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甲乙基化植物油对藻荧光法检测三嗪类除草剂阿特拉津、扑草净与特丁通生物毒性的增敏性能研究

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光谱学与光谱分析 2024年第6期44卷 1789-1800页

作者：杨瑞崔建升马小龙王合宇刘大喜王柳卜河北科技大学环境科学与工程学院河北石家庄050018 河北省污染防治生物技术实验室河北石家庄050018

为了提升藻叶绿素荧光对痕量三嗪类除草剂的检测效果,以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻为试验藻种,通过水样叶绿素荧光仪(WATER-PAM-WALZ)测量四个藻叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、NPQ和qP作为毒性评价指标,研究微藻对阿特... 详细信息

为了提升藻叶绿素荧光对痕量三嗪类除草剂的检测效果,以蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻为试验藻种,通过水样叶绿素荧光仪(WATER-PAM-WALZ)测量四个藻叶绿素荧光动力学参数Fv/Fm、Y(Ⅱ)、NPQ和qP作为毒性评价指标,研究微藻对阿特拉津、扑草净与特丁通三种三嗪类除草剂毒性的响应时间和甲乙基化植物油对藻荧光法检测除草剂生物毒性的增敏效果。实验结果显示:①蛋白核小球藻、铜绿微囊藻和斜生四链藻对三种除草剂的生物毒性最佳响应时间分别为20、10和10 min;增敏效果最显著时甲乙基化植物油浓度分别为0.25%、0.5%和0.25%。②斜生四链藻对三种除草剂的响应敏感性最高,而铜绿微囊藻对除草剂的适应性和抗性较强,在20μg·L^(-1)的扑草净暴露下,实验组斜生四链藻和蛋白核小球藻的Fv/Fm抑制率均达到23%,而铜绿微囊藻Fv/Fm抑制率只达到8%。③甲乙基化植物油的作用下,Y(Ⅱ)和NPQ对除草剂的毒性响应灵敏度最高。40μg·L^(-1)的扑草净对斜生四链藻Y(Ⅱ)抑制效果达到了56%,对Fv/Fm抑制率最高达到41%,是对照组的2.5倍,而除草剂浓度至200μg·L^(-1)时,三种藻类NPQ值均提升了1.5倍以上,参数值qP的响应程度受甲乙基化植物油的增敏效果较小。实验结果表明甲乙基化植物油扩大了除草剂与藻细胞的接触面积,增强了除草剂的渗透力,提升了藻荧光对除草剂的毒性响应,可降低除草剂的检出限值。研究中首次将甲乙基化植物油应用于藻荧光法检测三嗪类除草剂中,并且在甲乙基化植物油的作用下,藻荧光法表现出良好的检测效果,解决了某些情况下叶绿素参数响应不灵敏的问题,为快速、灵敏地检测环境中的痕量三嗪类除草剂的生物毒性提供了一种新的方法。

关键词：三嗪类除草剂藻类叶绿素荧光参数甲乙基化植物油灵敏度提升

上转换荧光超敏侧流试纸的开发及其核酸快速检测应用

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上转换荧光超敏侧流试纸的开发及其核酸快速检测应用

作者：马川西安工业大学

学位级别：硕士

传染性疾病主要源于病原体（如细菌、病毒、寄生虫等）感染,其易于扩散、高传染性对人类社会和个体健康构成重大威胁。为有效防治此类疾病,早期预防及后期康复监测均至关重要。核酸检测能分辨目标病原体的特异性遗传基因片段,具有无与... 详细信息

传染性疾病主要源于病原体（如细菌、病毒、寄生虫等）感染,其易于扩散、高传染性对人类社会和个体健康构成重大威胁。为有效防治此类疾病,早期预防及后期康复监测均至关重要。核酸检测能分辨目标病原体的特异性遗传基因片段,具有无与伦比的特异性,已被广泛用于传染性疾病的检测之中。然而,现有的传统核酸检测方式尽管灵敏度较高,却因耗时和依赖实验室条件而受限。而基于纳米探针的核酸检测技术作为一种快速、低成本的检测手段被广泛研究,但仍因灵敏度欠佳、分析目标物质种类有限的问题而无法在更多应用领域推广。考虑到上转换纳米颗粒（UCNPs）具有光子稳定性好、发射光谱窄、背景荧光低等特点,本文基于UCNPs构建超敏荧光探针,结合价格低廉、操作便利的侧流试纸平台以及便携式读取装置,开发具有超高灵敏度的核酸快速检测平台,针对传染性疾病目标物,建立了一系列快速、精准、便携的检测方法,主要研究内容如下:1)基于上转换荧光探针构建核酸检测侧流试纸平台。首先,采用高温合成技术制备UCNPS,调控合成参数以制备具有更高荧光强度的UCNPs。其次,采用配体交换法使用DSPE-PEG-COOH对制备UCNPs的进行表面改性,使其具备亲水性和用于修饰生物探针的基团;再次,通过缩合反应将氨基修饰的核酸探针偶联至UCNPs表面,构建UCNPs-核酸探针。最后,将UCNPs-核酸探针搭载至侧流试纸平台,实现病原体目标物核酸的检测。通过X射线衍射、透射电镜、荧光光谱和紫外光谱等表征手段,证明上转换颗粒的制备和修饰成功。通过标准样品的检测验证侧流试纸的检测性能。2)开发用于双目标物检测的上转换荧光侧流试纸。鉴于核酸探针能够分辨传统抗原-抗体技术无法识别的相似病原体,所制备UCNPs-核酸探针结合两条T线/共C线的侧流试纸结构,开发了双目标物检测平台。通过捕获能力、响应程度、分离系统等参数的优化,显著提高了检测灵敏度约610倍。所开发的检测平台双目标物检测的下限为0.9 p M（G2R＿WA）和1.2 p M（C3L）,检测上限均为25 n M,平均变异系数均小于15%,具有良好的稳定性和血清中良好的抗干扰性。已被用于两种不同分支的MPXV病毒临床样本检测,可实现10～3copies/μL的MPXV质粒检测。3)开发超高灵敏度的上转换荧光侧流试纸。为了满足更多检测领域的需求,仍需要进一步提高上转换荧光侧流试纸的检测灵敏度。拟基于荧光强度更强且比表面积更大的大粒径（500 nm）UCNPs,并通过空白探针的引入调节颗粒表面的核酸探针密度,显著提高荧光探针的光-生物信号响应程度,开发超敏探针。基于超敏探针构建的侧流试纸检测平台进一步提高了检测灵敏度约158倍,检测下限为0.0259 p M,检测上限为200 n M,平均变异系数小于15%,具有良好的稳定性。在临床样本的检测中仅需扩增30个循环即可实现10 copies/μL的检测灵敏度,较上一章结果具有显著提高。综上所述,本文制备了上转换荧光核酸探针并优化了其光-生物信号响应,结合侧流试纸平台的构建和优化实现了双目标物、超敏核酸检测。所开发的平台具有检测灵敏度高、耗时短、成本低等优势。通过这些研究有望克服现有侧流试纸平台难以实现多目标物检测、灵敏度低等缺陷,为基于上转换纳米颗粒即时检测技术的广泛应用奠定了基础,对传染性疾病的早期预防和愈后的实时监测起到了重要作用。

关键词：上转换纳米颗粒核酸检测侧流试纸灵敏度提升

基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术研究

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电工技术 2024年第8期 165-167页

作者：覃智贤李宝锋罗传胜廖英怀刘涛广西电网有限责任公司南宁供电局广西南宁530000

检测SF_(6)气体分解产物是判断SF_(6)电气设备运行状态的主要手段。对SF_(6)分解产物不同检测方法优缺点进行总结,并对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术现状进行分析。针对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测... 详细信息

检测SF_(6)气体分解产物是判断SF_(6)电气设备运行状态的主要手段。对SF_(6)分解产物不同检测方法优缺点进行总结,并对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测技术现状进行分析。针对基于气相色谱法的SF_(6)电气设备分解产物检测灵敏度不高的问题,提出提升灵敏度的方法。

关键词： SF_(6)电气设备分解产物检测气相色谱法灵敏度提升

含大容量分布式电源接入的配电网电流保护优化方案

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电网技术 2021年第5期45卷 1862-1868页

作者：袁智勇徐全徐刚雷金勇余锐林跃欢南方电网科学研究院广东省广州市510663 北京四方继保自动化股份有限公司北京市海淀区100085

大量的分布式电源接入配电网,改变了传统配电网单电源辐射型供电的形态,使得故障期间的电流特征发生改变,对传统的三段式电流保护产生不利影响,尤其是分布式电源的助增效应降低了阶段式电流保护的灵敏度。在考虑逆变型分布式电源(invert... 详细信息

大量的分布式电源接入配电网,改变了传统配电网单电源辐射型供电的形态,使得故障期间的电流特征发生改变,对传统的三段式电流保护产生不利影响,尤其是分布式电源的助增效应降低了阶段式电流保护的灵敏度。在考虑逆变型分布式电源(inverter interfaced distributed generator,IIDG)控制策略的基础上,通过仿真分析得出了大容量IIDG接入配网会造成上游保护故障电流减小进而导致限时电流速断保护(Ⅱ段)及定时限过流保护(Ⅲ段)灵敏度降低甚至不足的结论。为解决此问题,提出了一种利用IIDG实时运行参数调整上级线路电流Ⅱ段及Ⅲ段保护定值的保护灵敏度提升方案。最后通过MATLAB编程结合PSCAD仿真,验证了该方案可以有效提高含IIDG接入点上游电流保护Ⅱ段及Ⅲ段的灵敏度,优化提升阶段式电流保护性能。

关键词：配电网逆变器型分布式电源限时电流速断保护定时限过流保护实时整定灵敏度提升

基于AAO模板的氧化锌气体传感器孔径和氧化锌厚度效应研究

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基于AAO模板的氧化锌气体传感器孔径和氧化锌厚度效应研究

作者：胡华玉深圳大学

学位级别：硕士

近年来,随着人们环保意识的增强及对健康问题的持续关注,用于模拟人类嗅觉系统机制的气体传感器在人们的生产生活占据着十分重要的地位,并在室内气体检测、食品安全检测、工业安全管理及疾病诊断等方面应用广泛。半导体技术和集成电路... 详细信息

近年来,随着人们环保意识的增强及对健康问题的持续关注,用于模拟人类嗅觉系统机制的气体传感器在人们的生产生活占据着十分重要的地位,并在室内气体检测、食品安全检测、工业安全管理及疾病诊断等方面应用广泛。半导体技术和集成电路的不断发展使得高性能的气体传感器成为时代的需求。氧化锌因具有较高的导电性能、独特的物理化学性质、较低的成本及与标准CMOS工艺兼容等优点,使其成为优异的气敏材料。气体传感器的性能与气敏材料的识别能力、转换能力及有效利用率密切相关。人们通过各种办法来提高氧化锌气体传感的性能,如元素掺杂、改变结构等,而设计具有多孔结构、大比表面积的氧化锌材料是有效改善气体传感器性能的方法之一。阳极氧化铝(AAO)模板法制备出的纳米氧化锌气体传感具有较大的比表面积、丰富的表面活性位点、较高的气体扩散能力以及形状可控性对性能的提升具有重要作用。本文主要以基于AAO模板的三维多孔结构纳米氧化锌气体传感器灵敏度的提升为核心进行研究。论文在详细阐述氧化锌气体传感器的工作原理的基础上,采用了氧化锌物理参数和表面态先验模型,即inttrap模型,利用Silvaco半导体仿真软件研究了器件物理结构参数对性能的影响,具体包括孔径大小和氧化锌厚度两部分。仿真结果表明:利用AAO模板法制备出的三种不同孔径(孔径分别为500nm、700nm、900nm)的多孔纳米氧化锌气体传感器,它们具有相同的周期、厚度、深度、缺陷浓度,其中孔径最大的多孔纳米氧化锌气体传感器在室温下对二氧化氮气体灵敏度最高,通过仿真的I-V特性曲线计算得到的灵敏度分别为1.59、2.03、2.57。随着孔径的增大,整个结构的总电势增加,总电流密度分布更均匀,更利于载流子传输。同时,孔径增大使得其比表面积增加,孔径为500nm、700nm、900nm的气体传感器的比表面积分别为2.1μm-1,3.334μm-1,5.04μm-1。并通过实验验证,实验结果与仿真结果具有一致性。此外,AAO部分的氧化锌厚度比上下表面氧化锌厚度对灵敏度的影响相对更大,AAO部分和上下表面氧化锌厚度越小,灵敏度更高。因此,在实际器件制备的过程中,应尽可能将该气体传感器的孔径做得更大并将AAO部分氧化锌厚度做得更薄以获得更高的灵敏度。由于实际器件是由数以百万的孔组成,并且结构的深度更大,灵敏度实际值比仿真值会高很多。虽然仿真结果与实验结果无法做到完全对应,但是我们可以在研究参数对仿真结果影响的过程中,获得较为精确的制备工艺改进方向,并对材料性能的改善提升提供精确的指导。

关键词：氧化锌气体传感器阳极氧化铝模板法孔径大小氧化锌厚度灵敏度提升

BLE散射通信无源节点芯片模拟前端研究与设计

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BLE散射通信无源节点芯片模拟前端研究与设计

作者：齐毅璇西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着物联网技术的迅速发展,无源标签节点向智能移动设备通信逐渐成为无源物联网技术未来主要研究方向。本文针对实现无源标签向移动设备通信的问题,在低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)反向散射技术与传统RFID双基地通信系统结构基础上... 详细信息

随着物联网技术的迅速发展,无源标签节点向智能移动设备通信逐渐成为无源物联网技术未来主要研究方向。本文针对实现无源标签向移动设备通信的问题,在低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)反向散射技术与传统RFID双基地通信系统结构基础上,采用922.5MHz载波供能,2.4GHz载波反向散射上行数据的系统架构,设计了采用外部时钟获取的无源BLE标反向散射签芯片模拟前端电路。本文解决了BLE反向散射标签无源集成化的问题,实现了无源标签向智能移动设备通信的功能。本文在针对BLE反向散射原理进行分析后,为解决传统低功耗片上时钟精度无法满足BLE反向散射要求的问题,提出了一种外部时钟获取的系统方法,通过922.5MHz载波调制时钟信号的方式,由标签芯片内部解调获得精准的时钟信号,提供数字基带工作以及BLE反向散射调制。本文还提出了一种基于上述系统灵敏度提升的方法,减少载波因调制损失的能量,通过降低时钟频率,提高时钟占空比的方式,提高载波能量密度,增加系统灵敏度,获取到降频时钟后再通过倍频获得所需时钟频率。为实现系统电路功能,本文完成了低功耗时钟获取电路和低功耗锁相环电路的设计。时钟获取电路采用新型差分包络检波电路,增加能量利用效率,提高解调灵敏度;设计均值检测电路用于解调浅调制信号,通过迟滞比较器输出时钟信号。对于低功耗锁相环电路,通过对电荷泵和压控振荡器进行低功耗设计,减少因增加锁相环功耗对灵敏度的影响。通过仿真,时钟获取电路可以获取2MHz和0.5MHz时钟信号,功耗分别为1.42μA和1.01μA;低功耗锁相环电路可将0.5MHz时钟倍频至2MHz,功耗为1.02μA。此外,本文完成了电源管理电路和传感电路的低功耗设计。电源管理电路主要包括整流电路、基准电路和LDO电路。整流电路在110kΩ负载条件下,输出1.1V时,灵敏度可达-16.4d Bm。基准电路和LDO电路正常工作时,总静态电流为1.02μA。体温传感电路为本文基于双振荡器结构温度传感器进行改进,引入温度系数放大电路,提高测温分辨率,减少测温时间。经过仿真,测量温度最小分辨率为0.009℃,最大量化误差为0.053℃,功耗仅1.9μA。最后本文对两种系统进行仿真对比,对于外部时钟获取方法,其整体电路功耗为10.94μA,模拟前端功耗为6.74μA,系统最大灵敏度为-13.3d Bm,满足设计要求。对于提高系统灵敏度方法,其整体电路功耗为11.55μA,模拟前端功耗为7.35μA,系统最大灵敏度为-15.4d Bm,灵敏度提升约2.1d Bm,该方法具有显著的灵敏度提升效果。通过测试,两系统模拟前端电路各项功能正确,其中外部时钟获取系统整体功耗为11.3μA,能量灵敏度为-12.1d Bm。提高灵敏度系统整体功耗为11.9μA,能量灵敏度为-14d Bm,灵敏度提升1.9d Bm,测试结果与仿真一致。标签在2.4GHz发射源功率为20d Bm,与标签距离0.5m的情况下,实现了12.9m的通信接受距离,实现了标签向移动设备的通信,反向散射标签通信数据每比特能量消耗仅有2.64p J/bit。

关键词：低功耗蓝牙反向散射技术模拟前端外部时钟获取灵敏度提升锁相环体温传感电路

上转换荧光探针表面探针密度对其结合能力的影响研究

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上转换荧光探针表面探针密度对其结合能力的影响研究

作者：杜志国西安工业大学

学位级别：硕士

C反应蛋白(CRP)是一种具有炎症标志物的蛋白,通常在机体受到细菌或病毒感染时产生。早期检测CRP有助于提高感染性疾病的诊断和治疗,而超敏CRP检测则可作为冠心病、心脏病和中风等心血管疾病的风险因素之一。因此,在日常生活中,早期高灵... 详细信息

C反应蛋白(CRP)是一种具有炎症标志物的蛋白,通常在机体受到细菌或病毒感染时产生。早期检测CRP有助于提高感染性疾病的诊断和治疗,而超敏CRP检测则可作为冠心病、心脏病和中风等心血管疾病的风险因素之一。因此,在日常生活中,早期高灵敏的CRP检测是对预防慢性疾病感染具有重要意义。然而,常规的临床检测方法耗时、成本高、依赖实验室条件,极大地限制了患者早期检测的积极性。若能基于高特异性和结果可视化的荧光探针开发出即时检测技术,具备检测速度快、操作简单、便携式和成本低廉等优势,则有望解决传统检测技术的缺陷。然而,由于传统的荧光探针存在的检测信号低和背景荧光干扰等问题,会导致检测信噪比降低,降低了检测信噪比,从而限制了该技术在超敏C反应蛋白(hs CRP)检测中的应用。本论文采用具有独特上转换发光机制的上转换纳米颗粒(UCNPs)作为荧光信号,并通过表面改性和生物功能化构建具有特异性捕获CRP的上转换荧光探针,并将上转换荧光探针搭建在易操作,易携带,速度快,成本低的侧流试纸(LFA)平台上。通过优化上转换纳米颗粒的荧光强度和上转换纳米颗粒表面的探针密度实现荧光信号对生物信号响应程度的放大,从而实现hs CRP的检测。主要研究内容和研究结果如下:(1)采用高温热分解法,通过探究掺杂离子浓度和保温时长工艺参数,成功制备了四种不同荧光强度的UCNPs,并通过,将油溶性的上转换颗粒包裹-COOH基团使其具有亲水性,随后,利用anti-CRP Ab 8#探针的-NH与上转换颗粒颗粒上的-COOH发生缩合反应,构建上转换荧光生物探针。最终,制备出四种具有荧光梯度,且荧光稳定,寿命长,可以特异性捕获CRP的上转换荧光生物探针。(2)利用上转换荧光生物探针搭建侧流试纸即时检测平台(UCNPs-LFA)。首先将上转换荧光生物探针,喷敷在结合垫上;其次,将捕获探针和控制探针固定在NC膜上,最后,粘贴样本垫和吸水垫,通过优化体系参数成功构建出一个可以15min特异性检测CPR浓度的UCNPs-LFA检测平台。(3)系统的探究了UCNPs荧光强度和表面探针密度调控对UCNP-LFA平台检测灵敏的提升的影响。通过调控荧光探针强度,将UCNPs的尺寸从50 nm调整到500 nm,可使UCNPs-LFA的灵敏度提高近4倍(50 nm UCNPs LOD:0.852 ng/m L;500 nm LOD:0.247 ng/m L),证实了提升荧光探针强度可以提升检测灵敏度的理论。虽然UCNP粒径的增大会提升荧光强度,但其表面的修饰位点也会随着粒径的增大而增多,然而过多的探针会降低荧光信号与样品浓度之间的响应,从而降低检测灵敏度。因此,可以通过调控anti-CRP Ab 8#和空白探针(BSA)在UCNPs表面的占比为:90%、70%、50%、30%和10%,实现UCNPs表面探针密度的调控。通过实验发现随着表面探针密度的减小,UCNPs-LFA可以检测更低浓度的CRP,实现荧光信号对生物信号响应的放大。证实了anti-CRP Ab 8#在UCNPs表面分布的越分散,其结合CRP的能力越强。(4)通过优化UCNPs探针浓度和读取装置,将优化后的UCNPs-LFA检测平台与国产台式荧光分析仪集成,实现了该平台具有高性能的即时检测的能力。优化后的UCNP s-LFA检测平台对CRP的检测灵敏度提高近20倍,检出限为0.046 ng/m L,检测范围为0.2-300 ng/m L。将该平台应用于临床血清样品中CRP的检测,检测结果与临床试验一致,验证了其临床实用性。此外,该优化方法也有望优化其他基于纳米颗粒的生物探针,以获得更广泛的即时检测应用。该研究为医生和患者提供了一种快速、方便、低成本和多种用途的检测手段。

关键词： CRP检测侧流试纸上转换颗粒灵敏度提升生物探针优化