分子印迹阵列式传感器的研究进展

分子印迹阵列式传感器具有识别率高、选择性好、价格低廉等优点,受到研究者们的极大关注,已经在食品分析、环境分析、药物分析、临床诊断等研究领域中得到应用。分子印迹阵列式传感器是以分子印迹聚合物作为识别元素的集成化传感器,通过各传感单元对分析物响应后产生的特征图谱实现对目标化合物的识别,不仅可用于单一目标化合物的选择性识别,还可以用于多种目标化合物同时存在时的测定。分子印迹阵列式传感器的响应信号机制主要划分为光信号、质量敏感信号和电化学信号等。本文简要介绍了分子印迹技术的产生和发展,重点评述了基于三种信号机制的分子印迹阵列式传感器的研究进展,并展望了分子印迹阵列式传感器的应用前景和研究方向。     

基于ITO微电极阵列的电致化学发光多元免疫反应传感芯片

制备了一种基于ITO微电极阵列的多元免疫反应芯片,并实现多元肿瘤标志物的快速、灵敏检测。采用丝网印刷方法制作"花瓣型"ITO微电极阵列,与辐射状的微流控芯片相结合,形成八个独立的检测单元,每个检测单元履行不同的职能,其中三个单元分别用于完成癌胚抗原(CEA)、甲胎蛋白(AFP)和前列腺特异性抗原(PSA)的"夹心型"特异性免疫反应。首先在电极表面修饰K-掺杂石墨烯-CdS∶Eu纳米晶复合物,然后在这些复合物上依次修饰不同捕获抗体和对应的抗原,当对应的CdTe纳米粒子标记的二抗被带到电极表面时,会发生能量转移而实现电致化学发光(ECL)信号的有效猝灭;另外三个单元用做对照试验来验证这种微芯片的选择性;剩下的两个单元分别用来验证K-掺杂石墨烯-CdS∶Eu纳米晶复合物的发光强度,及经活化后CdTe纳米粒子的猝灭效率。这种简单、集成的高通量检测芯片,可发展为复杂样品的自动化、集成化分析检测平台。     

纳米材料催化发光分析研究进展

本文综述了近年纳米材料催化发光分析在快速检测、分析物区分及高通量筛选催化剂等方面的研究进展,并对其今后的发展方向进行了展望。     

面向脑机接口的犹他神经电极技术

A human brain is composed of a large number of interconnected neurons forming a neural network. To study the functional mechanism of the neural network, it is necessary to record the activity of individual neurons over a large area simultaneously. Brain-computer interface (BCI) refers to the connection established between the human/animal brain and computers/other electronic devices, which enables direct interaction between the brain and external devices. It plays an important role in understanding, protecting, and simulating the brain, especially in helping patients with neurological disorders to restore their impaired motor and sensory functions. Neural electrodes are electrophysiological devices that form the core of BCI, which convert neuronal electrical signals (carried by ions) into general electrical signals (carried by electrons). They can record or interfere with the state of neural activity. The Utah Electrode Array (UEA) designed by the University of Utah is a mainstream neural electrode fabricated by bulk micromachining. Its unique three-dimensional needle-like structure enables each electrode to obtain high spatiotemporal resolution and good insulation between each other. After implantation, the tip of each electrode affects only a small group of neurons around it even allowing to record the action potential of a single neuron. The availability of a large number of electrodes, high quality of signals, and long service life has made UEA the first choice for collecting neuronal signals. Moreover, UEA is the only implantable neural electrode that can record signals in the human cerebral cortex. This article mainly serves as an introduction to the construction, manufacturing process, and functioning of UEA, with a focus on the research progress in fabricating high-density electrode arrays, wireless neural interfaces, and optrode arrays using silicon, glass, and metal as that material of construction. We also discuss the surface modification techniques that can be used to reduce the electrode impedance, minimize the rejection by brain tissue, and improve the corrosion resistance of the electrode. In addition, we summarize the clinical applications where patients can control external devices and get sensory feedback by implanting UEA. Furthermore, we discuss the challenges faced by existing electrodes such as the difficulty in increasing electrode density, poor response of integrated wireless neural interface, and the problems of biocompatibility. To achieve stability and durability of the electrode, advancements in both material science and manufacturing technology are required. We hope that this review can broaden the scope of ideas for the development of UEA. The realization of a fully implantable neural microsystem can contribute to an improved understanding of the functional mechanisms of the neural network and treatment of neurological diseases.     

TiO_2纳米阵列光阳极光电催化水分解研究进展

光电催化水分解制氢是目前解决能源危机与环境污染最理想的技术之一.设计和构筑高效的光阳极是实现光电催化技术实际应用的关键.在众多半导体光阳极材料中,TiO_2纳米阵列由于其快的电荷传输速率,高的光热稳定性,无毒和成本低等优点,已经被广泛用于光电催化水分解反应的研究.但是TiO_2本征的光吸收范围窄、光生电荷复合率高、表面水氧化动力学缓慢严重地制约了其太阳能-氢能转换效率.我们结合近年来国内外及本课题组的研究工作详细论述了TiO_2纳米阵列的改性策略,主要包括利用元素掺杂来拓展TiO_2的光吸收范围并提高导电性,构筑异质结促进光电极电荷的分离与转移,半导体敏化增加光电极的可见光吸收并促进电荷转移,表面处理用于增加表面水氧化反应速率.最后指出了该材料发展现状,并对其发展前景做出展望.我们为进一步提高TiO_2纳米阵列的光电催化水分解活性提供了理论指导和实践借鉴.     

柔性PDA薄膜阵列用于双模光学检测VOC标志物气体

本研究以亲油性的双面胶作为基底,利用滴涂二乙炔单体结合紫外光聚合来制备均匀的聚二乙炔(PDA)薄膜,通过荧光和颜色两种信号变化模式(即"双模光学检测")研究了PDA薄膜对VOC气体的响应性,发现制备的PDA薄膜在2 min内就可以实现明显的荧光和颜色变化,有效解决了目前PDA薄膜在VOC气体检测方面存在响应速度慢、薄膜均一性差等问题.此外,为解决单一PDA薄膜的交叉响应性问题,本研究制备了四种不同的基于双面胶基底的PDA薄膜,并将制备的4种PDA薄膜集成到一片PDMS薄膜基底上来构建柔性的传感阵列,利用阵列的颜色变化结合模式识别技术,实现了对8种VOC气体的快速、灵敏区分.进一步将制备的PDA薄膜阵列用于健康人、模拟糖尿病及肾病患者呼出气体中VOC标志物的辨别和分析研究,发现可以将三类人的呼出气体清晰地区分,说明了该阵列在呼气疾病诊断中的应用前景.与目前报道的PDA薄膜阵列相比,本研究中基于双面胶基底的PDA薄膜阵列具有气体响应速度快、灵敏性高、柔韧性好、制备工艺简单、成本低、易于大规模制备等优点,有望用于实VOC气体检测研究中.     

GaN基紫光LED的高反射率p型欧姆接触

研究用于GaN基大功率倒装焊(Flip-chip)紫光LED(UV-LED)的高反射率p型欧姆接触的电学和光学性能。用磁控溅射的方法在GaN基LED外延片表面沉积了不同厚度Ag,Al,Au和Pd四种金属,测量了样品的反射率和透射率。结合同步辐射高强度X射线衍射和AFM对金属薄膜的晶体结构进行分析,并对表面形貌进行了观测,对由金属薄膜构成的多层膜结构及其对光反射率的作用机理进行了研究。测量结果表明,在入射光波长为400nm时,Ni/Au/Ag和Ni/Au/Al电极的反射率比Ni/Au的反射率提高了三倍。同时与p-GaN有良好的欧姆接触特性。     

高反射率p-GaN欧姆接触电极

根据光学薄膜原理计算了GaN/Ti/Ag、GaN/Al和GaN/Ni/Au/Ti/Ag、GaN/Ni/Au/Al多层电极结构的反射率,得出Ag基和Al基反射电极均能在全角范围内提供较高的反射率。实验测量结果表明,反射率能高于80%的Ag基反射电极,具有低欧姆接触的电学特性。并将GaN/Ni/Au/Ti/Ag多层反射电极应用在上下电极结构的GaN基LED中。实验上采用两步合金法获得了低接触电阻、高反射率的电极结构,并引入Ni/Au覆盖层克服了Ag高温时的团聚和氧化现象。解决了Ag电极的稳定性问题,显著地提高了LED的出光效率,成功制备了具有上下电极结构的GaN基LED管芯。     

阵列波导光栅波分复用/解复用器光谱响应效率的理论模型

基于单模光波导的本征模场分布,瑞利－索末菲衍射积分公式和天线原理的互易定理,给出耦合器中两个非接触平面光波导耦合特性的描述.基此,根据等光程差不等振幅多光束干涉的光场叠加原理,推导出新颖的阵列波导光栅波分复用/解复用器的光谱响应效率的解析函数表达式,这些表达式可为快速精确分析阵列波导光栅波分复用/解复用器的特性提供理论基础.同时,介绍了一个计算阵列波导光栅波分复用/解复用器特性的例子,给出其光谱响应度和信号通道串扰.     

模板法组装纳米有序阵列的研究进展

由金属、半导体、碳纳米管、聚苯胺等组成的纳米有序阵列体系,在能量存储或转换、传感等方面具有广阔的应用前景。模板法组装纳米有序阵列体系是以具有特定微孔结构的材料为模板,通过电化学沉积、溶胶-凝胶沉积和化学气相沉积等手段,让纳米单元在模板提供的受控环境中原位生成,形成纳米有序阵列体系。模板法具有可控性好、工艺简便、能耗低等优点。本文综述了模板法组装纳米有序阵列体系的研究进展,并对纳米有序阵列体系的应用前景作了展望。