微电极阵列细胞阻抗传感器研究

贴壁生长在微电极表面的细胞可引起贴壁电极界面阻抗的改变,从而可以获得细胞生理功能相关的生物信息.本研究采用微机械加工技术,在硅基底上设计了直径为20～50 μm的20通道金微电极阵列(micro-electrode array,MEA),用以构建能实时、连续、定量跟踪哺乳动物细胞形态和增殖分化改变的细胞阻抗测试传感器(electric cell-substrate impedance sens-ing,ECIS),用于细胞与电极间的阻抗测试研究.通过对培养在微电极表面24 h的成骨细胞Saos-2细胞系的阻抗谱测量发现,其阻抗值增加集中在中频102～10<'4>Hz之间,本结果符合细胞阻抗传感测量的理论模型分析.因此,该微电极阵列细胞阻抗传感器的研究,为进一步的细胞生理和药物分析等研究奠定了良好的基础.     

神经记录用硅基多通道微电极探针的设计与制造

为了从中枢神经系统记录电信号,半导体加工技术已经被用于微电极探针的制造.介绍了一种硅基探针的设计和制造工艺流程.我们已经制造出15 μm厚,3 mm长,100μm宽的记录用探针,每根探针含有7个记录点,间隔120 μm.在制造过程中使用微机械系统(MEMS)工艺中常用的硅表面微加工工艺:等离子增强化学气相淀积(PECVD),感应耦合等离子刻蚀(ICP)以及硅的各向异性刻蚀等.测试结果给出了探针的强度和阻抗特性.     

用于神经信号检测的传感器系统的研究

探讨了一种用于神经信号检测的新型传感器系统的设计。提出了一种由二维无源电极和前置信号放大模块微装配而成的三维有源微电极阵列的结构形式,在对电极和电解液接触面间的电学模型进行分析的基础上,完成了二维无源电极和前置放大模块的设计。仿真结果验证了传感器系统用来检测神经信号的可行性和可靠性。     

植入式柔性神经刺激微电极研究进展

柔性微电极为电子系统与生物组织间提供一个信息交换界面。主要详述了不同设计的神经微电极,比如筛状电极、卡夫电极、螺旋电极及剑状和针形电极等,并且比较和讨论了它们的分类、结构以及特点。     

基于微电极阵列和无线传感器网络的水环境重金属检测系统研究

为对区域水环境中重金属进行有效检测,提出了一种基于微电极阵列和无线传感器网络的重金属现场检测技术。为此,提出了一种带状微电极阵列芯片,用于锌、铅、铜等三种重金属离子的测量;基于带状微电极阵列芯片,开发了自动化的水环境重金属现场检测仪器;多台仪器通过802.11 b/g无线协议组成无线传感器网络,对区域水环境中的重金属含量进行检测。在实验室通过重金属标准溶液对仪器性能进行验证,表明仪器具有较好的精确度;在自然水域进行了传输距离、无线组网测试;完成了自然水域样品重金属浓度检测,并同原子吸收法进行了对比验证。     

用于视觉假体的柔性生物微电极阵列的设计和制作

提出了一种用于视网膜假体的基于Parylene的柔性微电极阵列的设计和制作.微电极阵列为5×5,通过光刻胶热熔回流技术形成的电极点为半球形凸起,底部直径为60 μm,高度大约为24 μm.整个电极具有很好的柔韧性,能够更好的适应视网膜表面轮廓,提高刺激效果.同时,电极具有很好的透明性,便于手术时电极的植入和手术后对生物组织的观察.     

三维神经微电极阵列新制作技术研究

尝试了一种低成本的三维微电极阵列微加工的新方法.玻璃划片形成的柱状阵列,经掩膜腐蚀后形成阳模板,再利用PDMS的微复制技术形成阴模板.利用阴模板进行电镀,可以得到三维微电极阵列.制作的铜电极阵列高度约180 μm,为制作更长的神经微电极阵列打下了基础.     

基于Parylene的柔性神经微电极的研制和表征

衬底集成的微电极是植入式微系统中的重要部件,起着对神经进行电刺激并记录神经信号的关键作用。采用微细加工技术在新型柔性基底——聚对二甲苯(Parylene)上制作微电极阵列。阐述了Parylene基微电极阵列的加工工艺,并利用光学显微镜和电化学表征技术对微电极的表面形貌和电学性能进行了研究。结果表明:在工作频率范围内(104~105Hz),柔性神经微电极的阻抗值低(400~1000Ω),相位延迟小(-20°),适于用作视网膜修复。     

用于iGPS的阵列式光电传感器设计

针对目前iGPS自带光电传感器无法应用于大尺寸部件的动态位姿检测领域的问题,设计了一种阵列式光电传感器,并提出了结构参数标定方法.该传感器由传感器本体、放大器以及前端处理器三部分组成.放大器将本体上的环形阵列硅光电池组接收到的微弱激光信号转换为可用电压信号,并进行信号放大与调理;以STM32F103ZET6为主控芯片的前端处理器完成信号采集、识别、计算与传送功能.实验结果表明:在10m×10m测量范围内,使用该光电传感器,系统测量精度为0.5 mm,满足实际应用要求.     

用于神经电信号记录的多通道微探针

:以体硅为衬底,采用微机械加工技术(MEMS)制作了七通道的可植入到脑皮层的微探针,用于记录神经电信号.从生物相容性、减小植入损伤、工艺制作难度等方面考虑,制作了以二氧化硅/硅(SiO2/Si)为主体的微探针,并详述了其具体制作工艺流程.扫描电镜(SEM)照片显示微探针针长3 mm、针宽100 μm、针厚约为20 μm,各个记录点直径10 μm、间距120μm,实现了各通道之间良好的信号隔离.微探针距离针尖1 mm范围内的针宽以一定弧度由100 μm逐渐变窄,同时针尖锥角为6°,此种结构有利于减小植入时对脑组织的损伤.通过体外测试得到,当频率由10 kHz增加到10 MHz时,微电极各个通道阻抗由150.5 kΩ降低到6.0 kΩ.     

微电极生物化学传感器的表面修饰研究

以电流型微电极葡萄糖传感器为检测平台,对四种不同的电极表面修饰方法:氧化、铂化、聚合吡咯以及铂化并聚合吡咯进行了理论分析及实验验证。其中,铂化并聚合吡咯方法之前未见过报道。实验结果表明:铂化并聚合吡咯是一种很有效的电极表面修饰方法。     

电子鼻用于检测掺假牛奶时其传感器阵列的优化

目前电子鼻在食品领域已有广泛的应用，由于气味组成成分复杂，仅用单个气体传感器是无法评定气体质量，因此气体传感器阵列应运而生。在对不同的食品进行检测时，电子鼻的传感器阵列的构成是不同的。本文运用PEN2便携式电子鼻对掺假牛奶进行检测，用方差分析、主成分分析和聚类分析对信号进行分析，得到由8个传感器组成的用于检测掺假牛奶的最佳传感器阵列。用这8个传感器组成的传感器阵列对掺假牛奶进行检测区分，结果用LDA方法 (线性判别式分析) 进行分析，在LDA分析图上，不同比例掺假的牛奶能被明显地区分。新的传感器阵列具有较少的传感器和与原传感器阵列相同的检测区分能力。     

精密压阻弹性体及力敏传感器阵列

将金属钌(Ru)、二氧化钌(RuO2)、甲基乙烯基硅橡胶(PMVS)按特定比例混合,所得导电硅橡胶中的导电颗粒具有适当的聚集特性,而且该种导电硅橡胶呈现良好的压阻重复性和压阻敏感性.研究不同尺寸电极的压阻行为,发现此种导电硅橡胶在毫米尺寸以上电阻随载荷变化稳定,重复性较高.通过测量不同尺寸电极压阻关系和电阻弛豫关系,拟合了用于回归载荷的压阻曲线和弛豫曲线,用该曲线对每个传感单元的阻值校正,得到阵列上的载荷分布.结果表明,该种导电硅橡胶在一定尺寸范围内满足微型化要求,适用于集成的压阻弹性体应力测量阵列;利用该种导电硅橡胶,可以实现毫米尺度的静态或准动态载荷灰度成像.     

Nafion／MV微电极及其用于气氧测定的研究

本文报道了Ｎａｆｉｏｎ／甲基紫精修饰铂微电极制备气氧传感器,并研究了其电化学行为及在气氧测定中的应用。利用Ｎａｆｉｏｎ膜中的磺酸基团与甲基紫精间的产换吸附作用制成的Ｎａｆｉｏｎ／ＭＶ修饰铂微传感器对氧具有很好的催化还原作用。     

精密压阻弹性体及力敏触觉传感器阵列

空气热氧化用多元醇溶剂热方法得到的金属钌纳米颗粒,可以得到纳米氧化钌颗粒,将其与金属钌纳米粉体混合,使其具有适当的聚集特性,将混合粉体与硅橡胶复合,呈现具有良好的压阻重复性和压阻敏感性,测量不同尺寸电极间的压阻行为,表明此种导电硅橡胶在毫米尺寸以上呈现一定的标度不变性,表明材料在一定尺寸范围内满足微型化要求,适用于集成的压阻弹性体应力测量阵列,我们制备了测量面载荷分布的阵列电极,设计了用于动态触觉传感测量的电路和支持软件,结果表明,针对压阻材料电阻/载荷敏感特性,通过每个压阻单元微秒级的信号获取和数据处理,可以实现毫米尺度的静态或动态载荷三维成像,该传感阵列的可重复和定量特性使其基本满足实用的人体工学器件要求。     

一种混合气体与温度同时检测的传感器阵列

针对主要烟气污染物气体一氧化氮NO/二氧化硫SO₂监测存在的温漂大、温度补偿系统体积大、成本高的问题,采用MEMS工艺,研制了一种三电极碳纳米管传感器阵列。该阵列由三个不同极间距的传感器构成,分别检测NO、SO₂浓度及温度。研究了极间距、气体浓度和温度对传感器的影响,分析了传感器对气体浓度和温度的敏感机理。三个传感器在不同的气体浓度、不同的温度下,具有不同的单值敏感特性。传感器重复性好、灵敏度高;阵列可以不分离混合气体,直接检测NO、SO₂成分及温度,具有温度补偿的功能,能够用于解决烟气污染物检测在工作温度变化时存在的误报问题。     

金属氧化物气体传感器阵列的制备

利用薄膜技术制作的半导体金属氧化物气体传感器阵列是由一个基底上的四个传感器单元组成的。基本结构是在4英寸的硅片上制作完成的。首先,沉积金属铂电极,加热棒和温度传感器。其次,沉积半导体金属氧化物SnO2。然后进行传感器阵列电极的焊接,封装。最后进行测量,测量结果显示了传感器阵列对不同气体甲烷(CH4),一氧化碳(CO),氢气(H2),二氧化氮(NO2)和氨气(NH3)的响应。     

基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统

介绍一种基于集成气体传感器阵列的电子鼻系统硬件实现方法。描述了系统的一般组成,重点介绍了所采用的集成气体传感器及其信号拾取方法。该系统可实现对检测气体的自动数据采集、微机传送,具有高的灵敏性和可靠性。另外,对采用的集成气体传感器系列,该电子鼻系统具有一定的通用性。利用该系统对五种葡萄酒进行了检测,结果表明:该电子鼻系统可有效地用于葡萄酒的定性识别,识别准确率达到100%。     

关于低功耗气体传感器阵列的研究

由电池驱动以微机械技术制造的气体传感器的功耗是十分关键的实际问题.为了研制低功耗气体传感器,在传感器阵列上表面制备完成后,从下表面腐蚀传感器芯片的基底,以造成传感器芯片和封装室之间形成一个空气夹层.从而对有空气夹层的传感器芯片和没有空气夹层的传感器芯片的能耗做比较.实验结果显示,腐蚀过的传感器芯片具有较低的功耗.