基于纳米金修饰的两种无汞型重金属微传感器的对比研究

采用微加工技术制备了集成有工作电极和对电极的两种重金属微传感电极芯片,工作电极表面采用电沉积法修饰纳米金(Gold nanoparticles,GNPs),由半胱氨酸(L-cysteine,Cys)和天冬氨酸(L-aspartic acid,Asp)修饰制备Asp/Cys/GNPs/微传感电极芯片,并利用原位镀锡膜(Sn film)的方法,制成Sn/GNPs/微传感电极芯片。采用方波伏安法和方波溶出伏安法考察了两种微传感电极芯片对重金属离子Cu2+,Pb2+和Zn2+的响应特性。Asp/Cys/GNPs/微传感电极芯片可有效识别Cu2+和Pb2+,线性范围为5～2000μg/L,检出限为1μg/L;Sn/GNPs/微传感电极芯片可有效识别Cu2+,Pb2+和Zn2+,线性检测范围分别为5～500μg/L,5～500μg/L和10～500μg/L,检出限分别为2,3和5μg/L。相比而言,Asp/Cys/GNPs/微传感电极芯片具有较宽的检测范围,而Sn/AuNPs/微传感电极芯片具有较高的灵敏度,两种传感器绿色环保、制备简单、更新简便、易于集成,在水质在线监测方面具有应用前景。     

电位无标型糖化血红蛋白免疫微传感器

研制了基于标准CMOS工艺和微加工技术的电位无标型免疫微传感器,可实现糖化血红蛋白浓度与血红蛋白浓度的简便检测。该微传感器包括含有信号读出电路的场效应型微传感集成芯片和一次性测试试条。微传感集成芯片由本实验室设计并经新加坡Chartered半导体公司流片制备。一次性测试试条采用微加工技术制备于柔性塑料片上,包括敏感电极阵列和三维微结构测量池。基于自组装单层膜并引入纳米金颗粒的方法,在测试试条电极表面固定抗体。采用循环伏安法和交流阻抗法对电极表面的修饰过程进行了测试和分析。该传感器对糖化血红蛋白和血红蛋白检测的线性范围分别为4～24mg/L和60～180mg/L。     

微尺度薄膜热导率测试技术

随着器件尺寸进入到微／纳米尺度，其热物性与体材料相比有了很大差别。在器件热性能和可靠性研究过程中，对热导率的测量成为了关键技术之一。本文概述了SiO2、SiNx、金刚石等薄膜在微小型器件中的用途及其热导率测试技术的发展，并进一步总结了用于薄膜热导率测量的常用方法。     

纳米氧化锡修饰的微催化燃烧式氢气传感器的研制

研制了一种基于多孔纳米氧化锡(SnO₂)催化剂的微催化燃烧式气体传感芯片(Pellistor). 基于微机电系统(Micro- Electro-Mechanical Systems, MEMS)工艺制备硅基封闭膜式微催化燃烧式传感器, 通过气相沉积技术在Pt微加热电极和高温绝缘层表面制备三维纳米氧化锡催化膜, 利用催化膜对氢气良好的催化特性, 采用惠斯通电桥电路进行测量, 实现对空气环境中氢气在0～4%浓度范围内的快速检测, 响应时间和恢复时间分别达到0.65 s和2.32 s, 灵敏度达75.4 mV/1% H₂, 线性度为99.4%. 考察200 天内该传感芯片对氢气的检测能力, 传感芯片表现出良好的稳定性, 精确度保持在95%以上. 在绝缘层高温性能稳定的条件下, 将三维纳米氧化锡应用于微催化燃烧式传感器的氢气检测, 对催化燃烧式传感器性能的改进具有重要的意义.     

荧光内滤效应在环境检测领域的应用

荧光内滤效应(inner filter effect,IFE)是指吸收体对荧光体激发光或发射光(或对两者同时)的吸收,造成荧光体的荧光强度降低的现象。IFE相较于荧光共振能量转移等技术省却了许多繁琐的标记过程,具有灵敏度高、选择性好和操作简单灵活等优点,在环境检测领域具有广泛的应用前景。吸收体和荧光体是组成IFE传感体系的两个主要单元,两者的光学特性和谱带重叠程度直接影响着IFE的猝灭效率,但可选择的材料相对有限。发掘新型纳米材料,探索合适的吸收体-荧光体组合有助于提高IFE的猝灭效率,增强检测效果。本文综述了近年来IFE在环境检测中的研究进展,包括重金属离子、阴离子和小分子环境污染物等物质的检测,并分析了纳米材料在IFE传感体系中的重要作用,最后探讨了基于IFE的荧光分析方法所面临的挑战及未来的发展方向。     

阳极氧化制备TiO_2纳米管及总磷的光电催化消解（英文）北大核心CSCD

总磷是检测水体富营养化的重要指标,因此研究其消解具有重要的意义。总磷的消解方法有很多,例如传统的高温消解、微波消解、紫外消解、电催化消解、光催化消解等,但是既高效又简易洁净的消解方法仍在不断的研究中。研究了一种基于光电催化的总磷的消解方法,通过在二氧化钛工作电极和对电极之间外加适当的电压来减少电子-空穴对的复合。介绍了用于总磷的光电催化消解中的光催化剂的二氧化钛纳米管的阳极氧化法制备、特性表征及其用于总磷的光电催化消解。阳极氧化法制备的二氧化钛纳米管具有较好的催化活性。将其用于总磷的光电催化消解实验,当2V电压协助光催化消解2h后,消解率达到65.4%,较光催化高了20.7%,较电催化高了61.3%。实验结果表明,与光催化消解、电催化消解方法相比,通过在工作电极和对电极之间添加适当的外加电压的光电催化消解方法可以有效地提高总磷的消解率。     

基于三维纳米银修饰电极的硝酸根微型传感芯片研究

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.     

基于双光栅的马赫-曾德尔干涉仪的初步研制

设计和初步制备了基于双光栅的等臂和不等臂马赫-曾德尔干涉仪,两个衍射光栅分别用作光束分裂器和光束复合器.来自激光器的平行光束透过第一光栅后产生多柬衍射光,等臂干涉仪使用两个平面反射镜反射两束对称衍射光至第二光栅的同一位置并产生完全重合的衍射条纹,即每束衍射光包含两个成分.利用光探测器监测任一束重合的衍射光束,该光束两成分之间的相位差随时间的变化就能够被准确测定.而不等臂干涉仪仅使用一个反射镜反射某一束衍射光并使之与零级光束透过第二光栅后产生完全重合的衍射条纹.通过使用一个厚度为50μm的玻璃片来改变相位差,对不等臂干涉仪的干涉效果进行了测试,得到了与理论值相符的实验结果.     

痕量镉离子在原位铋修饰掺硼金刚石电极上的传感分析

以原位铋修饰掺硼金刚石电极为工作电极,利用方波脉冲阳极溶出伏安法对重金属镉离子进行检测.考察了扫描方式、铋离子浓度、电极硼掺杂浓度、支持电解液p H值、富集电位、脉冲参数和富集时间等因素对镉溶出峰电流的影响并进行了优化.结果表明,原位铋修饰能有效提高检测的灵敏度,镉离子浓度与溶出峰电流值在1~10μg/L范围内呈线性关系,相关系数为0.9979,检出限为0.15μg/L.干扰实验结果表明,相邻溶出电位干扰离子铅和锌对镉的检测影响相对较小,而铜有较大干扰.实际水样测试结果表明,回收率在96%~107%之间.     

基于二元混合自组装包裹纳米颗粒的微传感器抗体固定方法

采用二元混合自组装膜修饰纳米金颗粒,在经自组装单分子层修饰的金电极上阵列式排布,并通过共价键固定抗体形成生物敏感膜.采用原子力显微镜、扫描电镜和阻抗谱分别对电极表面的修饰过程进行了表征.纳米粒子在微电极表面均匀分布,没有明显的团聚,并且可实现抗体有效固定.基于标准互补金属氧化物半导体(Complementary met...