基于GMR传感器阵列的生物检测研究

利用磁性传感器,特别是GMR传感器,对生物特异性反应进行检测,从而解决传统荧光检测存在的标记易失、可重复性差,对设备和技术人员要求高等缺点.采用超顺磁磁珠作为磁性标记物,将其与被测生物分子充分结合后固定在芯片表面,再通过磁阻传感器的磁阻变化检测磁性标记的存在.采用高灵敏度的GMR传感器和磁性含量高的磁性颗粒,减小标记与传感器之间的距离和尺度差异,能提高阵列生物检测性能.将GMR传感器阵列应用在生物检测上是极具发展前途的研究方向,通过对已有方案的改良或选用新型的材料,最终会实现磁性生物传感器灵敏、快速、便捷的实际应用.     

高检测灵敏度的DNA生物传感器

基于磁珠带标记DNA电化学传感器、磁珠标记的GMR(TMR)DNA生物传感器和纳米线场效应DNA生物传感器都具有高检测灵敏度的特点,是极具发展前途的研究方向。主要介绍了以上三种高检测灵敏度DNA生物传感器的基本检测原理,并对比分析了这三种传感器的优缺点。     

磁性MEMS传感器制备技术及生物传感应用研究进展

对磁性传感器件的微电子机械系统(MEMS)加工技术以及在生物医学检测方面的应用进行了简单阐述,分析了磁性生物传感技术的工作原理,重点介绍了巨磁阻抗(GMI)、巨磁阻(GMR)和微磁通门传感器的MEMS制备工艺,其中详述了磁性传感器的材料、几何尺寸、结构以及基底对其性能的影响,总结了磁性生物传感器在生物检测中的研究进展,重点阐述了磁性生物传感器在磁性标签、癌症标志物、食源性细菌、病毒以及细胞检测方面的应用。最后,对当前磁性生物传感器在生物医学检测领域面临的问题进行了简要分析,并对磁性生物传感器未来的应用前景进行了展望,以期为研发新一代可用于临床检测磁性生物检测系统打下良好的基础。     

巨磁阻抗传感器在生物检测领域的研究进展

对巨磁阻抗(GMI)效应的产生以及基于GMI效应制备的生物传感器的优势进行了简单阐述,分析了GMI生物传感器应用于生物检测的工作原理,并对GMI生物传感器的制备方法以及主要的薄膜结构对GMI比值的影响进行了综合介绍,总结了GMI生物传感器在生物检测中的应用,并重点阐述了GMI生物传感器在免疫磁珠、肿瘤标志物、细菌、病毒...     

纳米金增敏的压电乙肝IgM免疫传感器研究

研究了在石英晶体表面上组装纳米金,利用水溶性聚合物聚乙二醇(PEG)为凝集剂,加入聚乙烯醇(PVA)增加其凝聚力,利用金纳米粒子对传感器的信号放大增敏作用、比表面积大和较好的生物相溶性等优良特征,在晶振表面固定乙肝核心抗体(IgM),构建了一种高灵敏度的乙肝液相压电免疫传感器。应用于样本检测。该方法与酶联免疫分析方法(ELISA)无显著差异。     

用于巨磁阻生物传感器检测的模拟前端电路

提出一种用于巨磁阻(GMR)生物传感器检测的模拟前端电路。电路采用电压检测的方法,包括基准电压源,单位增益缓冲器,电荷转移型开关电容采样保持电路,流水线模数转换器四部分;基准电压源用于产生传感器阵列的片内激励电压;传感器阵列的检测输出电压经单位增益缓冲器后,由开关电容采样保持电路进行采样,保持,放大;最后经过流水线模数转换器输出数字码流;芯片采用SMIC 0.18μm 1P6M CMOS厚栅氧工艺实现。测试结果表明,在电源电压3.3 V,20 MHz时钟下测试,整体电路输出信号有效精度达到7.2 bit,功耗33 mW,满足GMR生物传感器的检测要求。     

基于磁弹性生物传感器检测癌胚抗原

基于磁致伸缩材料将巯基十一烷酸自组装于磁弹性芯片,经N-羟基丁二酰亚胺(NHS)和1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)活化后固载癌胚抗原抗体(AntiCEA),设计构建了一种新型且低成本的磁弹性生物传感器,基于抗原-抗体特异性识别以及传感器质量增加其共振频率降低的机理,实现对癌胚抗原(CEA)的检测。采用荧光显微镜对异硫氰酸荧光素标记的癌胚抗原抗体(FITC/Anti-CEA)功能化浓度进行了优化,采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对裸金层、自组装膜(SAM)、Anti-CEA负载以及CEA检测进行了表征。实验结果表明,Anti-CEA最佳修饰质量浓度为50μg/mL,CEA线性响应范围为200～1 000 ng/mL,检测下限为200 ng/mL。该磁弹性生物传感器有望实现高灵敏快速癌症标志物CEA的检测。     

基于纳米复合材料修饰的玻碳电极检测血清中糖类抗原125

构建基于氮掺杂还原氧化石墨烯@羧基化多壁碳纳米管(N-rGO@CMWCNT)和壳聚糖@金纳米颗粒(CS@AuNP)修饰的电化学免疫传感器检测血清中糖类抗原125(CA125)。将N-rGO@CMWCNT和CS@AuNP依次修饰在玻碳电极表面,二者可通过化学作用稳定结合;再将CA125抗体孵育在电极表面,抗体与AuNP形成金硫键(Au—S),可用于检测CA125抗原,采用差分脉冲伏安法(DPV)检测不同浓度CA125所对应的电信号。扫描电子显微镜(SEM)图显示N-rGO@CMWCNT和CS@AuNP的成功合成,Raman光谱表明氮元素成功掺杂于碳纳米复合材料,线性循环伏安法(CV)曲线显示免疫传感器的成功构建。在最优实验条件下,该传感器对CA125检测线性范围为1 mU/mL～100 U/mL,检出限低至0.4 mU/mL,样品的加标回收率在94.5%～107.7%之间,同时其可在10天内保持稳定。该方法精密性好、准确度高、抗干扰能力强,可应用于肺癌患者血清中CA125的检测。     

高灵敏度AlGaN/GaN HEMT生物传感器设计及制作

目前AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)生物传感器表面修饰及分子识别元件固定需在金属或氧化物门电极上进行,针对金属或氧化物门电极的存在增加了器件的制作难度,提高了制作成本,同时还影响了传感器灵敏度的提高等问题,提出了进行"生物分子膜"门电极的研究。传感器的表面采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行修饰作为分子识别元件固定的基底,该方法在降低传感器的制作成本的同时,提高了传感器的灵敏度,传感区域为长度L=5μm、宽度W=160μm的传感器测量质量浓度为0.1ng/mL的山羊免疫球蛋白(IgG)时,传感器源漏间电流呈现约30μA的电流降。该传感器反应速度快,适用于实时监测,在环境监控、医疗等领域有着良好的应用前景。     

多孔Si光学干涉法生物传感器的研究

实验制备多孔Si材料作为传感器载体,通过H2O2浸泡的方法使其表面形成Si-OH键,然后对样品进行硅烷化处理。用戊二醛作为偶联剂,通过共价键偶联法将血管紧张素-Ⅱ(Ang-Ⅱ)抗体固定到多孔Si的孔洞中。分别滴加不同浓度的抗原使其发生反应,测量傅里叶变换红外谱(FT-IR)和加入抗体前后反射谱的变化,结果表明,硅烷化效果明显,生物抗原较好固定,抗原抗体反应前后反射谱有明显红移,且红移量于滴加抗原浓度增加而增加,并呈现抗原抗体浓度于红移量的非线性关系。     

巨磁阻生物传感器阵列及专用锁相放大器设计

EW_GⅠ是基于GMR(巨磁阻)传感器,用于检测血样中特种病毒的正在研发的生物芯片系统。叙述了其巨磁阻传感器阵列以及后端锁相放大IC电路的设计及实现。该阵列包含32个GMR传感器单元和2个传感器参考单元,形成多路的半桥式惠斯通电桥,用于感应绑定磁球的附加磁场。每个单元(100μm×100μm)由长1mm、宽7μm的巨磁电阻蜿蜒而成,该电阻采用[Ag(2nm)/NiFe(6nm)/Cu(2.2nm)/CoFe(4nm)]20结构,采用Ag作为镜面层,其饱和磁场小于等于30mT,GMR值约6%,单个传感器电阻约为780Ω。配套的锁相放大芯片包括了信号通道、参考通道、前置低噪声放大器、带通滤波器、可控增益放大器、相敏检测电路、正交移相电路、差分直流放大电路八个部分,整个设计功耗小于50mW@Vcc=3V。     

GMR生物传感器的原理及研究现状

GMR生物传感器包括三个部分,即免疫磁性微球、高灵敏度GMR传感器以及相关读出电路。与其他生物传感器相比,它具有灵敏度高、分辨力强、价格低、市场普及潜力大、设备小型化及测量过程自动化等优点。综述了GMR生物传感器的研究现状,对相关技术的工作原理进行了分析,提出了GMR生物传感器的应用前景和有待解决的问题。     

A micron-sized GMR sensor with a CoCrPt hard bias

A GMR (giant magneto-resistive) spin valve sensor for magnetic recording has been designed in an attempt to solve the Barkhausen noise problem in small-sized GMR sensors. In this study, the GMR ratio of the top-pinned spin valve is optimized to a value of 13.2%. The free layer is magnetized perpendicular to the pinned layer by a CoCrPt permanent magnetic bias so that a linear magnetic field response can be obtained. An obvious improvement on performance is observed when the permanent magnetic bias is magnetized, while the GMR sensor has a steadier MR-H loop and a smaller coercive field.     

基于巨磁致电阻电流检测机理的电流驱动同步整流器

本文将一种基于巨磁致电阻(Giant Magneto Resistive--GMR)的电流检测技术应用于同步整流技术中.该技术可以克服传统电流驱动同步整流器中电流检测器件损耗较大、不能测直流、漏感大、不能工作于高频等缺点.本文内容包括GMR电流检测技术原理和性能分析,GMR电流检测电流驱动同步整流正激变换器的实验研究.研究结果表明,该变换器工作性能理想,在轻载情况下效率有较大幅度的提高,说明GMR是一种可以实际应用的电流检测技术.     

具有CoCrPt硬磁偏置的微尺寸巨磁阻传感器

本文介绍了一种基于GMR自旋阀的磁场传感器,它用于读取磁记录信息,并且通过硬磁偏置层解决了小尺寸GMR中存在的巴克豪森噪声问题. 传感器采用顶钉扎的自旋阀结构的GMR,磁电阻经过优化达到13.2%. 自旋阀的自由层被CoCrPt永磁体磁化到和被钉扎层的磁化方向相互垂直,这样可以使磁传感器得到线性的磁场探测性能. 对磁场传感器经过测试发现,硬磁偏置层在磁化后相较于磁化前,磁传感器的MR-H曲线得到明显改善,且矫顽力降低.     

巨磁电阻传感器

利用材料的巨磁电阻 (GMR)效应 ,可制得新一类磁电阻传感器—— GMR传感器。与传统的磁阻传感器相比 ,GMR传感器具有灵敏度高、可靠性好、测量范围宽、抗恶劣环境、体积小等优点 ,有广泛的应用前景。本文就目前已商业化的几种 GMR传感器的工作原理作一评述     

基于磁流体和无芯光纤的磁场传感器

用无芯光纤(NCF)作为单模-多模-单模(SMS)结构中的多模光波导,并将其浸没在密封于毛细管内的磁流体(MF)中,形成了一种新型的全光纤化磁场传感器。传感器可利用磁场变化时其透射谱中谷值波长的移动或峰值波长处的透射率变化对相应的磁场变化进行测量。完成了传感器的制作并进行了实验研究,在传感器长约9cm时,实验得到的磁场灵敏度分别达到了78pm/Oe和0.129dB/Oe。除了作为磁场传感器,本文装置还可以用来作为磁控可调光衰减器或光调制器。     

低矫顽力GMR磁传感器及其单畴模型的研究

在硅片上制备结构为Ta/NiFeCr/NiFe/CoFe/Cu/CoFe/IrMn/Ta的IrMn顶钉扎自旋阀薄膜,并最终制成了一组基于此自旋阀结构的GMR磁传感器芯片。利用弱磁场下的退火工艺,改变薄膜易磁化轴的方向,当退火温度为150℃、外加磁场为120Oe时,GMR芯片的矫顽力可以降至0.2Oe以下。同时建立了一种自旋阀自由层的单畴模型,用以解释这一退火效应。利用Mat-lab计算GMR芯片的Meff-H曲线,所得到的计算结果与实验结果一致。所以,自旋阀自由层易磁化轴的方向与GMR磁传感器的性能有着密切的关系。     

Analysis of tree‐based multicast routing in wireless sensor networks with varying network metrics

Wireless ad hoc and sensor networks are emerging with advances in electronic device technology, wireless communications and mobile computing with flexible and adaptable features. Routing protocols act as an interface between the lower and higher layers of the network protocol stack. Depending on the size of target nodes, routing techniques are classified into unicast, multicast and broadcast protocols. In this article, we give analysis and performance evaluation of tree‐based multicast routing in wireless sensor networks with varying network metrics. Geographic multicast routing (GMR) and its variations are used extensively in sensor networks. Multicast routing protocols considered in the analytical model are GMR, distributed GMR, demand scalable GMR, hierarchical GMR, destination clustering GMR and sink‐initiated GMR. Simulations are given with comparative analysis based on varying network metrics such as multicast group size, number of sink nodes, average multicast latency, number of clusters, packet delivery ratio, energy cost ratio and link failure rate. Analytical results indicate that wireless sensor network multicast routing protocols operate on the node structure (such as hierarchical, clustered, distributed, dense and sparse networks) and application specific parameters. Simulations indicate that hierarchical GMR is used for generic multicast applications and that destination clustering GMR and demand scalable GMR are used for distributed multicast applications. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种基于光纤布拉格光栅的金属腐蚀传感器

基于钢筋混凝土中钢筋锈蚀膨胀和光纤布拉格光 栅(FBG)应变测量原理,设计了一种新型的FBG金属腐蚀传感器。传感器由FBG腐蚀测量传 感器、FBG温度补偿传感器和带有通槽、凹槽、 通孔的钢筋件组成。FBG腐蚀测量传感器用于测量钢筋锈蚀引起的应变,FBG温度补偿传感器 用于消除温 度交叉敏感特性。钢筋件的通槽用环氧树脂填充后,把腐蚀测量传感器的FBG紧密缠绕在钢 筋件的表面, 并固定在环氧树脂固定点上。温度补偿传感器的FBG经过增敏处理后布置在通孔中。推导了 钢筋锈蚀率与FBG波长的理论计算公式;制作了用水泥砂浆封装的FBG金属 腐蚀传感器;最后在制作的混凝土试件上进行加速腐蚀实验,考核传感器的性能。实验结果 表明,设计的FBG 金属腐蚀传感器能够直接测量钢筋的锈蚀程度,并且具有较大的量程,可实现钢筋 混凝土结构中钢筋的 轻微锈蚀和较严重锈蚀情况监测,适用于建筑、桥梁和隧道等领域钢筋混凝土结构中钢 筋锈蚀的结构健康监测。