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。     

低频压电式MEMS振动能量采集器研究

设计了一种低频压电d31模式的"八悬臂梁-中心质量块"结构微机电系统(MEMS)振动能量采集器,实现环境振动能量向电能的转换。首先利用溶胶-凝胶工艺实现PZT压电薄膜的异质集成制造,单个锆钛酸铅(PZT)压电敏感单元的有效尺寸为935μm×160μm×1.5μm;然后通过MEMS加工工艺完成器件微结构的加工制造,器件结构有效体积为9.936×10~(-4)cm~3;最后借助振动测试系统对该器件的各项输出性能进行测试。测试结果表明,谐振频率为60Hz、加速度激励为1g(g=9.8m/s~2)时,该能量采集器的输出电压峰-峰值为232mV。在其两端加载3.0 MΩ的负载时最大输出功率为6×10~(-4)μW,输出功率密度为0.604μW/cm~3,PZT压电敏感单元有效面积下的输出功率密度为0.025μW/cm~2。     

基于BGSPT压电陶瓷的高温加速度传感器

研究了一种基于0.02BiGaO3-0.32BiScO3-0.66PbTiO3 (BGSPT66)压电陶瓷的高温加速度传感器.采用传统固相法制备了BGSPT66的压电陶瓷,其压电系数(d33)约为320 pC/N,居里温度(Tc)约为465℃;设计了以BGSPT陶瓷作为压电振子的垂压式加速度传感器,进行了灵敏度与温度稳定性依赖关系测试.实验表明,BG-SPT加速度传感器在20～200℃具有稳定的输出信号,相对灵敏度(S)约为18 mV·s2/mm,并有较好的低频稳定性.这种压电加速度传感器体积小,灵敏度高及温度稳定性好,有望在石油勘探和航空航天等相关领域获得应用.     

不锈钢基压电厚膜俘能器的制作与性能测试

由于硅基底断裂韧性低及压电厚膜有利于提高俘能器输出功率,因此,该文提出在304不锈钢基底上制备PZT压电厚膜俘能器。304不锈钢薄片既作为基底又作为下电极,金属Pt/Ti结构作为上电极。不锈钢基底厚为30μm,采用电流体驱动雾化沉积制备5μm厚的压电材料,通过对压电材料XRD表征,得到了在(110)晶向择优取向的钙钛矿结构。设计了长20mm、宽5mm压电悬臂梁结构俘能器。实验表明,压电俘能器的谐振频率为81Hz,当加速度为0.69 g(g=9.8m/s2)时,输出开路电压峰-峰值为1.3V;负载电阻为260kΩ时,输出功率最大(为0.758μW),对应的功率密度为3.19mW·cm-3·g-2。     

基于压电微机械超声换能器的液体密度测量传感器

液体产品的密度检测是审核产品品质的重要手段之一。针对当前传统密度检测装置体积大、功耗高、不易在线检测的问题,该文设计并制作了一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的液体密度测量传感器。该传感器由两个PMUT(半径为500μm,空气中谐振频率为136 kHz)组成,分别作为发射端与接收端。实验测试结果表明,该传感器的谐振频率与液体密度成线性关系,在776～1 150 kg/m³密度范围内具有良好的响应,其灵敏度为17 Hz/kg/m³。     

高效液相色谱法测定头孢噻吩钠含量和有关物质

建立高效液相色谱法（HPLC）测定头孢噻吩钠含量和有关物质。色谱条件以C18为固定相,色谱柱：（4.6mm×250mm,5μm）;流动相为0.207mol/L醋酸钠溶液（用冰醋酸调pH值至5.9）-乙醇-乙腈（82：2：16）,流速为：1.0mL/min;检测波长：254nm：柱温;40℃。结果：头孢噻吩钠含量在55.8μg/mL至464.4μg/mL呈良好线性关系,r=0.9999：平均回收率100.2%;最低检测限为3ng（1ng/μL×3μL）。本法简单、准确,重现性、分离效果好,能较好的进行孢噻吩钠含量和有关物质测定。     

基于压电效应的MEMS振动式微能源器件

设计了一种硅基压电功能材料的四悬臂梁-中心质量块结构MEMS振动式微能源器件,可将环境振动能量有效转化为电能。采用溶胶-凝胶法制备硅基锆钛酸铅(PbZr0.53Ti0.47O3,PZT)压电功能薄膜,经干/湿法刻蚀和溅射沉积等MEMS工艺实现器件功能结构的制备。研制的器件整体结构尺寸为7 000μm×7 000μm×300μm,单个PZT压电单元面积为0.149 6 mm2。将悬臂梁上4个压电单元串联以实现输出最大化,测试结果表明,器件的谐振频率为300 Hz,适于低频振动环境;输出电压在一定范围内随加速度增加而增大;在加速度为10 g时压电单元单位面积输出电压达1.19 mV/mm2。     

基于PZT压电薄膜的压力传感器工艺研究

选用敏感材料锆钛酸铅(PZT),优化微机电系统(MEMS)微加工工艺,制作了硅基PZT压电薄膜叉指式电极结构的MEMS压力传感器。在基体Au/Ti/LNO/SiO_2/Si<100>上,采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法,在650℃高温下采用分层退火的方式进行退火,得到厚1.2μm的PZT压电薄膜。薄膜表面均匀,无裂纹。利用光刻工艺和低压溅射工艺得到平行叉指电极。制作完成PZT压电薄膜结构的微压力传感器,在弹性薄膜上施加压力,其电压输出性能较好,说明基于压电薄膜的叉指电极结构可行,为基于纳米纤维结构的微压力传感器的制作奠定了理论基础。     

基于d_(15)模式的L型压电俘能器结构与性能研究

剪切模式压电俘能器利用较高的压电系数d_(15),理论上能够收集到更多的能量。该文设计了一种基于d_(15)模式的L型基座压电俘能器,通过有限元仿真分析与直立型结构进行了对比。结果表明,L型结构不发生谐振时的俘能性能与直立型结构基本相同,在很宽频带内均有稳定的能量输出;而在一阶模态频率,L型结构的输出功率有大幅增加。该文制作了L型基座d_(15)模式PZT-51压电俘能器,实测表明,压电俘能器的谐振频率为86 Hz,当加速度为2.5g(g=9.8m/s~2)时,在匹配负载203kΩ上输出功率为31.25μW,对应单位重力加速度下的功率密度为84μW·cm~(-3)。     

He-Ne激光与紫外复合诱变选育林可霉素高产菌株

对林肯链霉菌原生质体进行He-Ne激光-紫外复合诱变,结果表明,复合诱变对该菌的原生质体有明显的致死作用.将诱变后的原生质体涂布含林可霉素浓度为15000μg/mL的再生平板上,可获得抗性基因突变株.经筛选,得到一株遗传性状稳定的高产菌株SL-98-2#-8,其摇瓶效价为3110μg/mL,比出发菌株SL-98-2 #(2210μg/mL)提高了40.7%.     

基于GMR生物传感器的甲胎蛋白检测

采用磁控溅射、光刻、离子束刻蚀和剥离工艺等工艺和方法,制备了多层膜结构的巨磁阻(GMR)生物传感器件,并利用此种传感器来检测甲胎蛋白。在传感器表面通过生物处理固定甲胎蛋白单克隆抗体(McAb1)作为探针,以捕获目标抗原———甲胎蛋白。用直径1μm的超顺磁磁珠标记目标抗原。当传感器表面抗体将目标抗原捕获后,磁珠标记即被固定在GMR传感器的表面。垂直于传感器表面施加230 Oe(1 Am-1=4π×10-3 Oe)的磁场,即可检测到由磁珠产生的信号。本实验对质量浓度为1 ng/mL的甲胎蛋白进行了检测,得到了信号为0.29～0.34Ω的电阻变化值。此种检测方法可用于诊断原发性肝癌。     

基于倏逝波吸收的塑料光纤葡萄糖传感特性

利用塑料光纤作为传感和传光器件,以高亮度经正弦信号调制的蓝光LED为光源,基于倏逝波吸收原理进行葡萄糖浓度传感。实验研究了U形、双锥形、螺旋形传感头对不同质量浓度葡萄糖溶液的传感特性,实验结果为螺旋形传感头的灵敏度最高。螺旋形传感头的透射光功率与葡萄糖质量浓度之间呈线性关系,线性系数为0.986,系统的灵敏度为0.1μg/mL。实验还对螺旋形传感头在质量浓度分别为0mg/100mL和25mg/100mL葡萄糖溶液中透射光功率的重复性进行了测试,在5个循环内实验结果具有重复性。     

微机械双轴电容式加速度传感器设计

设计一款机械噪声较小、灵敏度较高的双轴电容式加速度传感器,其具有4个水平检测单元,X、Y轴向的检测单元各有两组,且水平对称,有效地消除了轴间的交叉干扰;结构中的保护限位装置避免了结构因加速度值过大而断裂失效和结构测量的不准确。该加速度敏感质量块的大小为3 250 μm×3 250 μm×5 μm;栅型条的尺寸大小为1 575 μm×35 μm×5 μm;间距为35 μm,利用Ansys软件对加速度传感器进行性能仿真,得出加速度传感器X和Y轴向的静态灵敏度为0.253 μm/g;电容灵敏度为1.533 pF/g;X和Y轴向的谐振频率为949 Hz,阻尼比为0.83。     

A radio-frequency coupling network for heating of citrate-coated gold nanoparticles for cancer therapy: design and analysis

Gold nanoparticles (GNPs) are nontoxic, can be functionalized with ligands, and preferentially accumulate in tumors. We have developed a 13.56-MHz RF-electromagnetic field (RF-EM) delivery system capable of generating high E-field strengths required for noninvasive, noncontact heating of GNPs. The bulk heating and specific heating rates were measured as a function of NP size and concentration. It was found that heating is both size and concentration dependent, with 5 nm particles producing a 50.6 ± 0.2 °C temperature rise in 30 s for 25 μg/mL gold (125 W input). The specific heating rate was also size and concentration dependent, with 5 nm particles producing a specific heating rate of 356 ± 78 kW/g gold at 16 μg/mL (125 W input). Furthermore, we demonstrate that cancer cells incubated with GNPs are killed when exposed to 13.56 MHz RF-EM fields. Compared to cells that were not incubated with GNPs, three out of four RF-treated groups showed a significant enhancement of cell death with GNPs (p<0.05). GNP-enhanced cell killing appears to require temperatures above 50 °C for the experimental parameters used in this study. Transmission electron micrographs show extensive vacuolization with the combination of GNPs and RF treatment.     

激光微细熔覆快速制造厚膜热敏传感器的研究

采用激光微细熔覆技术，利用钌系厚膜热敏电阻浆料，在质量分数为96％的Al2O3陶瓷基板上成功地制作出热敏电阻器。热敏电阻图形的极限线宽线距能达到60 μm。元件的电阻温度特性(TCR)值为2.33×10-3 /℃，热响应时间2.3 s,线性度达到0.6 ℃，有着良好的重复性、热稳定性和迟滞性。通过实验得出了激光处理工艺中参数对元件性能的影响规律。对所制作热敏电阻元件的各项电性能进行测量，并与传统工艺制作的元件进行了比较，测试结果证实新工艺制作的元件具有相对优良的特性，有较强的实用前景。     

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。     

sol-gel法制备WO_3电致变色薄膜的研究

采用正交实验设计方法,优化了钨粉过氧化聚钨酸sol-gel法制备WO3薄膜的配方,并且通过测定薄膜的物相结构、光透过率和循环伏安特性等研究了薄膜的电致变色性能。结果表明,制备WO3薄膜的最优配方为:钨粉(纯度为99.5%)6g、浓双氧水20mL、无水乙醇22mL、冰醋酸6mL。该配方所制备的薄膜具有非晶态结构,且薄膜在着色态、褪色态下的透过率之差达到50%以上。     

Fundamental characteristics of a magnetoresistive sensor using Y1Ba2Cu3O7-x ceramicsuperconducting films

The fundamental characteristics of a magnetic sensor fabricated from a Y₁Ba₂Cu₃O_7-x ceramic superconducting film are investigated. The operation principle of the sensor is based on the magnetoresistive properties of the material. The Y₁Ba₂Cu₃O_7-x ceramic film was prepared by the spray pyrolysis method. An element of the magnetic sensor consists of the film patterned to a meander shape. the sensitivity is discussed in connection with the noise measurement of the element. A magnetic field resolution of 2×10^-6 G/(Hz) ^1/2 at 100 Hz was obtained in the 0.1-100 G range. The sensitivity is much higher than that of a conventional semiconductor magnetic sensor. With an AC modulation provided by a magnetic field, phase detection of the magnetic field can be performed using a lock-in amplifier. An improvement in the low-frequency (<1 Hz) magnetic field resolution of about one order of magnitude was obtained using this method     

一种新型真空微电子压力传感器的研制

采用各向异性腐蚀与各向同性腐蚀相结合的技术和特殊的硅-硅键合技术,成功地研制出了一种新型真空微电子压力传感器。测试分析结果表明,该传感器反向击穿电压达到100V;在加3V正向电压时,其单个锥尖发射电流为0.2nA;在25-100g的压力范围内与输出电压呈线性关系,灵敏度为0.1μA/g。     

Resistive humidity sensor based on vanadium complex films

A resistive-type relative humidity （RH） sensor based on vanadium complex （VO2（3-f[）） film is reported in this study. Gold electrodes were deposited on the glass substrates in a co-planar structure. A thin film of vanadium complex was coated as a humidity-sensing material on the top of the pre-patterned electrodes. The humidity-sensing principle of the sensor was based on the conductivity change of coated sensing element upon adsorption/desorption of water vapor. The resistance of the humidity sensor measured at 1 kHz decreased linearly with increasing the humidity in the range of 35%-70% RH. The overall resistance of the sensor decreases 11 times. An equivalent circuit for the VO2（3-fl） based resistive-type humidity sensor was developed. The properties of the sensor studied in this work make it beneficial for use in the instruments for environmental monitoring of humidity.