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一种新型分离传感膜的制备及其血糖的动态监测

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化工学报 2023年第1期74卷 459-468页

作者：张静刘涛张伟储震宇金万勤南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室江苏南京211816 南京大学医学院附属鼓楼医院麻醉科江苏南京210008

血糖是临床手术中非常重要的生理指标之一,其不仅能灵敏反映术中患者的肾脏功能情况,还直接影响了术后愈合及生理康复。然而,现有的临床检测设备,如血糖仪、生化分析仪等,仅能间歇性反馈检测结果,难以实现术中病患血糖的动态监测。针对... 详细信息

血糖是临床手术中非常重要的生理指标之一,其不仅能灵敏反映术中患者的肾脏功能情况,还直接影响了术后愈合及生理康复。然而,现有的临床检测设备,如血糖仪、生化分析仪等,仅能间歇性反馈检测结果,难以实现术中病患血糖的动态监测。针对以上难题,提出将膜分离技术与生物传感技术相结合,构建可同步实现全血动态分离与血糖在线监测的分离传感膜。通过层层自组装法将普鲁士蓝(PB)纳米颗粒和金(Au)纳米颗粒原位共生长在钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷中空纤维膜上,探究了不同组装层数的PB/Au对分离传感膜的表面亲疏水性的影响,评估最佳制膜条件下的血浆分离效果与血糖电化学检测性能。结果表明,当PB/Au组装层数为60层时所得分离传感膜具有最佳的亲水性,且能完全截留住全血中的红细胞、白细胞及血小板。该分离传感膜对葡萄糖的检测灵敏度为0.876μA/(mmol/L),检测范围达到1~15 mmol/L,并能同步实现真实人血样本的动态分离与检测过程。

关键词：膜传感血液葡萄糖纳米材料

基于卡尔曼滤波算法的葡萄糖酶生物传感器高精度检测方法

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化工进展 2023年第6期42卷 3177-3186页

作者：秦凯杨仕林李俊储震宇薄翠梅南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211816

发酵过程关键底物葡萄糖的原位在线检测对提高发酵效率,实时评估发酵状态有着关键作用,目前传统离线检测存在操作复杂、误差大、滞后时间长等问题,难以满足发酵过程浓度反馈控制需求。针对发酵过程葡萄糖在线精准、宽范围检测问题,本文... 详细信息

发酵过程关键底物葡萄糖的原位在线检测对提高发酵效率,实时评估发酵状态有着关键作用,目前传统离线检测存在操作复杂、误差大、滞后时间长等问题,难以满足发酵过程浓度反馈控制需求。针对发酵过程葡萄糖在线精准、宽范围检测问题,本文基于自制葡萄糖酶生物传感器提出一种自适应卡尔曼滤波高精度检测方法。首先搭建检测模块,建立浓度响应特征方程进行定标,提出自动调整进样量策略实现宽范围浓度下的高精度检测。分析10-6级电流采集过程中噪声干扰特性,高浓度检测下结合移动平均滤波算法,分区段进一步提取噪声下的有效信号。基于自制在线检测仪器进行乙醇发酵实验,与商用检测仪器SENSEP进行对比,实验结果表明在宽范围浓度检测下(1~180g/L)误差均小于2%,实现了发酵过程中葡萄糖浓度的高精度检测。

关键词：原位在线检测发酵酶生物传感器自适应卡尔曼滤波宽范围高精度检测

基于新型酶电极的微生物发酵多组分在线检测流路控制系统

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高校化学工程学报 2022年第1期36卷 92-100页

作者：乔文杰薄翠梅蒋书波王轶卿李俊储震宇金万勤南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211816 南京工业大学材料化学工程国家重点实验室江苏南京211816

针对微生物发酵过程中多组分原位在线监测问题,基于普鲁士蓝(PB)纳米材料制备的新型酶生物传感电极,研究一种原位在线多通道检测流路控制系统。根据酶生物传感电极微电流响应特性,创新设计一种多通道泵阀协同作用流路控制系统,可有效降... 详细信息

针对微生物发酵过程中多组分原位在线监测问题,基于普鲁士蓝(PB)纳米材料制备的新型酶生物传感电极,研究一种原位在线多通道检测流路控制系统。根据酶生物传感电极微电流响应特性,创新设计一种多通道泵阀协同作用流路控制系统,可有效降低交叉污染,提高设备可靠性。根据流路检测逻辑时序要求,研制多组分检测过程移液针精准定位、微量精确进样、定标检测等软件程序模块。采用细分驱动电路控制步进电机,结合梯形加减速算法实现移液针的精准定位和微量精确进样,通过自主调节进样量和定标检测模块,实现多组分、宽范围、快速精确检测。实验结果表明该系统可实现葡萄糖、赖氨酸和乳酸等多组分浓度的宽范围检测,检测精度在2%以内,能够较好地满足微生物发酵多组分在线检测需求。

关键词：酶生物传感电极多组分在线检测流路控制系统加减速算法微量精确进样

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超宽范围的电化学酶生物传感器与检测技术

电子器件 2023年第6期46卷 1685-1690页

作者：王兴国王晓荣张拯民庞军储震宇南京工业大学电气工程与控制科学学院江苏南京211816 南京工业大学材料化学工程国家重点实验室江苏南京211816

目前,发酵工业因缺少高效在线检测手段,生产过程中不能及时跟踪底物或产物浓度变化,导致发酵效率低,污染排放严重。电化学酶生物传感器能够实现对生化反应中特定组分浓度的快速精确检测,已广泛应用于医疗行业。然而,该传感器检测范围过... 详细信息

目前,发酵工业因缺少高效在线检测手段,生产过程中不能及时跟踪底物或产物浓度变化,导致发酵效率低,污染排放严重。电化学酶生物传感器能够实现对生化反应中特定组分浓度的快速精确检测,已广泛应用于医疗行业。然而,该传感器检测范围过窄,在真实发酵体系中,需预先对样品进行稀释处理,仅能实现离线检测。为此,提出一种超宽范围的新型电化学酶生物传感器及检测方法。传感器采用三电极丝网印刷结构,工作电极为自制的规则普鲁士蓝纳米颗粒传感膜及生物酶,检测采用流动注射分析技术。测试表明,该传感器及检测系统对葡萄糖浓度的检测范围为0.5 g/L~120 g/L,测量误差在2%以内,测量周期<60 s,完全满足发酵工业在线检测要求。

关键词：酵工程超宽范围酶生物传感器葡萄糖检测

新型纳米传感薄膜材料在发酵组分检测中的研究进展

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化工进展 2019年第1期38卷 382-393页

作者：储震宇金万勤南京工业大学化工学院材料化学工程国家重点实验室江苏南京210009

发酵工业目前缺少组分浓度实时监控技术以实现精确过程调控,因此,发酵用生物传感器逐渐受到该领域的重视。本文将关注发酵用生物传感器的最新研究进展,特别综述新型纳米传感材料在发酵组分检测中的最新研究成果,介绍在不同的发酵体系中... 详细信息

发酵工业目前缺少组分浓度实时监控技术以实现精确过程调控,因此,发酵用生物传感器逐渐受到该领域的重视。本文将关注发酵用生物传感器的最新研究进展,特别综述新型纳米传感材料在发酵组分检测中的最新研究成果,介绍在不同的发酵体系中纳米材料的设计及合成策略,包括贵金属、金属氧化物、配位化合物、有机化合物及碳基等各类纳米材料,简述这些纳米材料在发酵传感中的检测机理以及所开发的生物传感器在不同真实发酵液中的检测性能,从检测灵敏度、工作电位、抗干扰能力等方面系统地评价各类纳米材料在发酵环境中使用的优势和不足,分析发酵体系专用生物传感器材料的发展方向,为研发出可实现"多组分"及"宽检测范围"的发酵组分浓度检测技术提供重要的参考及借鉴。

关键词：发酵化学分析过程控制纳米材料纳米结构

可见光催化降解有机污染物g-C_3N_4/TiO_2光催化剂的性能增强（英文）

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Chinese Journal of Chemical Engineering 2015年第8期23卷 1326-1334页

作者：宋改雪储震宇金万勤孙红旗 State Key Laboratory of Materials-Oriented Chemical Engineering Nanjing Tech University Department of Chemical Engineering Curtin University

Photocatalytic degradation is one of the most promising remediation technologies in terms of advanced oxidation processes(AOPs) for water treatment. In this study, novel graphitic carbon nitride/titanium dioxide(gC3N4/Ti O2) composites were synthesized by a facile sonication method. The physicochemical properties of the photocatalyst with different mass ratios of g-C3N4 to Ti O2 were investigated by X-ray diffraction(XRD), scanning electron microscope(SEM), transmission electron microscopy(TEM), N2 sorption, Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR), X-ray photoelectron spectroscopy(XPS), and UV–vis DRS. The photocatalytic performances were evaluated by degradation of methylene blue. It was found that g-C3N4/Ti O2 with a mass ratio of 1.5:1 exhibited the best degradation performance. Under UV, the degradation rate of g-C3N4/Ti O2 was 6.92 and 2.65 times higher than g-C3N4 and Ti O2, respectively. While under visible light, the enhancement factors became 9.27(to g-C3N4) and 7.03(to Ti O2). The improved photocatalytic activity was ascribed to the interfacial charge transfer between g-C3N4 and Ti O2. This work suggests that hybridization can produce promising solar materials for environmental remediation.

关键词： TiO2光催化剂光催化降解性能增强有机污染物傅里叶变换红外光谱 X射线光电子能谱扫描电子显微镜透射电子显微镜

自组装普鲁士蓝膜修饰丝网印刷电极构建高灵敏生物传感器

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南京工业大学学报（自然科学版） 2016年第4期38卷 39-45页

作者：彭京蒙储震宇石磊金万勤南京工业大学材料化学工程国家重点实验室江苏南京210009

在丝网印刷碳电极上,采用层层自组装法制备普鲁士蓝薄膜,同时基于戊二醛交联法在薄膜上固定葡萄糖氧化酶,从而构建一种高灵敏度、低成本的葡萄糖生物传感器。考察组装温度和层数对薄膜形貌的影响。在最佳组装条件35℃和40层下,获得了均... 详细信息

在丝网印刷碳电极上,采用层层自组装法制备普鲁士蓝薄膜,同时基于戊二醛交联法在薄膜上固定葡萄糖氧化酶,从而构建一种高灵敏度、低成本的葡萄糖生物传感器。考察组装温度和层数对薄膜形貌的影响。在最佳组装条件35℃和40层下,获得了均匀、连续分布的具有纳米立方颗粒结构的普鲁士蓝薄膜。普鲁士蓝立方结构有利于薄膜催化活性的提高,而戊二醛交联法可有效用于酶的固定并保持酶的活性,从而提高传感器的灵敏度和稳定性。在-0.05 V工作电位下,制备的传感器具有超高的灵敏度(111.834 m A/(mol·L-1·cm2)),宽的线性范围(0~1.2 mmol/L),低的检测极限(1μmol/L),同时具有优良的重复性、稳定性和抗干扰能力。本研究中,普鲁士蓝薄膜的制备及酶的固定简单易行,同时结合丝网印刷技术,可实现葡萄糖生物传感器的批量化制备,具有显著的应用前景。

关键词：丝网印刷电极自组装法普鲁士蓝戊二醛交联法电化学生物传感器

基于STM32和酶生物传感器的数据采集系统设计

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电子器件 2019年第6期42卷 1507-1510,1537页

作者：王永响王晓荣储震宇莫小凡南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816 南京工业大学材料化学工程国家重点实验室南京211816

为实现发酵工业过程监控以优化过程控制,基于酶生物传感器设计了多通道数据采集系统。系统使用STM32F407微处理器作为主控芯片,完成了电源、电机控制、信号调理、数据存储、RS485通信等模块的电路设计,给出了基于STM32CubeMX工具的软件... 详细信息

为实现发酵工业过程监控以优化过程控制,基于酶生物传感器设计了多通道数据采集系统。系统使用STM32F407微处理器作为主控芯片,完成了电源、电机控制、信号调理、数据存储、RS485通信等模块的电路设计,给出了基于STM32CubeMX工具的软件实现方案和基于STemWin工具的人机交互界面实现方案。通过滴定实验和样品实测,系统线性工作范围可达现有主流仪器的3倍~30倍,相对误差低于行业要求的2%,系统响应时间可降为5 s^6 s,能较好满足发酵行业过程监控及控制需求。

关键词：数据采集多通道软硬件设计工业发酵酶生物传感器 STM32CubeMX STemWin

纳米材料的规则化调控及其在生物传感中的应用

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纳米材料的规则化调控及其在生物传感中的应用