光寻址电位传感器的自相关检测方法

针对基于光寻址电位传感器的微流控芯片信噪比低的问题,提出了一种基于自相关检测的光寻址电位传感器信号提取方法。采用气液分离的方法在微流路内产生了体积约1μL的样品微滴,对比了光寻址电位传感器在方波激励与正弦波激励下检测微滴的I/V特性曲线,以及在相同条件下的I-f特性曲线。结果表明：采用自相关检测法,光寻址电位传感器具有53.8 mV/pH的灵敏度,其信噪比提高了7.020 6 dB。研究结果对于微型LAPS光电流信号高精度检测做出了有益探索,具有良好的应用前景。     

CMOS微环境pH传感芯片研究

基于离子敏感场效应晶体管(ISFET)基本结构及其电学特性,提出了一种应用标准CMOS工艺实现的多层浮栅结构pH-ISFET.利用CMOS标准工艺中LPCVD淀积的Si3N4钝化层作为氢离子敏感层,pad工艺形成微区域独立传感窗口.片上集成100 μm×100 μm电极提供参考电位,消除了外加参考电位引起的溶液电压分布不均的现象.缓冲液从pH值1-13范围内对ISFET进行了测量,器件阈值电压随溶液pH值变化的平均灵敏度为44 mV/pH,线性度在10%范围内.本结构可用于生物微环境pH值集成传感芯片设计中.     

基于微透镜阵列的多通道光寻址电位传感器研

为了提高化学和生物图像传感器的成像速度和简化成像系统,提出了一种基于微透镜阵列的多通道光寻址电位传感器.利用微透镜阵列把单束激光转化成点阵,通过多频率斩波器,得到不同频率的光点阵列用作光寻址电位传感器的光源,从而实现多点同时检测.实验结果表明该系统具有良好的频域分辨率,通过数字补偿技术可获得各个检测点的电流电压特性曲线,证明可实现多点同时检测.该系统可以用于光寻址电位传感器和扫描光感阻抗传感器的快速成像,以及多通道化学生物图像检测.     

锑膜微电极作为pH固体传感器的研制及应用

该文研究了在碳纤维微电极上修饰锑-氧化锑,制备pH传感器的方法.通过对不同pH溶液进行电位测定,得出在4.6×10-4 mol/L Sb3 的HCI(0.01 mol/L)溶液中,先在-1.2 V还原120 s,再在2.0 V氧化100 s,得到的电极对pH有较好的响应,响应斜率-50～-60mV/pH,响应范围pH0.5～pH7.6,应用在实际样品的测定中取得较好的结果.     

一种基于感声波纹结构的光学式声传感器

设计了一种基于硅MEMS敏感结构的光学式声传感器,其光学调制原理采用强度调制型,微敏感结构采用具有低应力波纹结构的感声薄膜芯片。对光纤与微敏感结构耦合技术进行实验研究,优化光学参数,并制作传感器样品。经实验测试,灵敏度达80mV/Pa。     

电渗微泵的生理溶液渗透特性研究

介绍了一种电渗微泵的结构及其驱动原理,研究了其对不同生理溶液的渗透特性。模拟眼内房水引流装置,利用电渗微泵对三种生理溶液进行测试,通过改变电压,测试定量体积的溶液,记录时间得出相应流速,用Origin Proporable软件对数据拟合得出压电流速曲线,结果表明电压对液体流动速度的影响成正比。人眼可承受最大5 V电压,此时该测试微泵传输液体流量每分钟可达到十几微升,通过分析5 V以内微泵对溶液的渗透性能,结合正常眼内房水引流速度,确定合理的驱动电压设计值,这将对未来制作实际可用的房水引流装置和器件产生指导意义。     

闭环电流检测模块中Z轴TMR传感器的研制

阐述了灵敏方向垂直于芯片表面的Z轴TMR传感器的设计方法,并通过溅射镀膜及刻蚀工艺,在芯片表面电镀厚度、宽度、间距分别为为10 μm、10 μm、15 μm的NiFe聚磁层,研制出了Z轴灵敏的TMR传感器.通过实际测试,该方法制备的传感器在电源电压为5 V时,灵敏度达到了5 mV/Oe,证明了该设计方法的正确性.利用所研制的Z轴TMR传感器,构建了闭环电流检测模块,电流测量范围为0~100 A,测量误差小于0.3%.     

高精度海洋温/盐/酸度集成微纳传感器制造与测试

面向"智慧海洋"应用需求,基于微机电系统(MEMS)技术设计制备了一批温度、盐度、酸度(pH值)三参数集成微纳传感器。温度测量采用铂电阻传感器,盐度测量采用4电极电导率传感器,pH测量采用钛/二氧化钛(Ti/TiO_2)为工作电极和液接式Ag/AgCl参比电极构成的两电极体系。采用电化学工作站分别测量了三个传感器的基本参数和性能,其中温度传感器的电阻为(2240±5)Ω,灵敏度为8.636Ω/℃,测量精度达到±0.01℃;电导率传感器在0.01 mol/L KCl溶液中精度为±0.000 5 S/m; pH传感器灵敏度为42.86 mV/pH。由于采用微机电加工技术,传感器尺寸小、成本低、可批量制造,将为海洋环境参数的高精度网格化测量提供核心传感器。     

一种航空配套微压传感器芯片设计及制备

针对航空领域微小压力测量需求,介绍了一种沟槽梁膜复合结构压力芯片的设计和制备方法。设计的压力芯片解决了传统硅压阻压力传感器灵敏度与线性度的固有矛盾,通过有限元分析可动膜片应力应变输出,并结合曲线拟合分析,提出了一种优化芯片可动膜片结构尺寸的设计方法。利用MEMS加工工艺,实现了沟槽梁膜双重应力集中结构压力芯片的制备。在量程0~1 psi范围内,传感器灵敏度30.9 mV/V/psi,非线性误差0.25%FS,综合精度0.34%FS,实现了灵敏度和线性度的同步提高,满足了飞行器高度、风洞测试等领域的微压测试需求。     

基于固态Ag/AgCl参比电极的氧化钨pH电化学传感器的研究

通过浸涂法在钨金属丝上涂敷氧化钨氢离子敏感膜,制备了氧化钨H 选择性电极,采用尿素改性聚乙烯醇作为参比电极的固态薄膜材料并进行KCl掺杂,经Nafion膜进行修饰后制备了固态参比电极.利用自制的氧化钨pH电极与固态参比电极制成pH电化学传感器,该传感器具有良好的响应电位E-pH线性函数关系,响应范围为pH2～pH11.响应灵敏度与氧化钨的热处理温度有关,200℃热处理后的响应灵敏度为52.81 mV/pH, 响应时间与氧化钨敏感膜、测试溶液pH值以及溶液温度有关.在pH2→pH11→pH2循环测试过程中,传感器的滞后效应较小.该传感器有良好的选择性,响应行为不受Na 、F-等常见离子的影响,但是受到氧化还原性的NO-3、I-等离子的干扰.传感器内阻很低为22.8 kΩ,远小于玻璃pH计的内阻(1×109 Ω).该传感器在各种饮料中具有较高测量精度,与玻璃pH计的测量值进行对比,两者的差值在(-0.06 pH, 0.15 pH)范围内.在10-5M→10-1M柠檬酸溶液中,传感器的响应电位与溶液浓度存在良好的线性关系,响应时间小于1 min.     

基于光寻址电位传感器的水环境重金属无线检测仪器设计

针对水环境重金属检测问题,设计了一种新型的基于光寻址电位传感器(LAPS)的重金属检测仪器。相对于原子荧光光度法等其他方法,该仪器操作简便,无需繁杂的前处理过程,具有自动量程功能以及独立的水路系统。仪器通过ARM开发板与上位机无线通讯,检测过程自动化进行。经验证,仪器可以对水环境酸碱度以及重金属Pb2+浓度进行快速、自动化检测。其中pH的检测范围为5~9,灵敏度为37.321 mV/pH,平均误差为4.4%,满足水环境酸碱度的实测需求。重金属Pb2+的检测范围为10-7~10-1mol/L,灵敏度为26.43 mV/pPb2+,平均重复率为86.7%,并进行了Zn2+,Cu2+及pH对Pb2+检测的干扰测量。     

基于微加工技术的集成细胞芯片的实验研究

细胞电生理检测芯片已成为后基因时代生物科学研究的重要工具,但是目前的细胞胞外电生理测试工具发展迅速,但存在功能单一化、指标不够稳定的缺点,如信噪比较低,难于重复与对照,且不能实现多参数同时检测,已成为细胞电生理快速分析发展的瓶颈。集成型细胞芯片通过传感器件的网络化和集成化,将细胞的电学信息、化学信息、动力学信息等生理活动信息转换为可检测的信号,并细化为微观信息量进行实时分析,实现快速微量的细胞功能信息和待测物质性质的检测,在细胞生物学、环境监测和药物开发等领域有广泛应用前景。本文设计了一种新型的集成了细胞微电极阵列、电阻抗传感器及光寻址电位传感器三个传感单元的阵列化芯片,首先分析了各单元用于细胞电生理测量的界面模型;在此基础上重点分析了各细胞传感器单元的特性曲线测试、表面处理测试,并初步进行细胞电生理参数的分析。结果显示,MEA加入测试液测试后,噪声水平在80μV左右,且器件适于细胞培养及动作电位测试;IDA器件上培养的肾细胞在药物作用下会引起细胞阻抗变化率12%～16%的变化;LAPS器件的酸化率灵敏度在50.65mV/pH,在肾细胞酸化率测试中,高浓度5-氟尿嘧啶会引起的细胞正常代谢率下降(相对酸化率下降50%)。说明药物浓度越大,作用时间越长,对细胞的活性影响越大,这与IDA器件的测试结果一致。最后得到了在器件特性、系统优化及细胞测试的一些初步结果,对芯片进行了芯片各单元的互补性分析,为细胞传感器的多功能化发展开拓了一个新的应用领域。     

结合LAPS及纳米多孔硅的气体传感器研究#

结合光寻址电位传感器及纳米多孔硅技术研制了一种新型的气体传感器.该传感器结合光寻址电位传感器的微机电系统工艺和平面器件特点以及纳米多孔硅的高灵敏度特性,对实现进一步细胞代谢气体的检测提供了一种可能的手段.初步实验结果表明,在室温条件下,该气体传感器对于乙醇气体具有较明显的响应,并具有一定的浓度梯度特性,证明该传感器的设计是可行的.     

智能释药胶囊内酸碱度测量模块的设计

提出了一种能够根据消化道中pH值的变化而自动释药的智能释药电子胶囊,设计了基于pH传感器的酸碱度测量模块.酸碱度测量模块包括pH传感器模块、测量电路模块、微处理器芯片模块和电源管理模块.在离体状态下对pH传感器进行了原理性实验,并对酸碱度模块的性能进行了测试.实验结果表明pH传感器的灵敏度为43.5 mV/pH,满足消...     

集成多传感器的环境监测电子舌的研究

研发了一种基于硅基底的环境监测新型电子舌,用于在线检测锌、镉、铅、铜、铁和铬6种痕量重金属元素.系统由一个电化学微电极阵列和两个光寻址电位传感器组成.其中微电极阵列由8×8个直径为10 μm的金微电极组成,采用方波阳极溶出伏安法实现锌、镉、铅和铜4种元素的快速检测.另外在硅基底的两个2 mm×2 mm的金膜表面,分别沉积铁离子和铬离子选择性薄膜,实现光寻址电位传感器,用来实时检测铁和铬2种元素.实验结果表明,本文方法具有所需样品少、操作方便、检测速度快以及灵敏度高等优点,检出限可达到微克/升级.     

含阵列电极的硅基电泳芯片微管道性能的表征和分析

以含阵列电极的SOI硅基芯片与PDMS盖片制成的复合电泳芯片为对象,研究芯片电泳过程中芯片微管道的特殊表面电化学性质.实验采用电流监测法,利用溶液探针测试体系来表征微管道的电绝缘性,由于工艺缺陷或芯片长时间使用引起的绝缘层不同程度的损坏,导致在充液管道中产生的10-500μA的基底电流,这又导致不同程度焦耳热,进而导致电渗流无法稳定和芯片电泳过程无法正常进行.实验提出通过优化硅-PDMS电泳芯片的结构设计来避免和减小基体电流,同时采用以导热硅酯为介质的散热器对硅片试验体系进行散热,进一步减小焦耳热的影响以获得稳定的电渗流.在此基础之上,实验测得硅-PDMS微管道中的电渗迁移率为3.9×10-4 cm2/V·s,伏安曲线显示5 mmol硼砂缓冲中最大施加电压为260 V/cm;采用本文提出的复合芯片系统,分离FITC标记的精氨酸和苯丙氨酸混合样品,分离度达到3.14,柱效分别达到18 000和25 000.     

测量压电式微压传感器灵敏度的新方法

研制了一套压电微压传感器的性能测量系统,它采用均匀声腔硅油介质中传播的声波作为压力源,标准传感器和被测传感器同时接收波动声压,比较两传感器的输出,测定被测传感器的灵敏度及频响.实验测试了3只压电式微压传感器,结果表明:传感器的灵敏度平均为3.0 mV/Pa,工作频率为20～2 000 Hz,灵敏度随频率波动小于0.5 mV/Pa,灵敏度重复偏差小于0.24 mV/Pa.     

细胞计数分析传感器芯片的研究

细胞计数分析在医疗和科学研究方面有着广泛的应用,本论文叙述了一种有效结合了微流控分析和细胞传感器技术,并能够进行细胞计数分析的传感器芯片.通过微加工技术制备的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)微通道,并将PDMS芯片键合在光寻址电位传感器(light-addressable potentiometric sensor,LAPS)的芯片表面,使其在硅基底上形成十字形、100 μm宽、30μm深的微流控通道,通过LAPS光生电流的传感测量,对重力驱动的大鼠血细胞进行了计数分析.该研究将微流控技术引入细胞传感器的研究,有利于后续通过细胞芯片实现细胞计数分析仪器的微型化和多功能化.     

TPMS硅基压阻式压力传感器的研制

:轮胎压力监测系统(TPMS)对压力传感器越来越大的市场需求使得这类传感器再次成为一个研究热点.商业领域对新一代压力传感器的要求是小尺寸、高性能、低价格,针对在30 μm厚度的硅杯方形薄膜上采用新型折线形状和位置的压敏电阻,设计并制作了一系列压阻式压力传感器.分析和讨论了膜的面积、电阻形状和位置等参数对压力传感器的灵敏度和线性度的影响.测试得到1000 kPa量程下边长为370μm的压力传感器灵敏度和线性度分别为15.5 mV/V·FS、0.012%/FS;边长为470μm的传感器的灵敏度和线性度分别为32.2 mV/V·FS、0.078%/FS,满足TPMS应用标准.这种器件体积小、成品率高,灵敏度和线性度均得到提高,也可用于医学、航空等其他领域.     

微米纳米学会推荐-基于电学修正多晶硅纳米薄膜的压力传感器

为了进一步提高多晶硅纳米薄膜压力传感器的性能,本文使用80nm厚度的多晶硅纳米薄膜作为压力传感器的压敏电阻,设计制作了一款压力传感器。压力传感器制备封装完毕后,利用电学修正技术使多晶硅纳米薄膜压敏电阻更精确地匹配。本文对压力传感器的制备流程进行了完整描述,在25℃至200℃的温度范围内,测试了压力传感器的性能。压力传感器的满量程为0.6MPa,在25℃和200℃时,灵敏度分别为22.19mV/V/MPa和18.30mV/V/MPa;在没有外界补偿的情况下,灵敏度的温度系数约为?0.10%/℃。在25℃和200℃时,失调分别是1.653mV和1.615mV, 失调的温度系数约为?0.013%/℃. 由于电学修正多晶硅纳米薄膜具有良好的压阻特性和温度稳定性,压力传感器表现出较好的性能。