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基于卷积神经网络的遥感图像水体提取

传感器与微系统 2022年第1期41卷 72-74,88页

作者：张铭飞高国伟胡敬芳宋钰北京信息科技大学传感器北京市重点实验室北京100101 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 传感器联合国家重点实验室中国科学院空天信息创新研究院北京100190

为解决基于遥感图像监测地表水资源变化的问题,在深度学习的框架下,基于卷积神经网络(CNN)提出了用于遥感图像水体提取的模型。利用网络爬虫的方式,搜集遥感图像,并通过随机裁剪、数据清洗等方式构建训练、验证和测试数据集。通过对低... 详细信息

为解决基于遥感图像监测地表水资源变化的问题,在深度学习的框架下,基于卷积神经网络(CNN)提出了用于遥感图像水体提取的模型。利用网络爬虫的方式,搜集遥感图像,并通过随机裁剪、数据清洗等方式构建训练、验证和测试数据集。通过对低层语义特征学习提取抽象的高层特征,基于提取的高层特征进行网络模型训练。实验结果表明:水体提取的精读准确率可高达96.28%,从而验证了所提模型对于遥感图像水体提取的可行性和有效性。

关键词：遥感识别卷积神经网络深度学习水体提取

居家诊断心肌梗死:基于适体的cTnI传感技术

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化学进展 2023年第8期35卷 1266-1274页

作者：徐志远高国伟李延生廖擎纬胡敬芳张学记北京信息科技大学传感器重点实验室北京100101 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 深圳大学生物医学工程学院深圳518060

心肌肌钙蛋白I(cTnI)是与急性心肌梗死(AMI)密切相关的生物标志物,被认为是诊断AMI的“金标准”。目前已有多种cTnI检测技术被开发,包括基于抗体和适体的检测方法。适体是一种能和靶标特异性结合的短的DNA或RNA序列,因其稳定性好、易合... 详细信息

心肌肌钙蛋白I(cTnI)是与急性心肌梗死(AMI)密切相关的生物标志物,被认为是诊断AMI的“金标准”。目前已有多种cTnI检测技术被开发,包括基于抗体和适体的检测方法。适体是一种能和靶标特异性结合的短的DNA或RNA序列,因其稳定性好、易合成和成本低等优点被用于cTnI检测平台的开发。本文根据信号转导方式,将cTnI检测法分为光学检测和电化学检测两大类,介绍了目前基于适体的cTnI传感技术研究进展,阐述了各类方法的检测原理、性能以及优缺点,对cTnI传感技术进行了总结并对其在居家检测中的发展进行了展望,希望为开发更灵敏、更便携的cTnI传感器提供借鉴和参考。

关键词：心肌肌钙蛋白I 适体居家检测电化学

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改进U-Net网络的遥感图像水质分割算法

遥感信息 2023年第4期38卷 137-143页

作者：赵晨曦宋钰胡敬芳李洋高国伟北京信息科技大学传感器北京市重点实验室北京100101 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 中国科学院空天信息创新研究院传感技术国家重点实验室北京100190

针对遥感图像中一般水体、黑臭水体以及富营养化水体形状不规则以及相似难以准确分割的问题,选取研究区创建富含3类水体的数据集,利用深度学习卷积网络模型对3类水体数据集进行训练与测试。根据测试效果分析提出基于改进U-Net网络的遥... 详细信息

针对遥感图像中一般水体、黑臭水体以及富营养化水体形状不规则以及相似难以准确分割的问题,选取研究区创建富含3类水体的数据集,利用深度学习卷积网络模型对3类水体数据集进行训练与测试。根据测试效果分析提出基于改进U-Net网络的遥感水质分割算法,改进卷积深度及在编码阶段输入层引入ASPP模块获取更加复杂的光谱信息,提高分割精度。实验表明,所提出的改进型U-Net分割算法能够显著提升水质分类的精确度和分割效果,从而实现一般、黑臭及富营养化水体的准确分类。

关键词：水质分割深度学习卷积网络分割精度三类水体河流占比

写字机器人绘制纸基微流控芯片便携检测Ca^(2+)

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分析测试学报 2022年第11期41卷 1607-1613页

作者：刘旭高国伟胡敬芳张开宇李延生北京信息科技大学传感器实验室北京100101 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感技术联合国家重点实验室上海200050

纸基微流控芯片是一种纸质基底芯片,具有性能优良、价格低廉的优势,然而其制备技术多依赖专业昂贵的设备,限制了纸基微流控芯片的发展。该文采用成本低廉的家用写字机器人,将具有敏感特性的智能水凝胶绘制在纸质基底材料上,得到具有水... 详细信息

纸基微流控芯片是一种纸质基底芯片,具有性能优良、价格低廉的优势,然而其制备技术多依赖专业昂贵的设备,限制了纸基微流控芯片的发展。该文采用成本低廉的家用写字机器人,将具有敏感特性的智能水凝胶绘制在纸质基底材料上,得到具有水凝胶阀门的纸基微流控芯片。以Ca^(2+)为模型靶标,该纸基微流控芯片能实现不同浓度(0.1~50 mmol/L)Ca^(2+)溶液的裸眼定量检测,并具有很好的易用性和重现性。同时采用ILX506 CCD传感器制作纸基微流控芯片的数字显示设备,以实现芯片测量结果的自动读取功能。该方法能快速便捷、低成本地制备多条纸基微流控芯片,为其普适化制备提供了新的研究思路,在发展中地区具有良好的推广前景。

关键词：纸基微流控芯片写字机器人水凝胶快速检测可视化定量检测

一种合页型纸基微流控芯片用于铅离子的裸眼定量检测

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中国科学：化学 2023年第5期53卷 853-860页

作者：韩文浩李延生高国伟胡敬芳宋钰张学记北京信息科技大学传感器重点实验室北京100101 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 深圳大学生物医学工程学院深圳518060

本文构建了一种结合DNA水凝胶的合页型纸基微流控芯片(HPMC),用于灵敏检测Pb^(2+).该芯片由DNA水凝胶敏感阀门和纸基毛细微通道两部分组成,水凝胶阀门在Pb^(2+)的作用下控制被测液进入毛细微通道的速度,通过肉眼读取被测液在一定时间内... 详细信息

本文构建了一种结合DNA水凝胶的合页型纸基微流控芯片(HPMC),用于灵敏检测Pb^(2+).该芯片由DNA水凝胶敏感阀门和纸基毛细微通道两部分组成,水凝胶阀门在Pb^(2+)的作用下控制被测液进入毛细微通道的速度,通过肉眼读取被测液在一定时间内流过毛细微通道的距离,无需外接设备即可实现Pb^(2+)的定量检测.该HPMC能实现不同浓度(1~500 nmol/L)Pb^(2+)溶液的裸眼定量检测,检测限为0.3 nmol/L.通过对化妆品中Pb^(2+)的定量检测证明了该装置的实用性,为现场检测Pb^(2+)提供了一个快速、便携、灵敏和高选择性的可视化平台.

关键词：铅离子 DNA水凝胶纸基微流控可视化检测

基于三维纳米银修饰电极的硝酸根微型传感芯片研究

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化学学报 2012年第3期70卷 291-296页

作者：胡敬芳孙楫舟边超佟建华李洋夏善红中国科学院电子学研究所传感技术国家重点实验室北京100080 中国科学院研究生院北京100080

研制一种基于金叉指微电极阵列(IDA)的电流型硝酸根离子(NO-3)微传感电极芯片.基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)工艺制备金IDA微电极,通过电化学沉积技术在IDA微电极表面修饰三维枝状结构纳米银敏感膜,利用敏感... 详细信息

研制一种基于金叉指微电极阵列(IDA)的电流型硝酸根离子(NO-3)微传感电极芯片.基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS)工艺制备金IDA微电极,通过电化学沉积技术在IDA微电极表面修饰三维枝状结构纳米银敏感膜,利用敏感膜对硝酸根离子良好的电催化还原性能,采用脉冲方波伏安(SWV)电化学测量方法,实现对硝酸根离子在25～1000μmol/L浓度范围内的快速检测,灵敏度达9.5 nA/(μmol/L),线性度为99.98%,检测下限为10μmol/L.考察水体中常见的NO-2,F-,3PO 4-,SO 42-,2CO3-,NH+4,Na+和K+等离子对该传感芯片的干扰性能,传感芯片表现出较好的抗干扰性能.制备的三维枝状结构纳米银修饰IDA微电极可实现水环境(pH 5.0～9.0)中NO-3的电化学检测,对应用于自然水环境中硝酸根离子的现场检测具有积极意义.

关键词：三维枝状纳米结构敏感膜叉指微电极阵列自然水环境硝酸根检测

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纸基微流控芯片及其水环境检测方法研究进展

中国造纸学报 2023年第3期38卷 133-143页

作者：王林哲胡敬芳杨洋春宋钰李延生高国伟北京信息科技大学自动化学院北京100192 北京信息科技大学传感器重点实验室北京100101 北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室北京100192 中国科学院上海微系统与信息技术研究所传感器联合国家重点实验室上海200050

我国水环境污染问题较为突出,发展水环境污染物快速检测方法,是目前及时有效治理水环境问题的迫切需要。近年来,纸基微流控芯片(Paper-based microfluidic analytical devices,µPAD)在环境监测领域得到快速发展,它具有成本低、制作简... 详细信息

我国水环境污染问题较为突出,发展水环境污染物快速检测方法,是目前及时有效治理水环境问题的迫切需要。近年来,纸基微流控芯片(Paper-based microfluidic analytical devices,µPAD)在环境监测领域得到快速发展,它具有成本低、制作简单、试剂消耗少、携带方便、环保等特点,符合世界卫生组织(WHO)制定的现场快速检测装置“ASSURED”标准。本文综述了µPAD及其水环境检测方法的研究进展,首先介绍了在提升纸基材料性能方面取得的研究成果,讨论了µPAD的制备方法及其改进方案,并总结了几种应用于µPAD流体运动控制技术,然后重点介绍了基于µPAD的水环境快速检测方法与传感器构建方法取得的研究进展,最后讨论了µPAD目前的局限性并展望了其发展前景。

关键词：纸基微流控芯片水环境污染快速检测

基于石墨烯纳米材料的水质Cr(Ⅵ)电化学传感器

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化工学报 2017年第12期68卷 4816-4823页

作者：李玥琪胡敬芳邹小平高国伟北京信息科技大学自动化学院北京100192 北京信息科技大学传感器重点实验室北京100101

针对我国水质重金属六价铬(Cr(Ⅵ))污染问题突出,提出了一种基于石墨烯纳米材料的水质Cr(Ⅵ)电化学传感器。采用电化学方法还原氧化石墨烯,构建石墨烯纳米材料修饰金电极(r GO/Au)。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)技术... 详细信息

针对我国水质重金属六价铬(Cr(Ⅵ))污染问题突出,提出了一种基于石墨烯纳米材料的水质Cr(Ⅵ)电化学传感器。采用电化学方法还原氧化石墨烯,构建石墨烯纳米材料修饰金电极(r GO/Au)。采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)技术表征了r GO/Au的表面形貌和结构;采用方波伏安法、循环伏安法和线性扫描伏安法等电化学方法研究了Cr(Ⅵ)在r GO/Au表面的直接电催化还原行为,优化了氧化石墨烯的电化学还原电位和还原时间,以及支持电解质pH、浓度和检测电位等实验参数;采用计时电流法,在无须预富集的条件下,考察了Cr(Ⅵ)浓度与r GO/Au响应电流之间的线性关系。实验结果表明,石墨烯纳米材料对Cr(Ⅵ)有明显的电催化还原活性,计时电流响应值与Cr(Ⅵ)浓度呈良好的线性关系,线性范围为5~2000μg·L-1,最低检测限为0.5μA·L-1(S/N≥3)。所制备的r GO/Au具有对常见其他重金属干扰离子(Cr(Ⅲ)、Ni(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)和Mn(Ⅱ))较好的抗干扰性能,11次连续测定后,响应值相对初始值下降幅度小于10%,表明该修饰电极具有较好的稳定性。本研究提出的电化学传感器具有检测方法简单、快速、环保以及可重复使用的优点,能够应用于水质重金属Cr(Ⅵ)的快速测定。

关键词：石墨烯纳米材料重金属Cr(Ⅵ) 电催化还原电化学传感器

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基于STM32的水质重金属监测系统设计

制造业自动化 2023年第7期45卷 15-21,30页

作者：刘耀辉胡敬芳宋钰李延生高国伟北京信息科技大学自动化学院北京100192 北京信息科技大学、传感器重点实验室北京100101 北京信息科技大学、现代测控技术教育部重点实验室北京100101 中国科学院上海微系统与信息技术研究所、传感器联合国家重点实验室上海200050

我国水质污染问题突出,严重影响了农作物的正常生长,尤其是重金属离子,会在农作物体内积累,进而影响人体健康。针对此问题,设计了一种基于STM32F103系列单片机的水质监测系统,该系统的硬件部分包括主控制器、前端数据采集模块和无线传... 详细信息

我国水质污染问题突出,严重影响了农作物的正常生长,尤其是重金属离子,会在农作物体内积累,进而影响人体健康。针对此问题,设计了一种基于STM32F103系列单片机的水质监测系统,该系统的硬件部分包括主控制器、前端数据采集模块和无线传输模块。主控制器选用STM32F103RCT6单片机,用于完成对各硬件模块的控制工作,前端数据采集模块用于数据的采集,无线传输模块选用的nRF24L01无线射频收发芯片,实现了数据传送到后端的作用。软件部分针对各硬件部分应用C语言完成了相应功能的程序设计,最终实现整个系统的数据采集、处理、传输。最后,对设计的检测系统进行了水质重金属Cr(VI)测试分析,检测结果与电化学分析仪CHI660E测试结果相比,平均相对误差小于12%,表明该系统的精度可以满足实际应用需求。

关键词：水质污染 STM32F103系列水质监测系统无线射频技术