表面等离子体共振生物传感器在食品安全检测中的应用与研究

表面等离子体共振（SurfacePlasmonResonance,SPR）传感技术是一项新兴的生物化学检测技术,具有无须标记、高速、高灵敏度等特点。日前在化学和生物检测研究中应用日益广泛。本文综述了SPR技术的基本原理及近年来在食品安全领域研究中取得的进展,并展望TSPR技术的发展方向及应用前景。     

基于硅结构的微混合器研究进展与应用

阐述了微混合器的一般概念,从不同角度对微混合器进行分类,综述了微混合器的国内外研究现状,从尺度效应、表面效应和多相流等3个方面分析了微混合器研究过程中存在的问题和今后的研究方向,就微混合器在生物芯片和微小型化学化工机械系统中的应用作了简要说明,展望了微混合器的研究前景.     

硅微谐振式加速度计的温度效应及补偿

零偏和标度因数稳定性是衡量加速度计性能的两个重要参数.为了降低硅微谐振式加速度计的温度敏感性,对其温度影响机理进行了深入研究.通过温度实验发现,硅微谐振式加速度计的零偏和标度因数与设计理论参数有较大区别,且都具有较大的温度灵敏度,分别为0.72 g/℃和1.5℃-1.对弹性模量和谐振器应力与谐振器频率的关系进行了理论计算和FEA仿真验证,其中弹性模量引起的谐振频率-温度灵敏度为-0.7 Hz/℃,谐振器应力引起的谐振频率-温度灵敏度为180 Hz/℃.阐述了加工过程中键合应力产生的原因以及键合应力与谐振器残余应力的关系,发现谐振器应力是造成加速度计输出随温度漂移的主要因素.提出了一种隔离残余应力的隔离梁的设计方案,可使零偏温度灵敏度降至-35 Hz/℃,为温度补偿指明了方向.     

基于昆虫振动感受器的谐振式硅微机械压力传感器结构设计

针对谐振式硅微机械压力传感器输出信号十分微弱、检测难度大的问题,从结构设计的角度分析了相应的解决方法。将对昆虫孔缝结构振动感受器的研究与谐振式微机械压力传感器的设计相结合,提出在谐振敏感结构中引入孔缝结构,通过孔缝应力集中效应提高检测信号的强度,实现传感器检测性能的提高。     

基于微梁谐振原理的相对湿度检测技术

提出了一种基于微梁谐振原理的相对湿度检测方法．建立了微梁谐振频率与环境相对湿度的函数关系,通过检测谐振频率可以测量环境相对湿度．利用压电微梁直接激励法进行实验,得出了30％～80％湿度范围内微梁谐振频率与相对湿度的关系曲线．经实验验证,基于谐振原理的微梁湿度传感器有良好的精度和重复性,分辨率可达0．2％RH,精度优于±2．0％RH．微梁湿度传感器体积小、响应快、精度高,在微机电系统和微全分析系统中有广泛的应用前景,     

硅基PZT压电薄膜微开关的设计和制作

对硅基锆钛酸铅（PZT）压电薄膜微开关进行了结构和版图设计，根据MEMS加工工艺和标准硅基IC工艺的特点，获得了硅基PZT压电薄膜微悬臂梁结构系统工艺流程中的关键工艺技术和典型工艺条件，对多孔硅的选择性生长进行了较为详细的实验研究，最后成功的制备出硅基PZT压电薄膜微开关样品，这对集成化芯片系统的进一步发展打下了必要的良好的实验基础。     

基于表面等离子共振GGBP胺耦合绑定的葡萄糖浓度测量影响因素

人体组织液中的葡萄糖浓度与血糖浓度密切相关,微创血糖检测通过测量组织液中的葡萄糖浓度来预测血糖浓度,而组织液中成分复杂,利用对葡萄糖有特异性吸附作用的D-半乳糖／D-葡萄糖结合蛋白（GGBP）胺耦合绑定修饰表面等离子共振（SPR）传感器可以实现葡萄糖选择性测量．但是由于测量过程复杂,需要对影响测量精度的因素进行评价,确定最佳测量条件,以微型SPR传感器为核心搭建了一套葡萄糖浓度测量系统,系统地分析研究了GGBP胺耦合绑定SPR葡萄糖浓度测量过程中的各种影响因素,在不同实验条件下进行了测量实验,获得了蛋白质纯化、蛋白质活性、基线、流速、传质效应、温度和气泡等对测量结果的影响机制,提出了相应的解决方案,优化了测量流程．为标准化和小型化仪器开发提供重要依据．     

基于非硅表面微加工的MEMS惯性开关设计与动力学仿真

基于非硅表面微加工技术,设计了一种新的MEMS微型惯性电学开关.较厚的质量块可动电极和位于其上方悬空的弹性梁固定电极,不但有利于提高开关器件的触发灵敏度和接触效果,而且可避免质量块和弹簧过多偏离对器件造成的损坏.对所设计开关进行了有限元动态接触仿真,结果表明开关在100g加速度作用下的响应时间和接触时间分别约为0.24ms和10μs,表现出较高的触发灵敏度和良好的接触效果,随加速度的增加惯性开关的响应时间减小,两电极的接触时间增加.     

具有“荷叶效应”的硅基仿生表面的制备及其微摩擦性能

用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)观测了荷叶表面的双微观结构,即特征尺度在10μm左右的微米乳突和直径为50～100 nm的纳米蜡质晶体.提出了制备具有"荷叶效应"的硅基仿生表面的两种方法,一是将表面制有特征尺度为100 nm左右纳米结构的硅片进行硅烷化疏水处理,仅制作了纳米结构,部分模拟了"荷叶效应;"另一种方法是将表面制有特征尺度为10μm左右微米结构的硅片进行烷基烯酮二聚体(AKD)化处理,该方法获得了具有双微观结构的仿生表面,比较完整地模拟了"荷叶效应."微摩擦性能测试结果表明光滑硅片微观摩擦系数为0.08～0.10,而具有120 nm～25μm微结构的硅片微观摩擦系数为0.04～0.07;具有特征尺度为200 nm线条阵列的粗糙区平均黏附力与光滑区平均黏附力之比为0.59.硅基仿生表面有利于降低摩擦系数和减小黏附,"荷叶效应"对于微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)防黏减摩具有一定的潜在应用价值.     

解耦硅微陀螺仪的结构误差分析和系统性能测试

为了研究对称解耦的硅微陀螺仪的性能,对其结构误差进行了分析,并对其系统性能进行了测试.利用全解耦硅微陀螺仪的简化运动模型,分析了由弹性梁梁宽误差导致的机械耦合误差,并推导其公式.利用有限元方法,对机械耦合误差进行了仿真.仿真结果表明,当悬臂梁的加工误差在0～0.4μm间变化时,机械耦合误差变化范围为0～62.88°/s;同时仿真结果和计算结果比较显示,机械耦合误差的仿真结果基本与理论公式的计算结果相符,证明理论分析的正确性.对机械耦合误差进行了测试,测试结果表明,全解耦硅微陀螺仪的机械耦合误差仅为31°/s,相比课题组前期的半解耦硅微陀螺仪缩小了13.9倍.系统性能实验结果表明,由于机械耦合误差的减小,全解耦硅微陀螺仪的零偏温度系数仅为57.68°/（h.℃）,相比课题组前期的半解耦硅微陀螺仪缩小了9.42倍.     

温度对表面等离子体振荡传感器的作用

本文采用棱镜型角度检测的方法,对表面等离子体振荡传感器进行精密检测.首先从理论上分析了温度对棱镜型表面等离子体传感器的作用机理,并根据机理进行了实验系统的设计.基于所设计的棱镜型角度检测SPR装置,研究了温度对表面等离子体振荡(SPR)共振角度的影响.实验给出了表面等离子体共振角度随被测液体温度的升高而下降的数值结果,斜率为-7.843×10-3/℃,并证明了温差控制对光传感技术中表面等离子体振荡(SPR)技术的实用化的重要性.     

局域表面等离子体共振效应气体传感器的研究进展

贵金属纳米结构的局域表面等离子体共振光学在光催化、光学传感器、表面增强光谱学、太阳能电池等领域具有广阔的应用前景。基于贵金属的局域表面等离子体共振效应传感器的性能主要依赖于贵金属的结构,总结了纳米贵金属粒子性质以及各种结构的制备方法和应用,并展望了未来表面等离子体共振效应传感器的发展趋势。     

贵金属纳米颗粒的表面等离子共振研究

通过修正的Mie理论分别对单金属Ag、单金属Cu和Cu核Ag壳纳米颗粒/玻璃复合材料的吸收光谱进行了理论计算.计算结果表明,对单金属Ag纳米颗粒/玻璃复合材料,Ag的吸收峰位于425nm左右,不随颗粒尺寸变化而发生偏移;对单金属Cu纳米颗粒/玻璃复合材料,Cu的吸收峰也不随尺寸变化发生偏移但强度较弱;对Cu核Ag壳纳米...     

Multi-Wavelength-Recognizable Memristive Devices via Surface Plasmon Resonance Effect for Color Visual System

Photoelectric memristor has attracted many attentions thanks to their promising potential in optical communication chips and artificial vision systems. However, the implementation of an artificial visual system based on memristive devices remains a considerable challenge because most photoelectric memristors cannot recognize color. Herein, multi-wavelength recognizable memristive devices based on silver(Ag) nanoparticles (NPs) and porous silicon oxide (SiO_x) nanocomposites are presented. Rely on the effects of localized surface plasmon resonance (LSPR) and optical excitation of Ag NPs in SiO_x, the set voltage of the device can be gradually reduced. Moreover, the current overshoot problem is alleviated to suppress conducting filament overgrowth after visible light irradiation with different wavelengths, resulting in diverse low resistance states (LRS). Taking advantage of the characteristics of controlled switching voltage and LRS resistance distribution, color image recognition is finally realized in the present work. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and conductive atomic force microscopy (C-AFM) show that the light irradiation plays an important role on resistive switching (RS) process: the photo-assisted Ag ionization leads to a significant reduction of set voltage and overshoot current. This work provides an effective method toward the development of multi-wavelength-recognizable memristive devices for future artificial color vision system.     

差分表面等离激元共振传感仿真研究

从薄膜光学理论出发,对不同金属膜厚度、不同实折射率和不同复介电常数的环境介质的表面等离激元共振(SPR,Surface Plasmon Resonance)信号进行了分析,给出了最佳金属膜厚度,并且,折射率与共振角呈线性关系(R=0.999 4).分析了采用差分处理时,随环境介质的复介电常数变化的光反射率曲线.结果表明,同组两个探测器信号的和随环境介电常数的虚部变化,与实部无关,其信号差则相反,因此,能够同时测量环境介质的介电常数的实部和虚部.     

Au纳米粒子表面等离子共振效应(SPR)增强Au/Bi2WO6异质纳米结构的光催化活性

采用水热-光还原法在三维Bi₂WO₆的二级结构纳米片表面原位沉积Au纳米粒子(Au NPs), 成功获得了具有可见光响应活性的Au/Bi₂WO₆异质光催化剂, 并借助XRD、FE-SEM、HR-TEM、XPS和 UV-Vis-DRS谱等手段对其物相组成、形貌和光吸收特性进行表征, 以罗丹明B(RhB)和苯酚为模型污染物对其光催化性能进行研究。实验结果表明, 与纯Bi₂WO₆相比, 所得Au/Bi₂WO₆异质纳米结构对染料降解具有较高的活性, 当Au负载量为1.5at%时, Au/Bi₂WO₆复合催化剂的催化活性最好, 其光催化降解RhB和苯酚的表观速率常数分别是纯Bi₂WO₆的1.5倍和2.2倍。自由基捕获实验表明, 光生空穴(h⁺)和∙O₂^-是RhB在Au/Bi₂WO₆催化材料上光催化降解的主要活性物种。机理分析表明, Au/Bi₂WO₆活性增强归因于光生电子从Bi₂WO₆的导带向AuNPs表面迁移, 降低光生电子-空穴对的复合率, 同时, Au NPs 的等离子共振效应(SPR)拓展了催化剂在可见光区的响应范围, 从而显著提高了Au/Bi₂WO₆异质光催化的剂活性。Au NPs修饰Bi₂WO₆异质催化剂光太阳能驱动在污水处理方面具有潜在应用。