无创血糖检测中不同葡萄糖浓度的介电- 频率响应特性研究

无创血糖检测技术具有无痛感、不易感染和可连续监测等优点,是血糖检测技术发展的重要 方向。为了研究在不同频率下、不同葡萄糖浓度对介电特性的影响,该文首先以不同葡萄糖浓度的 水溶液为研究对象,探索了 500 kHz～5 MHz 频率范围内不同葡萄糖浓度水溶液的介电-频率特性。 研究表明,葡萄糖水溶液在 500 kHz～5 MHz 的响应特性与高频下的响应特性不同。在该频段下,当 葡萄糖浓度不变时,水溶液的复介电常数的实部和虚部随着频率的增大而减小;当频率不变时,水 溶液的复介电常数的实部和虚部随着葡萄糖浓度的增大而减小。其次,该文还通过对复介电常数测量 值进行二阶 Debye 模型拟合,并对 Debye 模型中的参数进行了二次多项式拟合。拟合的决定系数均 高于 0.93,最终得出了葡萄糖浓度为 0～16% 水溶液的复介电常数在不同葡萄糖浓度和频率下的相关 函数,量化了葡萄糖水溶液的复介电常数与葡萄糖浓度及频率的关系。最后,通过建立包含皮肤、血 液、肌肉的无创血糖检测模型,并采用基于时域有限差分法对模型进行仿真分析。结果表明,接收电 极 2 与 3 之间的电压差值随着葡萄糖浓度的增加而线性增大,为基于 500 kHz～5 MHz 频率范围内的 无创血糖检测提供了一定的理论基础。     

用于血糖无创检测的葡萄糖传感器研究

研制一种新型葡萄糖传感器,初步实现用于反离子电渗透技术提取皮下组织液的葡萄糖的浓度测量。用铁氰化钾作为电子媒介体,固定在聚环氧乙烷凝胶里的葡萄糖氧化酶与溶液中的葡萄糖催化氧化生成葡萄糖酸和亚铁氰化钾,通过检测该反应产生的氧化还原电流的大小来计算葡萄糖溶液的浓度。新型葡萄糖传感器的检测浓度范围2～22 mmol/L内线性度较好,传感器的一致性测试表明:同一传感器多次测量的偏差不超过2%,反应时间较短,接近于1 s。     

微膜尺寸与吸附物对微膜生化传感器动态特性的影响

以微膜生化传感器为研究对象,利用ADINA软件进行模态分析,获得了微膜生化传感器在液态介质影响下的固有频率,分析了微膜结构尺寸和吸附物对传感器动态性能的影响。研究表明：微膜生化传感器的固有频率随着微膜厚度的增大而增大,随着微膜半径的增大而减小。吸附物质量使传感器的固有频率降低,吸附物的吸附位置也对传感器的固有频率产生影响。     

基于单端长周期光纤光栅的浓度传感器

利用长周期光纤光栅对环境折射率敏感的特性,设计制作了一种基于单端长周期光纤光栅的新型浓度传感器,并采用单端镀银、减小光栅区包层等措施提高了分辨率.利用此传感器测量了CaCl2 、NaCl溶液的浓度变化,实验结果表明,分辨率在低浓度和高浓度处分别达到3.50(g/L)和1.96(g/L)以上.     

煤矿井下无线传输衰减分析测试与最佳工作频段研究

5G,UWB,ZigBee,WiFi6等矿井移动通信、人员及车辆定位、无线传输等技术在煤矿井下应用,促进了煤矿安全生产和煤矿智能化建设。然而受电气防爆的限制,煤矿井下无线发射功率不大于6 W,制约着矿井无线传输距离,增加了基站用量和系统成本,不便于系统使用和维护。在无线发射功率受电气防爆限制的条件下,选择传输衰减较小的无线工作频段,可有效提高无线传输距离,减小基站用量和系统成本。为满足矿井无线传输工作频段选择与优化的需求,在国家能源集团国神公司三道沟煤矿的辅助运输大巷和综采工作面分别进行了700 MHz～6 GHz频段的无线传输测试,并对测试结果进行了分析,提出了矿井无线传输优选频段：(1)辅助运输大巷无线传输的最佳工作频段为700～910 MHz。(2)综采工作面无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。(3)辅助运输大巷无线传输衰减比综采工作面无线传输衰减小,且随着频率增大,辅助运输大巷与综采工作面无线传输衰减的差值变小。(4)矿井无线传输的最佳工作频段为700～1 710 MHz。     

不同温度与探测频率下的煤电性参数变化规律研究

现有针对煤电性参数影响因素的研究大多为在固定频率或低频率、高温条件下进行的,缺少对超宽带频率和常温条件下煤电性参数影响因素的研究,这对煤电性参数的影响因素研究有一定局限性。针对该问题,为了研究煤电性参数对不同条件下超宽带雷达波井下探测频段选择的影响,利用Concept-80超宽带介电谱测试系统,在0～80℃温度和500～1 000MHz探测频率下测试不同变质程度煤(褐煤、长焰煤和贫瘦煤)的相对介电常数、电导率和损耗角正切值的大小并分析其变化规律。分析结果表明:煤的相对介电常数随着煤变质程度增大而增大,煤的电导率和损耗角正切值随着煤变质程度增大而减小;不同变质程度煤样的相对介电常数均随测试频率的增加而先减小、后增大、再减小,相对介电常数与温度呈正相关关系;电导率与测试频率和温度均呈正相关关系;损耗角正切值与温度呈正相关关系,但测试频率不能很好地反映损耗角正切值的变化。根据3种电性参数在不同温度与探测频率下的变化规律,综合对比3种电性参数对超宽带雷达波在煤中传输的影响,得出在0～80℃条件下使用500～1 000 MHz超宽带雷达波穿透煤体进行探测时选择550～650MHz频率为最佳,且探测频率的选择应随着温度升高而降低。该结论可为在不同条件下超宽带雷达波井下探测频段的选择提供参考。     

基于微型表面等离子共振生物传感器 的葡萄糖浓度测量技术

葡萄糖是生物体和食品中普遍含有的一种重要物质,其浓度的高低直接影响着生物体功能的正常发挥和食品的质量,因此检测葡萄糖的浓度有重要的意义和作用.本文利用微型表面等离子共振生物传感器构造了葡萄糖测量实验系统,并通过葡萄糖溶液浓度的测量实验对系统的性能进行了评估,对实验现象进行了分析,探讨了测量结果的数据处理方法.实验系统对葡萄糖溶液的分辨率达到了6.25 mg/L,其精度高于其他采用折射率测量方法能够获得的葡萄糖溶液浓度的测量值.实验结果表明微型化的表面等离子共振测量装置在工业和医疗上的检测有很好的应用前景.     

直流电压下基于电液耦合动力学原理的微喷试验研究

基于直流电压作用下的电液耦合微喷印系统,考察了溶液浓度和电压两个参数对喷印过程和沉积形态的影响.实验结果表明射流在收集板上沉积的宽度随溶液浓度增大而减小;浓度低时射流沉积为连续形态;浓度增大,射流沉积为液滴-细线相间或者液滴-卫星液滴相间的珠状结构;浓度增大至18 %时,产生纳米纤维,直径600 nm左右.对给定的EHD实验系统,仅当电压值在2.6 kV~4.8 kV范围内变化时可保证稳定喷射;且随着电压值增大,珠状结构的直径减小;电压值在该范围之外,无法实现稳定喷射.     

基于电流型生物传感器的手持式多参数生化检测仪

通过物理吸附的方法将酶或一定的电子媒介体固定在工作电极上,制作了能识别一系列生化参数的电流型生物传感器,利用微弱信号采集技术,结合高性能微转换器和微控制器,设计制作了配合该系列传感器使用的多通道检测微仪表,以葡萄糖、乳酸和血色素溶液检测进行示范,说明了该检测仪具有多参数测量的功能,并能很方便地通过改变测量程序,实现对传感器特性的研究,该系统对葡萄糖溶液的检测,测量范围为1～25 mmol/L, 线性相关系数为0.989;对乳酸溶液的检测,测量范围为1～15 mmol/L,线性相关系数达到0.988.对血色素的测量,在浓度0～20 g/dL范围内与仪表测量的电流值具有较好的线性相关性.     

葡萄糖生物传感器在有机介质中性能的研究

本文研究了在几种典型的水溶性有机介质－丙酮、乙腈、二氧六环和乙二醇存在的条件下,电流型葡萄糖生物传感器的响应情况,结果表明,随着有机介质浓度的增加,传感器响应的峰电流增大并在到达某一极值后下降,此最大峰电流与有机介质种类及其浓度有关。讨论了有机介质对传感器响应的影响因素。     

电容式土壤水分传感器的电导变异性试验研究

为评估电容式土壤水分传感器受土壤电导率的影响及其对农田土壤电导率变化范围的适用性,配制了一系列土壤等效含水率为40.6%、电导率为0~1.91dS/m的土壤等效介电溶液,分别对激励信号频率为40,50,60,70,80,90,100MHz的7种传感器进行了电导变异性试验,并且配制了相同含水率但电导率分别为0,0.31,0.46和0.61dS/m的4种土样进行了验证试验。试验结果表明:1)土样中的测试结果基本上与介电溶液吻合,可采用等效介电溶液评估传感器的电导变异性;2)传感器的电导变异率随待测介质电导率的升高而近似线性增大,相同电导率下,传感器激励信号频率越高其电导变异率越小;3)在农田土壤电导率基本变化区域0.239~0.650 dS/m内,当传感器激励信号频率从不低于80MHz时,其最大电导变异率为9.2%,能满足工程上的实际应用要求。     

基于葡萄糖氧化酶-空壳钯修饰的新型葡萄糖传感器

制备了空壳钯纳米粒子,通过TEM对其空壳结构进行了表征。将空壳钯纳米粒子和葡萄糖氧化酶（GOD）修饰在玻碳电极（GC）表面,构建了新型的葡萄糖传感器。空壳钯纳米粒子对过氧化氢（H202）具有良好的催化还原作用,通过检测酶反应产生的H202可检测葡萄糖的浓度。在-0．3V工作电位下,在2．5×10＾－5mol／L到2．7...     

同心圆柱环型电容式肥液浓度传感器设计与试验

设计了一种同心圆柱环型电容式肥液浓度传感器,主要由稳压器、10MHz有源晶振、施密特触发器、电容传感器和真有效值检测器组成,检测结果以直流电压形式输出.在8×10 -1~1×10 -3mol/L浓度范围内,配置一系列待测肥液对传感器进行了试验:1)标定试验结果表明传感器输出电压与浓度对数呈线性负相关,决定系数R2>0.987;2)温度变异性试验结果表明传感器输出电压与肥液温度呈线性正相关,其决定系数R2=0.98417;3)稳定性试验结果表明同一浓度下连续测量10 h内测量最大差值为0.0003 mol/L,传感器稳定性良好;4)验证试验结果表明最大检测误差为9.8%.满足在线检测的实际应用要求.     

基于单针三电极的动态血糖传感器研制

研制了一种基于单根空心微针的新型植入式葡萄糖传感器,用于对人体血糖变化趋势进行连续监测.单根空心微针由结构相同的两个沿轴向磨去半边的不锈钢针管通过绝缘胶粘结而成,其分别作为传感器的工作电极与辅助电极;参比电极是置于该微针通孔之中的Ag/AgCl细丝;葡萄糖氧化酶( GOD)置于针尖的通孔处.测试结果表明:传感器的线性范围为3~22 mmol/L,灵敏度为1. 11μA/mmol/L,响应时间为10 s,且具有较好的抗干扰性.     

An ISFET glucose sensor with a silicone rubber membrane for undiluted serum monitoring

An ion-sensitive field-effect transistor (ISFET) glucose sensor with a silicone rubber membrane has been fabricated and its operation has been demonstrated in monitoring glucose concentration in serum and suction effusion fluid without dilution. The sensor characteristics are evaluated by measuring glucose concentrations in HEPES—NaOH buffers with different buffer capacities. The silicone membrane, which restricts glucose diffusion, expands the linear calibration range up to 500 mg/dl glucose. This membrane also restricts buffer species diffusion, so that the sensor output is not affected by solution buffer capacity. Moreover, investigation on the relationship between the sensor response and dissolved oxygen concentration shows that this sensor maintains constant outputs in solutions containing 1.5–7.5 ppm of oxygen. The sensor is mounted in a flow cell, into which serum samples and HEPES—NaOH buffer solution are alternately fed by a peristaltic pump. It takes 15 min to measure one sample. In 21 measurements on the same serum sample, the sensor output variance coefficient is found to be 4.7%. The sensor is applied to monitor glucose concentration in glucose-loaded rabbit suction effusion fluid. The glucose-level profile obtained by this sensor shows a good correlation with that measured by a conventional glucose analyser.     

基于螺旋型铂铱合金电极的植入式葡萄糖生物传感器

采用螺旋型铂铱合金电极设计,旨在提高植入式葡萄糖生物传感器的葡萄糖氧化酶担载量并增大工作电极的电化学活性面积.以扫描电镜(SEM)观察聚氨酯(Polyurethane,PU)半透膜的形貌,采用循环伏安法(CV)和计时电流法(I-T)考察PU涂覆厚度、PU含量以及酶含量等参数对传感器电化学性能的影响,结果表明:所制备的螺旋型传感器灵敏度在20 nA/(mmol/L)~30 nA/(mmol/L),可在人体生理条件范围内线性检测(2 mmol/L~30 mmol/L)葡萄糖浓度,并且具有良好的重现性、稳定性和选择性,符合电极长期植入式需求,有望作为今后糖尿病患者血糖连续监测的关键器件.     

基于V/I转换电路与锁相放大器的磁阻抗测量系统

为了实现GMI传感器的低成本及便携式应用,一种新型的GMI传感器检测系统被提出并研究,新型GMI传感器检测系统由信号源、V/I转换电路及锁相放大器构成。在1 MHz到10 MHz的激励信号频率范围内,利用新型检测系统对NiFe/Cu/NiFe三明治结构的GMI传感器进行了测量,并且与惠普公司4194A型阻抗分析仪在相同条件下的测量结果进行了比对分析,在频率为6 MHz时比较结果显示该系统的误差范围小于1.5%。     

Fabrication of a metal protector for a fiber sensor using through-mask electrochemical micromachining with pulse DC power

The purpose of this study is to fabricate a stainless steel protector for a weak fiber sensor after first stripping the polymer outer-layer off the fiber. In addition to protecting the fiber sensor, the stainless steel protector is required to connect the detection target and the sensor which requires drilling holes in the protector. We accomplished this by electrochemical micromachining the stainless steel protector using pulse DC, using 1 kV/m, 6.62% weight concentration of NaCl electrolyte solution, 500 rpm anode rotating rate, a 5 MHz pulse frequency, a 50% duty factor, and 6 min of machining time with a ring cathode gave the best results, producing an average hole-radius of 231.36 μm.