宇宙射线缪子成像技术在中国的研究进展

宇宙射线缪子成像是一种新型的绿色核成像技术,近年来发展迅速。该技术利用天然的缪子射线对物体实现无损、高精度的三维成像。国内多所高校和研究机构已开展了一些缪子成像技术的相关研究,包括系统研发、场景应用和少量的成像算法研究。本文针对两种不同原理的缪子成像在国内的研究进行了综述,通过一些典型案例的介绍,展现该技术在经济、文化和社会方面的巨大价值和潜力。我国幅员辽阔、工业体系完善,缪子成像技术在多个领域具有广泛的应用需求。随着相关研究的深入推进,该技术在未来将取得持续发展并得到广泛应用,在文物保护与挖掘、矿藏勘探、基础设施结构监测、泥石流自然灾害预警等产业端发挥重要作用。     

磁纳米探针检测人绒毛膜促性腺激素

采用链霉亲和素包被磁纳米粒子,将生物素标记的特异性抗体偶联在磁纳米粒子上,制备出高特异性的磁纳米探针;利用此探针对人绒毛膜促性腺激素(HCG)进行测定,建立了定量检测蛋白类激素的化学发光分析方法.利用紫外可见分光光度计、透射电镜及动态光散射仪对磁纳米探针进行表征,同时对化学发光实验条件进行优化.在2×10~(-4) mol/L鲁米诺、8×10~(-4) mol/L H_2O_2, pH=13的优化条件下,将磁纳米探针用于HCG的定量检测.结果表明,所测发光强度与待测HCG浓度之间线性相关,相关系数r为0.9924,线性检测范围由常规板式ELISA的5～200 μg/L扩展到0.5～250 μg/L;相对标准偏差为3.82%.采用本方法和常规ELISA法同时对34份人血清标本HCG进行测试,两者相关性良好.利用制备的磁纳米探针定量测定微量蛋白类激素,具有灵敏、高效、快捷、检测范围宽等优点,有望应用于其它微量蛋白的检测.     

高灵敏度化学发光磁酶免疫法检测人绒毛膜促性腺激素

将磁性微粒与抗体的偶联,通过优化偶联条件提高了偶联效率,制备了高灵敏度的磁微粒生物探针;采用3-(2-螺旋金刚烷)-4-甲氧基-4-(3-邻氧酰苯基)-1,2-二氧杂环丁烷(AMPPD)--碱性磷酸酶(ALP)化学发光体系,建立了化学发光磁酶免疫检测方法;对检测方法进行了优化和改进,提高了系统的灵敏度和检测速度,并对HCG样品进行相关检测.结果表明,HCG浓度在0.15～150 IU/L范围内,光强随HCG浓度增大而增加,两者之间线性关系良好,相关系数r为0.960;检出限可达0.15 IU/L; 相对标准偏差(RSD)小于5%; 检测总时间少于1 h.本方法可以应用于其它免疫分子的检测,在临床免疫检测方面具有广阔的应用前景.     

应用于神经通路研究的微机电系统探针与低功耗低噪声单集成芯片系统

针对神经内海马区谷氨酸化学递质与神经电生理信号的并行双模检测需要, 设计了8通道电化学递质与电生理双模并行检测传感芯片微系统, 系统组件包括:基于SOI(Silicon-on-insulator)工艺衬底制备的微机电系统MEMS(Micro-electro-mechanical system)神经信息检测探针、低噪声颅内神经电小信号放大器、低功耗中速SAR(Successive approximation register)-ADC(Analog/Digital Converter)模/数转换器、精简低能耗OOK(On-Off-Keying)/FSK(Frequency-Shift-Keying)调制射频发射器.本微型神经信息传感芯片系统具有体积小、抗干扰、化学递质与电生理信号并行检测、灵敏性好、线性度高等特点.对电生理裸探针的4个电生理位点表面沉积铂黑, 电极阻抗优化为35.0 kΩ;通过酶固定技术在谷氨酸检测位点上纳米定向修饰酶复膜结构(Pt-mPD-GluOx)以形成具有特异选择性的生物识别点, 实现神经化学递质谷氨酸的检测;在6～35 μmol/L谷氨酸浓度范围内线性度是0.97, 单位面积灵敏度是0.0069 pA/(μmol/L), 电流响应误差<3.0 pA, 表明此探针可以实现特异选择功能.同时, 基于数模混合180 nm的ASIC(Application specific integrated circuit)芯片制造工艺(SmicRF180 nm 1Poly6M)制造的神经电生理传感后端信息调理单芯片, 其内部关键测试指标:微弱小信号低噪系电压放大器(等效输入噪声电压≤0.7 μV rms, 增益>70 dB, 电源/共模抑制比>100 dB等)、SAR-ADC(有效量化位数是12 bits, 功耗1.2 mW, 最大转换速率1 Msps, 信噪比为60.9 dB)、ASK/FSK调制的射频发射器(功放PA 4～5 dBm, 输出功率满足10 m辐射距离).此微型神经信息感知处理芯片集成检测系统, 可为海马区神经通路的研究提供便携、普适性的无线可穿戴设备.     

用于肿瘤标志物现场快速检测的便携式仪表的研制

针对肿瘤标志物高灵敏度现场快速检测的需求,将电化学检测技术与电子技术相结合,采用差分脉冲伏安法(Differential pulse voltammetry,DPV)研制了一种可用于肿瘤标志物现场快速检测的便携式仪表,检测电压和电流的分辨率分别为0.8 mV和1nA.结合实验室自制微流控纸芯片,利用该便携式仪表对肿瘤标志物癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen,CEA)进行检测,实验结果表明,在1～500 μg/L浓度范围内,DPV峰值电流响应与CEA抗原浓度对数呈线性关系,线性相关系数为0.998,检出限为10 pg/mL.根据抗原抗体特异性结合和电化学检测原理,检测到电化学反应的微弱电流后,仪表可以根据已经标定的电流与浓度之间的比例关系自动计算出肿瘤标志物的浓度.此便携式仪表具有检测灵敏度高、检出限低等优点,可广泛应用于肿瘤标志物的即时检测.