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基于Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜修饰玻碳电极的一氧化氮生物医学传感

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分析科学学报 2021年第4期37卷 559-564页

作者：吴颖杨宁金剑朱春楠郑冬云武汉市第一医院湖北武汉430074 中南民族大学生物医学工程学院湖北武汉430074 中南民族大学脑认知国家民委重点实验室湖北武汉430074 医学信息分析及肿瘤诊疗湖北省重点实验室湖北武汉430074

通过简单可控的滴涂成膜法和电聚合法,将Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜固定于玻碳电极表面,构建了一种新型NO生物医学传感界面。电化学表征表明,纳米复合膜对于NO的电化学氧化具有良好的催化效应。借助于电子扫描显微镜技术和电化... 详细信息

通过简单可控的滴涂成膜法和电聚合法,将Nafion-聚苋菜红-石墨烯纳米复合膜固定于玻碳电极表面,构建了一种新型NO生物医学传感界面。电化学表征表明,纳米复合膜对于NO的电化学氧化具有良好的催化效应。借助于电子扫描显微镜技术和电化学交流阻抗技术对纳米复合膜的电催化机理进行了探讨,并对传感器的性能进行了考察。结果表明,该传感器具有较宽的线性范围(1.0×10^(-7)~5.1×10^(-4) mol/L),检出限低至1.8×10^(-8) mol/L。方法具有重现性好、稳定性好、灵敏度高以及抗干扰能力强等优点。将该传感器应用于小鼠母瘤神经细胞释放NO的监测,取得了令人满意的结果。

关键词：聚苋菜红石墨烯纳米复合膜一氧化氮生物医学传感

金纳米粒子及其复合物在同型半胱氨酸生物医学传感中的应用

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金纳米粒子及其复合物在同型半胱氨酸生物医学传感中的应用

作者：张靖芳中南民族大学

学位级别：硕士

同型半胱氨酸（Hcy SH）,化学名为2-氨基-4-巯基丁酸,分子结构中含有巯基,是人体非必需氨基酸。人体内的Hcy SH主要来源于甲硫氨酸与半胱氨酸的新陈代谢。健康人体内,Hcy SH的浓度较低,原因在于含有甲硫氨酸的食品原料通过同型半胱氨酸... 详细信息

同型半胱氨酸（Hcy SH）,化学名为2-氨基-4-巯基丁酸,分子结构中含有巯基,是人体非必需氨基酸。人体内的Hcy SH主要来源于甲硫氨酸与半胱氨酸的新陈代谢。健康人体内,Hcy SH的浓度较低,原因在于含有甲硫氨酸的食品原料通过同型半胱氨酸转化为半胱氨酸,Hcy SH的甲基化反应可以得到甲硫氨酸。但当Hcy SH的代谢过程受到原发性或继发性原因影响时,上述反应在Hcy SH停止,它既不能向半胱氨酸也不能向甲硫氨酸转化,其浓度堆积升高,这种现象被称为高同型半胱氨酸血症,会造成多种体内损伤,如:血管内壁细胞损伤,刺激血管平滑肌细胞增殖,引发脂代谢异常,是血栓和心梗形成的罪魁祸首。从人体健康角度分析,Hcy SH是一项重要指标。因此,对Hcy SH的高灵敏、快速、准确检测将可以为临床上相关疾病的诊断提供重要的辅助信息。截止目前,科学家已研发出多种Hcy SH测定方法,其中最引人注目的是生物医学传感法,因该方法具有优异的选择性和可靠性,且操作简单、成本低、不需要复杂的前处理过程。纳米材料因其具有纳米级微粒和固体的基本特征,而呈现许多独树一帜的物理和化学性质,在生物医学传感领域已被广泛用于敏感功能材料的研发。在本论文中,利用敏感材料:金纳米颗粒、碳纳米材料（石墨烯、乙炔黑）,制备和设计同型半胱氨酸生物医学传感器,研究讨论了其各项性能指标,以及在血清样品中的应用,简要概括如下:1.基于金纳米粒子修饰玻碳电极的同型半胱氨酸生物医学传感:在玻碳电极表面,通过循环伏安扫描的方式电沉积金纳米粒子,形成均匀稳定的亮黄色薄膜。由于金纳米粒子良好的组织、血液相容性,较高的表面化学活性和催化活性,导电性,以及金纳米粒子与同型半胱氨酸结构中的巯基之间具有良好的亲和作用,使得该传感器对同型半胱氨酸的检测性能较好。2.基于金纳米粒子/乙炔黑-双十六烷基磷酸修饰玻碳电极的同型半胱氨酸生物医学传感:将金纳米粒子电沉积到乙炔黑-双十六烷基磷酸（DHP）修饰的玻碳电极表面,制得了一种基于金纳米粒子/乙炔黑-双十六烷基磷酸复合膜的同型半胱氨酸生物医学传感器。乙炔黑较大的比表面积、较强的吸附能力与金纳米粒子良好的导电性、较强的配位能力相结合,使Hcy SH在传感器上的过电位略微降低,促进修饰电极与Hcy SH之间更快的电子转移,为Hcy SH在较低过电位下更好的生物医学传感铺平道路。采用扫描电镜技术和电化学技术,对金纳米粒子/乙炔黑-双十六烷基磷酸修饰玻碳电极进行表征,并讨论了所制备的修饰电极在Hcy SH氧化过程中的催化机理,取得了令人满意的效果。3.基于金纳米粒子修饰石墨烯碳糊电极的同型半胱氨酸生物医学传感:自制了一种石墨烯碳糊电极,通过电沉积的方式,将金纳米粒子修饰到石墨烯碳糊电极表面,制备出一种新型的同型半胱氨酸生物医学传感器。电化学扫描电子显微镜技术表征表明,在金纳米粒子-石墨烯复合膜电极表面上,可以观察到大量的金纳米颗粒,整个电极表面呈现疏松多孔的结构,这种结构有利于将同型半胱氨酸富集到电极表面,从而有效提高同型半胱氨酸生物医学传感器的灵敏度。金纳米粒子和石墨烯的良好导电性则有利于加快同型半胱氨酸与电极之间的电子传递,从而缩短传感器的响应时间。此外,利用标准加入法测得该传感器测定血清样品中同型半胱氨酸的平均回收率为97.3%,证明该方法具有良好的准确度。简言之,本论文构建了三种基于金纳米粒子及其复合物的同型半胱氨酸生物医学传感界面。第一种基于金纳米粒子修饰玻碳电极传感界面的构建,操作简单可控,但对同型半胱氨酸检测的灵敏度有待提高,因此在第二种传感界面的构建过程中引入了另外一种纳米材料——乙炔黑,较之单纯的金纳米粒子,金纳米粒子-乙炔黑纳米复合膜展现出了更优良的催化性能,在一定程度上提高了传感器的灵敏度,但作为碳纳米材料的乙炔黑,在修饰到电极表面之前,需经过较复杂的功能化及溶剂分散过程,为避免这一繁琐的操作,研发了第三种纳米传感界面,该传感界面的构建过程中,碳纳米材料石墨烯未经任何处理直接使用,在很大程度上简化了操作,节约了时间,同时为同型半胱氨酸生物医学传感器的微型化提供了基础。

关键词：同型半胱氨酸金纳米粒子石墨烯乙炔黑生物医学传感

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金纳米棒自组装的研究进展与未来展望

传感器与微系统 2022年第8期41卷 1-5,15页

作者：方英王康锐黄承洪重庆科技学院化学化工学院重庆401331

金纳米棒(GNRs)由于其独特的光学和电学性质而备受关注,这些性质取决于其形状、大小和长径比,通过有序的自组装,具有特殊形态的GNRs将表现出更优异的功能化应用。以驱动GNRs自组装的作用力角度出发,综述了过去十几年在GNRs的可控组装方... 详细信息

金纳米棒(GNRs)由于其独特的光学和电学性质而备受关注,这些性质取决于其形状、大小和长径比,通过有序的自组装,具有特殊形态的GNRs将表现出更优异的功能化应用。以驱动GNRs自组装的作用力角度出发,综述了过去十几年在GNRs的可控组装方面取得的重大进展,这些经自组装后的纳米材料表现出了更丰富的形态和更优异的光电特性,使其更适用于各种分析物的传感及纳米材料科学领域。

关键词：金纳米棒自组装技术表面增强拉曼散射生物医学传感

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人体器官芯片构建的研究进展

科学通报 2023年第36期68卷 4954-4967页

作者：曾易顾忠泽东南大学数字医学工程全国重点实验室生物科学与医学工程学院南京210096

人体器官芯片通过在微流体芯片上构建微缩组织或器官来模拟人体组织或器官的结构、功能及微环境.人体器官芯片研究的提出,为药物临床前试验中动物模型的低通量、高花费、跨物种差异、重现性差等问题提供了解决方案,或将成为下一代通用... 详细信息

人体器官芯片通过在微流体芯片上构建微缩组织或器官来模拟人体组织或器官的结构、功能及微环境.人体器官芯片研究的提出,为药物临床前试验中动物模型的低通量、高花费、跨物种差异、重现性差等问题提供了解决方案,或将成为下一代通用体外评价模型.本文综述了人体器官芯片的类型与特征,总结了人体器官芯片构建的普遍设计思路,并从细胞、芯片材料与加工、微环境构建与器官芯片测量几方面对器官芯片的构建进行技术拆解,最后讨论了目前器官芯片研究所面临的挑战与机遇.

关键词：器官芯片微流体芯片微环境构建生物医学传感

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腔增强吸收光谱技术研究与应用进展(特邀)

光子学报 2023年第3期52卷 17-35页

作者：超星胡臻朱宁清华大学能源与动力工程系北京100084

腔增强吸收光谱技术(CEAS)具有测量精度高、响应时间快、空间占用少等优势,在痕量气体检测与精密光谱测量中发挥了重要作用。本文结合计算与实验结果,阐明了腔增强技术对信号增强的共性原理及实验测量吸收系数的方法,进而介绍了几种具... 详细信息

腔增强吸收光谱技术(CEAS)具有测量精度高、响应时间快、空间占用少等优势,在痕量气体检测与精密光谱测量中发挥了重要作用。本文结合计算与实验结果,阐明了腔增强技术对信号增强的共性原理及实验测量吸收系数的方法,进而介绍了几种具有代表性的腔增强吸收光谱技术,包括:相干光CEAS技术、非相干光CEAS技术及光梳相干宽带CEAS技术等。以此为基础对腔增强吸收光谱技术在大气污染检测、生物医疗传感、化学反应动力学诊断等方面的应用进行综述。最后对腔增强吸收光谱技术的未来发展进行了展望。

关键词：光学谐振腔增强腔增强吸收光谱技术痕量气体检测光谱测量大气组分传感生物医学传感化学反应动力学组分诊断

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基于微流控的自组装SERS芯片研究

基于微流控的自组装SERS芯片研究

作者：王桂林电子科技大学

学位级别：硕士

本论文主要研究了基于微流控的自组装表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)芯片。SERS技术是一种强有力的表面检测分析工具,可应用于生物医学传感。而微流控技术可以用来处理待测样本,两种技术的结合使SERS的应用... 详细信息

本论文主要研究了基于微流控的自组装表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)芯片。SERS技术是一种强有力的表面检测分析工具,可应用于生物医学传感。而微流控技术可以用来处理待测样本,两种技术的结合使SERS的应用更加广泛。本文中使用化学自组装的方式,成功地制备出具有低检测限的SERS基底,同时与可以分离血细胞的微流控芯片结合,成果应用于癌症患者的血液检测。首先,本论文基于法诺共振(Fano resonence)机制提出了一种金纳米颗粒-介质层-金膜三明治结构,通过有限元仿真对此结构进行仿真,得到了金纳米颗粒-介质层-金膜三明治结构的吸收截面和散射截面、以及电磁场分布图。此外,本论文还详细介绍Fano共振的产生原理和调控机制。通过改变金纳米颗粒-介质层-金膜三明治结构的参数来调控Fano谷的位置,当Fano谷的位置最接近785 nm时,此时激发出的SERS信号强度是最强的。对Fano共振效果影响最大是金纳米颗粒-金膜之间的间距和金纳米颗粒的直径尺寸。通过仿真初步得到金纳米颗粒的最佳尺寸以及最佳球膜间距。其次,根据有限元仿真的结果,本文设计了一种简易的SERS基底制备方法。通过使用生物素-链酶亲和素链接化学官能团修饰的方式,本文在镀金的薄膜上自组装形成单层紧密分布排列的金纳米颗粒。此外,通过控制聚乙二醇分子量大小调整金膜与金纳米颗粒的间距,SERS基底最终具有良好的均一性。当拉曼激光为785nm时,SERS基底对4-氨基苯硫酚(4-ATP)的拉曼信号增强效果较好。最后,本论文设计了一种可以分离血液中的血细胞的微流控芯片,该芯片可以对微量待测物进行高通量、快速、无损的检测分析。通过光刻法和塑模法制备出PDMS微流控通道,并将SERS基底固定在微流控通道中,本文可以实现同一样本的血液与血浆同时检测。实验表明,该微流控SERS芯片可以从血液分离出血细胞,并检测分离后的得到的血浆,在体外诊断(in vitro diagnosis,IVD)方面有较好的前景。

关键词：微流控自组装生物医学传感表面增强拉曼散射(SERS)

基于光纤布拉格光栅和法—珀传感器的人体健康参数测量方法研究

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基于光纤布拉格光栅和法—珀传感器的人体健康参数测量方法研究

作者：祁乐融中北大学

学位级别：硕士

人体健康参数的检测对于评估人体健康状况、及早发现健康隐患有重要意义,是疾病发现、控制和治疗的前提。光纤传感器由于其体积小重量轻、可弯曲、对电磁绝缘等特性,在生物医学传感方面具有无可比拟的优势。本文使用两种光纤传感器——... 详细信息

人体健康参数的检测对于评估人体健康状况、及早发现健康隐患有重要意义,是疾病发现、控制和治疗的前提。光纤传感器由于其体积小重量轻、可弯曲、对电磁绝缘等特性,在生物医学传感方面具有无可比拟的优势。本文使用两种光纤传感器——光纤布拉格光栅传感器和光纤法-珀传感器对人体健康参数测量技术进行研究。对光纤传感器和其他类型生物医学传感器进行了介绍,重点讨论光纤布拉格光栅传感的原理和光纤法-珀传感器的传感原理。设计光纤布拉格光栅传感器对骨骼受力形变程度进行检测。为了准确获取测量数据,首先对光纤布拉格光栅传感器进行标定,通过标定实验获取了光纤所在位置形变程度和光栅反射峰中心波长之间的关系式。搭建光纤布拉格光栅骨骼受力形变测试系统,对骨骼受力时的形变情况进行检测,实验证明光纤布拉格光栅传感器可以准确地检测骨骼的形变程度,灵敏度可达39.00525pm/mm。用光纤熔接机和气压泵,以单模光纤和玻璃管为材料,制作了一种光纤端面微型法-珀传感器,制作过程简单高效,微型传感腔结构紧凑,壁厚仅为几微米。在人体典型幅值范围内对其进行压强测试,实验表明压强增大时光谱向波长更长、频率更低的方向移动,压强测试灵敏度达到0.3pm/mmHg。制作了腔长不同的两个光纤端面微型法-珀传感器,使用二甲基硅油将两个传感器封装在一个结构里并进行温度传感实验,实验显示:两个传感器都能较好的反映温度变化,其中腔长较短的传感器灵敏度为55.615pm/℃,腔长较长的传感器灵敏度为43.55pm/℃。对比可知,腔长较短的传感器光谱更平滑、相位周期更长,实验证明腔长较短的传感器在灵敏度方面有更好的表现。本文提出了一种二氧化硅材质的光纤端面微型法-珀传感器,此种传感器生产成本低、机械强度大,在人体典型幅值范围内的压强、温度灵敏度良好,可被应用于人体健康参数的检测。

关键词：光纤布拉格光栅光纤法-珀传感器生物医学传感健康参数检测

用于在体测定的复合针型固态氧电极的研制及应用

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传感器技术 1997年第3期16卷 49-51,53页

作者：苗文方李建宇郭义张艳军王秀云徐汤苹张春煦天津中医学院中药系天津300193 南开大学

复合针型固态氧电极具有体积小、强度大的特点．灵敏度为0．1kPa，线性范围0.1-20kPa，响应时间t0.9＜1．5min.适于在体连续、跟踪测定活体组织深部的氧分压．

关键词：复合针型固态氧电极在体活体生物医学传感