何进一步提高传感器的灵敏度和特异性以拓展其实际应用的领域。基于此,本论文在细胞和分子水平上构建新型仿生嗅觉传感器,并对传感器的性能及其在生物医学中的应用进行了较深入的研究。首先,在细胞水平上,以嗅觉受体神经元（olfactory sensory neurons, OSNs）作为敏感元件,以光寻址电位传感器（light-addressable potentiometric sensor, LAPS）作为二级传感器,构建了一种可用于嗅觉传导机理研究的单细胞传感器。其次,在分子水平上,采用基因工程的方法把线虫嗅觉受体蛋白ODR-10表达于异源细胞系-人胚胎肾（HEK-293）细胞的质膜上,以质量敏感型器件石英晶体微天平（quartz crystal microbalance, QCM）鉴定嗅觉受体蛋白识别气味的功能。为了获得可以稳定表达嗅觉受体蛋白ODR-10的细胞系,本文对ODR-10在人乳腺癌细胞MCF-7的表达做了初步研究,并以含有异源表达的嗅觉受体蛋白ODR-10的细胞质膜作为敏感元件,声表面波（surface acoustic wave, SAW）器件作为二级传感器,构建了基于嗅觉受体的新型气敏生物传感器。最后结合现代微型化技术,对生物微机电系统以及微流控芯片在构建仿生嗅觉传感器方面的应用做了一些初步探讨。本论文的主要内容和贡献在于： 1.在LAPS单细胞传感器的基础上,把嗅觉信号在嗅觉受体神经元内的传导机理应用于仿生嗅觉传感器的研究,利用MDL12330A对嗅觉信号胞内传导通路的抑制作用,证实LAPS芯片记录到的电信号来源于与其表面耦合的嗅觉受体神经元对气味刺激的响应,同时也提示这种仿生嗅觉传感器可以应用于嗅觉信号传导机理的研究。 2.提出一种利用增强剂提高基于嗅觉受体神经元的LAPS单细胞传感器灵敏度的方法。利用LY294002对嗅觉信号传导通路的增强效应,提高嗅觉受体神经元对特异刺激的响应,进而提高传感器的灵敏度。实验结果表明,利用LY294002的增强效应,可以将LAPS单细胞传感器的灵敏度提高约1.5倍,并且提示这种方法也可以应用到其它基于细胞膜电位监测的仿生嗅觉传感器中,比如基于场效应晶体管（field effect transistor, FET）、微电极阵列（microelectrode array, MEA）的仿生嗅觉传感器。 3.利用基因工程技术,把线虫嗅觉受体蛋白ODR-10功能性表达于异源细胞系统-人胚胎肾细胞HEK-293细胞的质膜上,分析ODR-10在异源细胞系统中的表达情况及其亚细胞定位,并用QCM器件鉴定其识别特异气味的功能。结果表明这种异源表达的嗅觉受体蛋白ODR-10仍然具有特异性识别其天然配体丁二酮的功能,适合作为敏感元件用于构建基于嗅觉受体的仿生嗅觉传感器。 4.获得可以稳定表达线虫嗅觉受体蛋白ODR-10的MCF-7细胞系,利用测定胞内钙离子浓度的方法证实其识别气味的功能,并以含有ODR-10的细胞质膜作为敏感元件,SAW器件作为二级传感器构建基于SAW器件的气敏传感器。结果表明这种由嗅觉受体蛋白和SAW器件构成的复合系统可以有效监测嗅觉受体与气味分子的相互作用,实现传感器对特异性气味刺激的检测。

关键词：仿生嗅觉传感器嗅觉受体神经元嗅觉受体光寻址电位传感器石英晶体微天平声表面波器件

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基于电渗驱动的微型电化学分析系统研究

基于电渗驱动的微型电化学分析系统研究

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作者：李学亮西北工业大学

学位级别：博士

化学分析系统的微型化势必要求其流体驱动系统和检测传感器也要微型化。目前化学分析系统采用的基于蠕动泵驱动方式的微流体驱动系统体积较大,嵌入微通道内困难,且流量可控性较差,进一步减小液滴体积困难。本文采用易于嵌入微通道内的... 详细信息

化学分析系统的微型化势必要求其流体驱动系统和检测传感器也要微型化。目前化学分析系统采用的基于蠕动泵驱动方式的微流体驱动系统体积较大,嵌入微通道内困难,且流量可控性较差,进一步减小液滴体积困难。本文采用易于嵌入微通道内的电渗微泵（Electroosmosis micropump,EOP）作为微流体驱动系统,光寻址电位传感器（Light-Addressable Potentiometric Sensor,LAPS）作为微流体检测传感器,致力于研制一种分析液消耗量更低、集成度更高的微型电化学分析系统。然而,输液效率偏低和噪声增大分别是电渗微泵和LAPS在微型化过程中所面临的问题。为提高电渗微泵的输液效率和LAPS信号的信噪比,分别提出了一种气泡协助-电渗微泵技术和一种基于小波变换的噪声抑制方法,并对相关问题进行了深入的研究。本论文的主要创新性研究成果如下:1.提出了一种基于电渗驱动的微型电化学分析系统。针对液滴式电化学分析系统采用蠕动泵流量可控性受限、减小微液滴体积和精确操控微液滴困难的问题,本文提出了一种基于电渗驱动的微型电化学分析系统。在LAPS传感表面构建了微通道,并在微通道中嵌入了一个电渗微泵。通过切换电渗微泵驱动电压的极性可以改变微流体的运动方向。驱动电压从20 V50 V,输出流量从48.7 pL·s-1122 pL·s-1,随着驱动电压的升高流量呈线性增加。在微通道中产生了一个体积约为1 nL的样品液滴,液滴通过电渗驱动被精确泵送到LAPS检测区域。得到了不同pH值液滴的光电流-时间特性曲线和光电流-偏置电压特性曲线。估算了这些曲线拐点处的偏置电压值,得出LAPS的pH灵敏度约为50 mV/pH,接近于室温下的Nernst值。该微型电化学分析系统适用于微量化学/生物分析液的传感检测。据作者掌握的资料,这种在LAPS中使用电渗微泵的技术之前未见报道。2.提出了一种气泡协助-电渗微泵（Bubble-assisted EOP）技术。针对现有电渗微泵高驱动电压容易产生电解气泡、高比表面积的微通道制备工艺复杂和兼容性差的问题,本文提出了一种气泡协助-电渗微泵。在具有“哑铃型”结构的微通道“瓶颈”区域内植入第三个电极,电解产生一个气泡。此时,由于微通道内壁的亲水化处理,会在气泡和微通道内壁之间留下一层具有高比表面积的薄膜水层。所以即使在相对较低的（20 V60 V）的直流驱动电压和不使用多孔材料的情况下,也能产生高效的电渗流。研究表明,气泡/薄膜水层的长度与其电阻呈线性关系;随着气泡/薄膜水层的变长,电渗流的流量减小;切换驱动电压极性,电渗流的流向也随之改变;随着驱动电压的升高,电渗流的流量也随之增加,当驱动电压为±60 V时,可获得的最大流量约为±500 pL·s-1。该微型电化学分析系统可产生体积约为1 nL的液滴,通过气泡协助-电渗微泵,微液滴被精确泵送到LAPS检测区域,并对微液滴的光电流-时间特性及光电流-偏置电压特性进行了分析。3.提出了一种基于小波变换的LAPS光电流噪声抑制方法。随着电化学分析系统的微型化以及分析液体积的减小,LAPS信号会变得非常微弱,信噪比降低,本文提出了一种基于小波变换的LAPS光电流噪声抑制方法。通过小波变换将LAPS光电流信号分解为3层,得到每一层的小波系数以及阈值。根据每层小波系数的特点,按阈值进行分别处理,得到新的小波系数,最后根据该系数,重构了LAPS信号。频谱分析表明:小波变换可以提高LAPS信号的信噪比。本文研制的微型电化学分析系统能够产生和分析体积低至1 nL的液滴。本研究对于构建新型“芯片实验室”具有重要意义。本文在国家留学基金委、日本東北大学吉信-宫本研究室以及教育部高等学校博士学科点专项科研基金的资助下进行研究。

关键词：微型电化学分析系统光寻址电位传感器电渗微泵液滴微流控技术高比表面积气泡协助-电渗微泵小波变换

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细胞传感器及其在药物分析中应用的研究

细胞传感器及其在药物分析中应用的研究

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作者：许改霞浙江大学

学位级别：博士

随着生物医学工程学科的发展，生物医学传感技术的研究已达到了细胞和分子水平。细胞拥有并表达着一系列分子识别的元件，如受体、离子通道、酶等，这些分子可以作为靶分析物，当有外界刺激时，将按照固有的细胞生理机制进行相应的生理... 详细信息

随着生物医学工程学科的发展，生物医学传感技术的研究已达到了细胞和分子水平。细胞拥有并表达着一系列分子识别的元件，如受体、离子通道、酶等，这些分子可以作为靶分析物，当有外界刺激时，将按照固有的细胞生理机制进行相应的生理功能活动。因此，以活细胞作为敏感元件的细胞传感器目前已成为国际上生物医学传感技术领域的研究热点，同时细胞传感器也是生物芯片技术领域的一个重要研究内容，该传感器将广泛应用于药物筛选、细胞生理研究、生物毒素检测、神经修复以及环境监测等方面。目前，与活细胞耦合构成细胞传感器的二级传感器有多种类型，其中光寻址电位传感器（Light Addressable Potentiometric Sensor，LAPS）由于具有灵敏度高、响应速度快、制备工艺简单、可长期监测细胞群代谢活动和单个细胞电活动等特点而具有广泛的应用前景，因此本文重点研究了基于LAPS的细胞传感器的理论设计、制造技术和检测系统的设计，并将该传感器用于测量细胞外代谢离子和动作电位等参数的变化，根据测量结果分析和评价药物作用效果。本论文的主要内容和贡献在于： 1．深入研究了细胞—硅器件耦合界面模型及LAPS的测量模型。通过研究细胞膜的特点及膜上部分离子通道的通透性和导电性，给出了神经元细胞膜上离子流计算的特征方程；分析了Si／SiO2界面特点和对模型的影响；将Fromherz等人构建的神经元—场效应管界面模型推广到普遍意义的神经元—硅器件界面并对模型做了简化；分析了基于LAPS的细胞传感器的测量原理及模型，为细胞传感器的设计提供了理论基础，也为实验结果的分析提供了重要的依据。 2．提出了一种新型的多功能细胞传感器—微生理计。该微生理计能够同时测量细胞外微环境中K+、Ca2+、H+等离子浓度的变化。在光寻址电位传感器表面采用PVC成膜技术，固定了多种离子敏感薄膜，用多种不同频率（如3KHz、3.5KHz、4KHz）的调制光源分别激发相应的敏感膜，所测量的光电流（电压）包含了多种晰详大李博士李位格炙敏感膜的共同响应，即测量信号由多个频率组成。由计算机进行数据分析，采用快速FFT变换，对信号进行幅值谱分析，可以实时分离出多种敏感膜的响应，这样就能同时计算出细胞外微环境中多种离子浓度的变化率。 3.提出了基于LAPS的单细胞传感器的设计方案和制作方法，设计了一套全自动进样给药系统。通过软件控制整个实验过程的液体进样，避免引入人为误差。用多聚鸟氨酸和层粘素涂层的磷酸缓冲液处理LAPS表面，增强细胞的粘附性。当贴壁生长的细胞在刺激作用下产生动作电位，该电位叠加在LAPS测量回路中，检测LAPS的响应，即可从中分离出细胞胞外动作电位变化的频率和幅度。用该单细胞传感器检测了乳鼠脑皮层神经元细胞动作电位的变化情况，并对嗅觉和味觉细胞芯片的设计方法进行了初步实验验证。 4.提出了基于LAPS的细胞传感器的药物分析和药效评价的方法。深入研究了细胞传感器数据采集与处理方法，通过时域和频域分析技术，定量分析了活细胞在药物作用下的代谢产物和细胞动作电位的变化，从而可以探测细胞的生理状态和药理功能，证明了基于光寻址电位传感器技术细胞传感器用于监测细胞活动的可行性。关键词:细胞传感器，细胞微生理计，光寻址电位传感器，嗅觉和味觉芯片，药物分析和评价

关键词：细胞传感器细胞微生理计光寻址电位传感器嗅觉和味觉芯片药物分析和评价

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基于移动智能终端的LAPS检测系统的设计与实现

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南开大学学报（自然科学版） 2017年第6期50卷 11-15页

作者：王增日赵晓航琚成贾芸芳南开大学电子信息与光学工程学院天津300350

设计了一种基于移动智能终端控制的光寻址电位传感器(LAPS)检测系统,将光源寻址、微弱信号检测与LAPS三电极电化学检测体系相结合,为生化检测领域提供了一种新的快速现场检测系统.通过移动终端应用程序控制,实现LAPS 2×2光源阵列寻... 详细信息

设计了一种基于移动智能终端控制的光寻址电位传感器(LAPS)检测系统,将光源寻址、微弱信号检测与LAPS三电极电化学检测体系相结合,为生化检测领域提供了一种新的快速现场检测系统.通过移动终端应用程序控制,实现LAPS 2×2光源阵列寻址,并对寻址光源进行频率调制,调制频率在0-10 k Hz任意设置,光源调制信号的频率误差小于0.01%,幅度误差小于0.10%;采用基于DSP的数字锁相放大技术对LAPS输出信号进行检测,将检测结果以动态曲线和数据的形式实时显示于控制端,并支持检测结果的实时存储及网络共享.测试结果表明,该系统的检测误差小于0.3%,满足设计要求.

关键词：光寻址电位传感器移动智能终端直接数字式频率合成数字锁相放大

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电子舌在环境监测和药物评价中的应用研究

电子舌在环境监测和药物评价中的应用研究

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作者：哈达浙江大学

学位级别：博士

伴随着经济发展和人类进步,人们寻求一种更为良性循环的、可持续发展的生活方式。环境污染、食品安全、医疗水平与人体健康密切相关,成为了人们日常生活中关注的重中之重。同时,这些领域衍生的科学研究也逐渐对无损、快速、智能检测技... 详细信息

伴随着经济发展和人类进步,人们寻求一种更为良性循环的、可持续发展的生活方式。环境污染、食品安全、医疗水平与人体健康密切相关,成为了人们日常生活中关注的重中之重。同时,这些领域衍生的科学研究也逐渐对无损、快速、智能检测技术提出了更高的要求。人工电子舌以其快速、低功耗、智能化、易操作、价格低廉、便携化程度高的优点,近年来成为了研究的热点和实用的实时在线检测手段,并被广泛地应用于环境检测、食品、医学、药物分析等领域。本文以离子敏电位型电子舌中的光寻址电位传感器和离子选择性电极为主要的研究对象,并结合细胞阻抗传感器,考察了其在水环境重金属监测和药物苦味及药效评价中的应用。在半导体物理学基础上,设计并研制了一种新型结构的重金属光寻址电位传感器敏感阵列,实现了传感器内部微型集成化和水样多参数检测。综合伏安电流型电子舌中的微电极阵列和纳米带电极阵列,设计了两种光电复合微纳传感器芯片,实现了多传感器微型集成化和水环境监测无线传感器网络节点的功能。针对离子选择电极在药物苦味评价中的应用,探究了用于中西药苦味物质检测的敏感机理、电极筛选方案、药物苦味预测和掩味剂的苦度抑制效果评价。基于细胞阻抗传感器,对中药的药效进行了定量分析。研究工作受国家高技术研究发展计划(863计划)项目、国家重点基础研究发展计划(973计划)项目和国家基金委国家合作专项的支持。本文所做的主要工作和创新如下： 1.提出了一种基于PVC薄膜敏感材料的光寻址电位传感器的设计方法,并将其应用于水环境重金属的检测中。基于薄膜加工工艺,设计并制造了聚氯乙烯薄膜LAPS、可对水样中的Zn2+、Cd、Pb、Cu进行测定。对成膜效果进行了表征,通过溶液标定测试了传感器的灵敏度,稳定性,选择性,检测下限和响应时间等电化学特性参数。进一步考察了硅烷化表面修饰在改善表面水合特性和降低表面对H+敏感度方面的效果,以及支持电解质在阻抗匹配,调节溶液总阳离子浓度平衡,保证测试溶液稳定性以优化测试条件方面的意义。 2.设计了一种新型重金属检测的LAPS阵列传感器,解决了重金属检测中的噪声串扰问题,提高了传感器的稳定性和响应速度。在该传感器的制备工艺中,对非敏感区域进行了重掺杂和表面生长厚氧化层的处理,以此降低其内部串扰对敏感区域的影响。同时,在敏感区域表面成膜构建多敏感阵列实现LAPS内部集成化。经过实际测试,同传统的LAPS传感器阵列相比,新型结构LAPS阵列具有很高的噪声串扰抑制比,更高的稳定性和更快的响应时间。PVC与ChG混合敏感阵列的各敏感单元在10-5-10-1mol/L浓度范围的响应电位均在28-30mV之间,响应时问在3-10s,线性区间在10-5-10-1mol/L,检测下限在10-6mol/L左右。PVC薄膜对特定离子具有很好的选择特异性但寿命相对较短,而ChG薄膜虽然受部分干扰离子的影响,但其使用寿命相对较长。 3.提出了一种重金属超低浓度检测的缓冲体系,明显降低了重金属浓度的检测下限。传感器选用pH-LAPS与重金属LAPS的集成敏感阵列,使用重金属离子溶液、络合剂、pH缓冲溶液和总离子浓度调节剂配置重金属超低浓度缓冲体系。实测结果显示,两种重金属离子敏感单元对Cd2+和Pb2+在10-18-10-6M的范围内标定曲线的灵敏度分别为29.7mV/pCd和29.3mV/pPb,线性相关系数分别为0.9842和0.9913。缓冲溶液和非缓冲溶液体系下的标定曲线在联立下可保持很好的线性相关性,传感器在重金属离子缓冲溶液中的检测下限也可以一直被延续到皮摩尔的级别,达到了超低浓度。 4.深入研究了光寻址电位传感器与微纳电极复合的集成传感器芯片设计方法,初步实现了光电与电化学传感器的相互校准功能。结合光电集成微纳传感器芯片,在同一个硅基底上,分别实现了LAPS与MEA, LAPS与NEA的多传感器集成化思路。并基于该复合芯片,配套设计了微流控表面封装、流动注射分时检测系统以及水环境无线传感器监测网络。通过建立多元回归方程组,对多传感单元检测的数据进行融合和训练,实现了传感器系统片上的自校准。 5.通过与俄罗斯的国际合作探索了电子舌与新型的细胞传感器相结合用于药物苦味和药效评价的方法。基于电子舌系统,对8种西药苦味API成分的苦度进行预测,以及考察加入甜味物质对API以及药物苦度的抑制效果。此外,本文首次提出了将电子舌用于中药汤剂的苦度评价预测体系中。选取8种中药饮片、1种中药复方以及盐酸小檗碱制成汤剂进行检测,采用PCA分析响应电位数据矩阵,对不同类型的中药汤剂进行分类。采用PLS对离子选择电极的响应电位矩阵和人体口尝评定的苦度值之间的相关性进行训练,构造预测模型,采用交叉验证法(留一法)评价模型的预测能力。基于细胞阻抗传感器,设计了中药的药效检测实验。结果表明,麻黄汤和单味甘

关键词：光寻址电位传感器光电集成微纳传感器芯片重金属检测电子舌细胞阻抗传感器药物苦味评价中药药效评价

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神经芯片及其在生物嗅觉传感机理中的研究

神经芯片及其在生物嗅觉传感机理中的研究

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作者：刘清君浙江大学

学位级别：博士

神经电生理研究,历来是神经科学研究的主要内容。但是,目前神经元电信号的记录,仍主要依赖于以膜片钳为代表的细胞膜微电极穿刺或钳制技术。该类方法因其对细胞的穿刺损害作用,难以实现长时程测量,同时也难以实现对神经元网络的多位点... 详细信息

神经电生理研究,历来是神经科学研究的主要内容。但是,目前神经元电信号的记录,仍主要依赖于以膜片钳为代表的细胞膜微电极穿刺或钳制技术。该类方法因其对细胞的穿刺损害作用,难以实现长时程测量,同时也难以实现对神经元网络的多位点同时测量。有鉴于此,研究者们陆续采用微机械加工技术开展了基于细胞传感器(cell-based biosensor)的微电极阵列(microelectrode array,MEA)和场效应管(field effect transistor,FET)阵列等神经芯片(neurochip)技术的研究,用以实现神经元胞外电位的记录。作为一种体外检测的新型细胞芯片技术,其实质就是在MEA或FET阵列传感器芯片表面培养神经元,使神经元通过一层薄的电解液同芯片的电极或栅极相耦合,构成可以实现控制电路和神经系统双向通讯的生物芯片,从而对细胞的电生理特性进行传感测量。该技术以其可对多个细胞同时进行长期、无损检测的特点,已在药物筛选、环境检测等生物医学领域得到了初步的应用。同时,该芯片技术同样适用于神经系统在体研究,从而在脑的高级功能、神经修复、以及人工器官等研究领域展示出了诱人的前景。本论文首先从器件设计和细胞培养两个关键技术入手,建立了小鼠胚胎干细胞(embryonic stem cells)来源的基于光寻址电位传感器(light addressable potentiometric sensor,LAPS)的新型神经芯片技术,并在药物筛选等研究的基础上,从离体与在体两个方面,将该技术应用到了生物嗅觉的研究之中,为神经芯片技术拓展了新的应用领域。本论文的主要内容和贡献如下: 1.利用LAPS的光寻址特性,实现了神经芯片的细胞跟踪定位检测。MEA和FET阵列芯片都有一个共同的局限,即由于检测位点均为芯片表面固定的电极或栅极,被测细胞需要培养生长在这些特定位点,所以给细胞培养技术提出了很高的要求。LAPS芯片则是基于微机械加工技术的另一类新型细胞传感器,细胞电位的改变可通过检测LAPS的光生电流得以测量。利用其光源的可寻址特性,方便对芯片表面随机培养细胞的跟踪定位,从而克服了上述阵列传感器固定检测位点几何特性的限制。

关键词：神经芯片细胞传感器光寻址电位传感器生物嗅觉胚胎干细胞神经细胞微探针微电极阵列

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Hg^(2+)离子传感器的最新研究进展

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传感技术学报 2003年第3期16卷 299-305,281页

作者：门洪刘大龙韩清鹏徐丹王平浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室生物医学工程教育部重点实验室杭州310027

综述了汞离子传感器的最新研究进展 ,主要介绍了利用光化学传感器、离子选择电极和生物传感器检测汞离子的状况 ,重点分析比较了功能材料和传感器特性。在此基础上 ,介绍了我们的研究情况 ,通过两个阶段的固相反应合成了汞离子传感器 ,... 详细信息

综述了汞离子传感器的最新研究进展 ,主要介绍了利用光化学传感器、离子选择电极和生物传感器检测汞离子的状况 ,重点分析比较了功能材料和传感器特性。在此基础上 ,介绍了我们的研究情况 ,通过两个阶段的固相反应合成了汞离子传感器 ,并且通过激光脉冲沉积 (PLD)技术把靶材 (汞离子传感器 )制备在光寻址电位传感器(LAPS)的表面上 ,形成薄膜。

关键词： Hg2+离子传感器汞离子光化学传感器离子选择电极光寻址电位传感器

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心肌细胞传感器及其在生物医学中的应用

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仪表技术与传感器 2009年第B11期 291-294,298页

作者：刘清君余辉肖丽丹叶伟伟蔡华王平浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物传感器国家专业实验室浙江杭州310027 中国科学院传感技术联合国家重点实验室上海200050

传统心肌细胞电生理的研究,因其对细胞的穿刺损害作用,难以实现长时程测量,同时也难以实现对细胞群体的多位点同时测量。该研究采用微机械加工技术开展了基于细胞传感器(cell-based biosensor)的微电极阵列(microelectrodearray,MEA)和... 详细信息

传统心肌细胞电生理的研究,因其对细胞的穿刺损害作用,难以实现长时程测量,同时也难以实现对细胞群体的多位点同时测量。该研究采用微机械加工技术开展了基于细胞传感器(cell-based biosensor)的微电极阵列(microelectrodearray,MEA)和光寻址电位传感器(light addressable potentiometric sensor,LAPS)等生物传感器技术,在传感器芯片表面培养了心肌细胞,并对其电生理特性进行了传感测量。该技术可对多个细胞同时进行长期、无损检测,在药物筛选、环境检测等生物医学领域具有良好的应用前景。

关键词：生物传感器光寻址电位传感器微电极阵列心肌细胞药物分析毒性检测

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基于LAPS的H^+检测系统的研究与分析

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激光杂志 2019年第9期40卷 38-42页

作者：闫晓光陈东佟星元西安邮电大学电子工程学院

以H+为检测对象,设计了基于光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)的H+检测系统。该系统以LAPS为前端传感元件,以Smacq USB3112数据采集卡为控制平台,采用LabVIEW软件设计系统控制和信号处理程序。分析了该... 详细信息

以H+为检测对象,设计了基于光寻址电位传感器(Light Addressable Potentiometric Sensor,LAPS)的H+检测系统。该系统以LAPS为前端传感元件,以Smacq USB3112数据采集卡为控制平台,采用LabVIEW软件设计系统控制和信号处理程序。分析了该系统对H+检测的灵敏度、线性度和重复性,在光源调制信号的偏移量为2. 5 V、幅值为1. 5 V、频率为4 k Hz情况下,灵敏度为51. 1 m V/p H、非线性误差为0. 022%、重复性误差为0. 004%。本文设计的检测系统对常见干扰离子K+、Ca2+、Na+、Mg2+的检测灵敏度分别为4 m V/pK、6 m V/p Ca、7m V/p Na、4 m V/pMg,显著低于对H+的检测灵敏度。研究结果表明,该H+检测系统不仅具有较高的检测灵敏度和线性度,而且具有良好的重复性和测量选择性。

关键词：光寻址电位传感器 H+检测系统灵敏度选择性

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