基于声表面波器件的多巴胺传感器

作     者：王晓丹 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨保和

授予年度：2018年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：声表面波 多巴胺传感器 质量负载效应 敏感膜 

摘      要：多巴胺在人类运动、情感、认知及神经内分泌的调节等方面均发挥重要作用。人体中多巴胺浓度偏离正常值和人类重大疾病有着密切的关系。所以研究一种简单有效的测试多巴胺浓度的方法对于许多疾病的预防和治疗具有重要的意义。本文采用聚赖氨酸-二氧化钛-镍复合敏感膜,设计制备了一种基于声表面波谐振器的多巴胺传感器,研究了聚赖氨酸-二氧化钛-镍复合敏感膜各成分对检测多巴胺协同作用,实现了对多巴胺的检测;并探索了聚赖氨酸-石墨烯作为敏感膜的声表面波多巴胺传感器。1、设计了聚赖氨酸-二氧化钛-镍复合敏感膜的声表面波多巴胺传感器。采用循环伏安法在声表面波谐振器上沉积聚赖氨酸-二氧化钛-镍复合敏感膜,表征了复合敏感膜各成分的形貌特征。在复合敏感膜结构中,聚赖氨酸具有大量的氨基和含氧基团,多巴胺具有羟基和氨基。利用电场作用使敏感膜吸附多巴胺时,二氧化钛纳米粒子表面存在大量含氧基团带有负电荷,其与带正电荷的多巴胺之间具有静电吸附作用,而二氧化钛和镍作为催化剂催化多巴胺的羧基化过程,羧基化的多巴胺与聚赖氨酸氨基之间的相互吸引;而镍纳米粒子夺取电子并把电子快速转移给电极,由此起到固定多巴胺分子的作用。同时,二氧化钛纳米粒子和镍纳米粒子因小尺寸效应贡献大的比表面积,由此增加对多巴胺的物理吸附量。使得传感器可以更灵敏地检测多巴胺浓度。2、设计测试多巴胺方案,用制备好的传感器对多巴胺进行测试,研究分析了影响多巴胺测试的因素。实现了多巴胺浓度10 mol/L的痕量检测。同时对影响多巴胺浓度检测的因素进行分析,包括敏感膜成分、溶液pH值、干扰物等,进行了多次重复实验减小不稳定因素造成的影响,并进行了长达半年多的稳定性测试。3、探究了聚赖氨酸-石墨烯复合敏感膜的声表面波多巴胺传感器。采用化学气相沉积(CVD)法制备花状石墨烯,对其进行表征。测试了多巴胺不同浓度下传感器的频率响应和频率偏移曲线,分析了聚赖氨酸-石墨烯复合敏感膜对检测多巴胺起到的作用。