基于智能手机的麻痹性贝毒现场快速检测试纸条分析仪

石房蛤毒素(STX)是常见的麻痹性贝毒(PSP),通过食物链积累在贝类食品中,人类若食用这种有毒的贝类会影响健康,甚至中毒.因此迫切需要一种简便的方法来检测这种麻痹性贝毒以避免中毒事件的发生.基于竞争性免疫原理的试纸条可以和石房蛤毒素产生特异性显色反应,采用研发的新型手持式分析仪进行检测分析.毒素分析仪采用智能手机作为光探测器,配合3D打印配件,再通过智能手机上研发的用于图像采集和数据处理的应用程序,可对显色后的试纸条进行分析处理并得出所测毒素的浓度.这种方法简单、快速、检出限低、灵敏度高.目前,本仪器可测得的STX的检出限:5.2 ng/mL,检测范围:5.2 ng/mL~100 ng/mL.实验表明,本文研制的基于智能手机系统和免疫分析的手持式试纸条分析仪有望成为对麻痹性贝毒进行现场快速检测的有效工具.     

小波变换在神经细胞传感器信号去噪中的应用

将神经元培养在半导体传感器芯片表面,构建出能够对细胞电生理特性进行长时程无损测量的神经细胞传感器,具有广阔的生物医学应用前景.由于生物信号非常微弱,采集到的信号往往难以满足实际检测的需要.本研究针对培养在光寻址电位传感器(LAPS)芯片表面的PC12细胞的胞外电生理信号,采用小波变换方法对其进行去噪处理.通过小波变换将信号分解为不同层次的小波系数,得到每一层的阈值.并根据每一层系数特点,按阈值进行分别处理,得到新的小波系数,最后根据该系数,重构了信号.对去噪后的信号进行频谱分析,发现有效信号频率集中在小于2 kHz的范围内,信噪比得到提高,表明小波变换是神经细胞传感器信号去噪的有效方法.     

基于微加工技术的集成细胞芯片的实验研究

细胞电生理检测芯片已成为后基因时代生物科学研究的重要工具,但是目前的细胞胞外电生理测试工具发展迅速,但存在功能单一化、指标不够稳定的缺点,如信噪比较低,难于重复与对照,且不能实现多参数同时检测,已成为细胞电生理快速分析发展的瓶颈。集成型细胞芯片通过传感器件的网络化和集成化,将细胞的电学信息、化学信息、动力学信息等生理活动信息转换为可检测的信号,并细化为微观信息量进行实时分析,实现快速微量的细胞功能信息和待测物质性质的检测,在细胞生物学、环境监测和药物开发等领域有广泛应用前景。本文设计了一种新型的集成了细胞微电极阵列、电阻抗传感器及光寻址电位传感器三个传感单元的阵列化芯片,首先分析了各单元用于细胞电生理测量的界面模型;在此基础上重点分析了各细胞传感器单元的特性曲线测试、表面处理测试,并初步进行细胞电生理参数的分析。结果显示,MEA加入测试液测试后,噪声水平在80μV左右,且器件适于细胞培养及动作电位测试;IDA器件上培养的肾细胞在药物作用下会引起细胞阻抗变化率12%～16%的变化;LAPS器件的酸化率灵敏度在50.65mV/pH,在肾细胞酸化率测试中,高浓度5-氟尿嘧啶会引起的细胞正常代谢率下降(相对酸化率下降50%)。说明药物浓度越大,作用时间越长,对细胞的活性影响越大,这与IDA器件的测试结果一致。最后得到了在器件特性、系统优化及细胞测试的一些初步结果,对芯片进行了芯片各单元的互补性分析,为细胞传感器的多功能化发展开拓了一个新的应用领域。     

光寻址电位传感器的自相关检测方法

针对基于光寻址电位传感器的微流控芯片信噪比低的问题,提出了一种基于自相关检测的光寻址电位传感器信号提取方法。本文采用气液分离的方法在微流路内产生了体积约1 μL的样品微滴,对比了光寻址电位传感器在方波激励与正弦波激励下检测微滴的I/V特性曲线,以及在相同条件下的I-f特性曲线。结果表明：采用自相关检测法,光寻址电位传感器具有53.8 mV/pH的灵敏度,其信噪比提高了7.0206 dB。研究结果对于微型LAPS光电流信号高精度检测做出了有益探索,具有良好的应用前景。     

基于细胞阻抗传感器的腹泻性毒素检测系统设计与实现

针对海洋水产品腹泻性毒素检测问题,设计了一种新型的基于细胞阻抗传感器(ECIS)的毒素快速检测分析系统。相对于传统的毒素检测方法,该系统具有操作简便,高一致性和高通量等特点。介绍了系统的硬件设计和软件设计,通过对系统整体性能测试以及使用神经母细胞瘤细胞(Neuro-2a)对腹泻性贝毒(DSP)大田软海绵酸(OA)进行毒性检测实验,用以验证系统平台的可行性。实验结果表明,基于细胞传感器的海洋水产品腹泻性毒性检测系统具备快速,长期,无损和高通量测量的特点,为腹泻性毒素检测提供了新的平台。     

碳纤维温度传感器的感温机理及其应用研究

针对连续流光寻址电位传感器微分析系统样品溶液消耗量大的问题,本文提出了一种液滴型光寻址电位传感器微流控芯片系统。该液滴芯片以电渗微泵驱动微流体,通过电渗流动将样品溶液引流至微流路内,形成单个样品液滴。研究了样品液滴I/t特性曲线,当样品液滴流经检测点时,光电流突然升高至0.1 μA左右,当样品液滴流出检测点时,光电流降至最小。研究了不同pH值、体积均为1 μL样品液滴的I/V特性曲线,得出光寻址电位传感器的灵敏度为45.9 mV/pH;其它条件不变,改变微流路深度,获得不同pH值体积均为200 nL的样品液滴的I/V特性曲线,得出光寻址电位传感器的灵敏度为47.5 mV/pH。结果表明,可以通过减小流路深度将所需测试样品的体积减少至200 nL。该液滴型光寻址电位传感器微分析系统有望应用于微量化学/生物样品的分析。     

光寻址电位传感器阵列信号处理仿真研究

基于微透镜和频率调制盘的设计,提出了光寻址电位传感器阵列(LAPS)中光脉冲阵列的频率调制方法和基本的测量系统.采用Matlab对LAPS阵列可能检测到的光电流信号进行快速傅立叶变换(FFT)和小波分析的仿真.从仿真得到的频谱图,各频率的脉冲光所对应的光电流能够分辨出来,进一步证明多频率脉冲光源LAPS传感器阵列具有很好的频域分辨率,从而得到LAPS阵列对应各个传感元的信号,为实际LAPS阵列器件的制作和信号处理提供了理论依据.     

细胞阻抗传感器优化设计及其在毒素监测中的应用

介绍我们设计的微结构细胞阻抗传感器,采用微电子加工技术在硅基底上制作了以叉指结构金电极为工作电极的传感芯片,将脐静脉内皮细胞系ECV304培养和固定在器件上,进行连续的细胞阻抗监测。研究细胞阻抗随频率和时间改变的定量关系。结合细胞贴附前后的叉指电极等效电路模型,进一步分析细胞贴附对阻抗变化的影响,给出细胞阻抗传感器的优化设计方法。最后,采用该细胞传感器对有毒素进行实验分析,分析毒素对哺乳动物血管的毒性作用,初步的实验结果表明,该设计的细胞阻抗传感器具有实时无标记快速检测的优点,可应用于毒素监测等生物医学领域。     

基于微透镜阵列的多通道光寻址电位传感器研

为了提高化学和生物图像传感器的成像速度和简化成像系统,提出了一种基于微透镜阵列的多通道光寻址电位传感器.利用微透镜阵列把单束激光转化成点阵,通过多频率斩波器,得到不同频率的光点阵列用作光寻址电位传感器的光源,从而实现多点同时检测.实验结果表明该系统具有良好的频域分辨率,通过数字补偿技术可获得各个检测点的电流电压特性曲线,证明可实现多点同时检测.该系统可以用于光寻址电位传感器和扫描光感阻抗传感器的快速成像,以及多通道化学生物图像检测.     

细胞计数分析传感器芯片的研究

细胞计数分析在医疗和科学研究方面有着广泛的应用,本论文叙述了一种有效结合了微流控分析和细胞传感器技术,并能够进行细胞计数分析的传感器芯片.通过微加工技术制备的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微通道,并将PDMS芯片键合在光寻址电位传感器(light-addressable potentiometric sensor,LAPS)的芯片表面,使其在硅基底上形成十字形、100 μm宽、30μm深的微流控通道,通过LAPS光生电流的传感测量,对重力驱动的大鼠血细胞进行了计数分析.该研究将微流控技术引入细胞传感器的研究,有利于后续通过细胞芯片实现细胞计数分析仪器的微型化和多功能化.     

Averaging in vitro cardiac field potential recordings obtained with microelectrode arrays

Extracellular field potential (FP) recordings with microelectrode arrays (MEAs) from cardiomyocyte cultures offer a non-invasive way of studying the electrophysiological properties of these cells at the population level. Several studies have examined the FP properties of cardiomyocytes of various origins, including stem cell-derived cardiomyocytes. This focus reflects growing importance and interest in the field of MEA. High-quality cardiac FP signals are often difficult to obtain, especially from stem cell-derived cardiomyocyte cultures, which represent an important new field in cardiac electrophysiology. One way to improve the quality of these recordings is to average the cardiac FP signals. To date, however, no studies have examined the effect of averaging on cardiac FP signals. We report here that cardiac FP averaging can yield higher-quality signals than original individual FPs, and therefore promise more accurate detection of different phases and analysis of the cardiac FP signal. Averaged signals improved the signal-to-noise ratio (SNR), and obtaining reliable averages required approximately 50 cardiac cycles. We therefore propose that routine cardiac FP averaging can serve as a tool to compare the effects of different experimental conditions or stimuli on the properties of cardiac FPs.     

基于压电时间反演法的螺栓松动检测研究

针对螺栓联接松动问题,研究了基于压电时间反演法的螺栓轴向力检测技术。采用压电材料分别作为激发器和传感器产生并接收超声波信号;利用时间反演技术的自适应聚焦效果及能有效提高信号信噪比的特性,将采集到的响应信号在时域上反演,作为激励信号再次发出,并采集二次激发后的聚焦信号,建立了聚焦信号幅值与螺栓预紧力的关系。实验结果显示,聚焦信号的幅值随着螺栓预紧力的增大而增大;当预紧力达到一定程度时聚焦信号会出现饱和现象;通过提高螺栓联接结构接触面粗糙度与接触面受力状态,能将饱和现象有效后移甚至消除,进而实现对整个螺栓额定载荷范围内螺栓预紧力的检测。基于压电时间反演法的螺栓松动检测技术在螺栓联接状态监测方面具有很好的应用前景。     

一种水清洁阳极的基于甲醇渗透的浓度传感器

提出一种基于膜电极(MEA)结构的驱动模式甲醇浓度传感器。甲醇溶液从MEA阴极流过,通过MEA渗透到阳极,Nafion膜既是电解质膜又是甲醇渗透膜。由于引入水清洁阳极,有效避免了甲醇的累积,提高了该传感器稳定性和重现性。该传感器测量范围最大可以达到5 mol/L,适合于直接甲醇燃烧电池(DMFC)系统中甲醇的监测。     

磁致伸缩液位传感器检测信号影响因素分析及实验研究

磁致伸缩液位传感器作为液位测量装置,其检测信号对磁致伸缩液位传感器性能产生直接的影响,因此检测信号影响因素分析对优化传感器的性能至关重要。本文从检测线圈结构和脉冲电流参数对检测信号的影响进行讨论,建立了基于检测线圈的等效电路模型,使得在确立线圈结构参数时有了理论依据;观察检测信号波形变化趋势,得到感应信号随影响因素的变化曲线,从而得出液位传感器最优参数。优化后的液位传感器,提高了检测信号的抗干扰能力及其稳定性。该研究结果为磁致伸缩液位传感器的优化设计提供理论基础与指导。     

无标记金纳米传感测定四氯苯醌

活体内五氯苯酚(PCP)的检测,往往是通过检测其代谢产物实现。四氯苯醌(TCBQ)作为PCP的一种主要代谢产物,发展其检测方法具有重要意义。该文基于TCBQ与ssDNA的G碱基发生特异性化学反应,破坏ssDNA的结构,从而破坏ssDNA对金纳米粒子的保护作用,导致金纳米粒子在盐诱导下聚沉发生颜色改变。通过测定ssDNA保护的金纳米粒子溶液颜色的改变,实现TCBQ的定量检测。该检测方法线性范围宽(9.3nmol/L～0.93mmol/L),检测限达到了3nmol/L。干扰实验表明该方法选择性高。     

基于光电复合传感器的重金属原位监测系统嵌入式软件设计

针对水环境重金属监测仪器,设计了一种智能化嵌入式软件。该仪器采用光电复合传感器芯片,包括微阵列电化学传感器和光电位寻址传感器。仪器设计了可靠稳定的通信机制与上位机进行人机交互,仪器具有智能化自检功能,能够及时反馈传感器的故障信息。在检测过程中具有自动量程功能,能够最大发挥硬件优势,同时具有误差补偿和电路异常的检测机制。仪器具有高稳定性、自动化检测的特点,并完成了在野外无人值守的条件下的检测任务。     

基于光电复合传感器的重金属监测系统嵌入式软件设计?

针对水环境重金属监测仪器,设计了一种智能化嵌入式软件。该仪器采用光电复合传感器芯片,包括微阵列电化学传感器和光电位寻址传感器。仪器设计了可靠稳定的通信机制与上位机进行人机交互,仪器具有智能化自检功能,能够及时反馈传感器的故障信息。在检测过程中具有自动量程功能,能够最大发挥硬件优势,同时具有误差补偿和电路异常的检测机制。仪器具有高稳定性、自动化检测的特点,并完成了在野外无人值守条件下的检测任务。     

Non-contact physical activity estimation method based on electrostatic induction technique

We here present a method for measuring human physical activity, which is based on detecting the electrostatic induction current generated by the walking motion under non-contact and non-attached conditions. A theoretical model for the electrostatic induction current generated because of a change in the electric potential of the human body is also proposed. By comparing the obtained electrostatic induction current with the theoretical model, it becomes obvious that this model effectively explains the behavior of the waveform of the electrostatic induction current. The normal walking motions of daily living are recorded using a portable sensor measurement located in an ordinary house. The obtained results show that detailed information regarding physical activity such as a walking cycle can be estimated using our proposed technique. This suggests that the proposed technique, which is based on the detection of the walking signal, can be successfully applied to the estimation of human physical activity.     

一种基于ARM的新型车内酒精监测仪

论文研究设计了一种用于公共场所具有检测和超限报警功能的酒精浓度监测仪。该设计方案基于FS2410开发板,MQ-3酒精传感器,应用S3C2410处理器控制各个功能模块。系统将传感器输出的标准模拟信号通过S3C2410上的8通道10位ADC的A/D转换电路处理后,经由控制器进行数据处理,最后由LCD显示酒精浓度值,当酒精浓度超限时,通过蜂鸣器进行报警。文中详细介绍了数据采集子系统,数据处理过程以及数据显示子系统和报警电路的设计方法和过程。