《生化战剂传感器的最新进展.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生化战剂传感器的最新进展.ppt（51页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 生化战剂传感器的最新进展 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制
2、作 内容生化战剂的分类生化战剂的特点生化传感器的原理生化传感器的分类发展方向光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 生化战剂生化战剂化学战剂化学战剂 （1 1）神经毒剂、）神经毒剂、（2 2）糜烂性毒剂（如糜烂性毒剂（如糜烂性毒剂（如糜烂性毒剂（如芥子芥子气）、气）、（3 3）全身中毒性毒剂全身中毒性毒剂全身中毒性毒剂全身中毒性毒剂、（4 4 4 4）失能性失能性失能性失能性毒剂毒剂毒剂毒剂、（5 5 5 5）窒息性毒剂窒息性毒剂窒息性
3、毒剂窒息性毒剂等等等等生物战剂生物战剂 细菌、病毒、真菌、原生动物、依原体细菌、病毒、真菌、原生动物、依原体毒素毒素 毒蛋白类、小分子类毒素毒蛋白类、小分子类毒素光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 神经毒剂、芥子气中毒的机理研究表明，动物体中神经冲动的传递物质是乙酰胆碱（Ach），神经冲动在传递时上一次冲动释放出来的Ach会迅速的被乙酰胆碱酯酶（AchE）所水解，使得神经突触间或神经肌肉接头处的Ach的浓度下降，从而完成一个神经冲动
4、。然而有些有机物会与乙酰胆碱酯酶（AchE）首先发生作用，这样就抑制了AchE的活性，使之不能正常水解Ach，造成Ach的积累使神经传递受阻而产生中毒症状。光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 细菌、病毒、真菌、原生动物、依原体等中毒的机理 寄生在人体内引起呼寄生在人体内引起呼吸吸.消化消化.排泄排泄.内内分泌等生理系统的功分泌等生理系统的功能混乱能混乱 如如:依原体能引起肺依原体能引起肺炎及网状内皮系统的炎及网状内皮系统的改变改变
5、原生动物弓形虫原生动物弓形虫生活史说明了它能长生活史说明了它能长期在人体内生存和感期在人体内生存和感染人染人光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 生化战剂的特点生化战剂的特点不易察觉，需要特殊的检测设备。危害性相当大。生产越来越容易。大力发展用来侦检生化战剂的传感器已成为各国军事界与防化界的研究重点之一。光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型
6、传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 生化传感器的原理1.1 生物传感器的原理与结构1.2 生物学反应信息和相关的换能器光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 1.1 生化传感器的原理与结构被分析物生物敏感膜生物学反应信息换 能 器电信号二 次 仪 表光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢
7、光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 生物学反应信息和相关的换能器生物学反应信息生物学反应信息换能器换能器 离子变化离子变化质子变化质子变化热效应热效应光效应光效应色效应色效应质量变化质量变化电荷密度变化电荷密度变化溶液密度变化溶液密度变化电流型或电位型电流型或电位型ISEISE、阻抗计阻抗计ISEISE、场效应晶体管场效应晶体管热敏元件热敏元件光纤、光敏管、荧光管光纤、光敏管、荧光管光纤、光敏管光纤、光敏管压电晶体压电晶体阻抗计、导纳、场效应晶体管阻抗计、导纳、场效应晶体管表面等离子体共振表面等离子体共振光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感
8、器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 生物传感器的分类-分类方法根据分子识别元件的不同,它分为酶电极、组织电极、微生物电极、免疫电极和酶免疫电极。根据所使用的电极的不同，它分为玻璃电极、压电晶体、场效应管、声表面波、光纤、表面等离子体等。光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 检测神经毒剂的生化传感器（一.荧光光纤-光导纤维检测法）光电信息学院光电信息学院光电
9、信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 二二.检测对象检测对象1.1.塔崩塔崩,2.,2.沙林沙林,3.,3.芥子气芥子气三三.具体方法具体方法1.使用的材料及处理使用的材料及处理 A.A.在一个转盘中加入试剂在一个转盘中加入试剂BG-11BG-11和和N.COMMUNEN.COMMUNE这种无这种无菌的组织用一个菌的组织用一个400400WW的高压钠灯且光照为的高压钠灯且光照为1000 1000 uE/muE/m2 2.S.S培养两个星期培养两个星期.B.B.用
10、光照为用光照为50 uE/m2.S的荧光灯照加入在转盘中试剂加入在转盘中试剂 C.ulgarisC.ulgaris培养两个星期培养两个星期.C.NostocC.Nostoc试剂需要打断其大的克隆分子悬浮在试剂试剂需要打断其大的克隆分子悬浮在试剂BG-BG-1111中重新收集中重新收集.D.D.单分子细胞的绿藻单分子细胞的绿藻.E.E.提取叶绿素提取叶绿素a a和和b b F.F.每升每升BG-11BG-11的试剂中加入的试剂中加入1.2-61.2-6微克的叶绿素及上述的微克的叶绿素及上述的A.B.CA.B.C溶液溶液,混合均匀后取混合均匀后取0.2-0.60.2-0.6毫升溶液涂敷于光纤毫升溶
11、液涂敷于光纤表面表面.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 2.测试设备 A.照射传感器用Walz-XE-PAM荧光装置(带有特殊的具有光化性质的卤素元素灯)B.OS1-FL光纤 C.OS5-FL荧光测试装备有一种能改善信噪比的 光二极管.3.测试步骤 A.背景荧光 B.测在空气流中的荧光值 C.测在空气中加入神经毒剂后的荧光值光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传
12、感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 4.测试结果 N.Commune 一种藻青菌传感器的荧光感应曲线光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 加入不同浓度的芥子气后由加入不同浓度的芥子气后由NostocNostoc传感器测传感器测出的荧光量子产物出的荧光量子产物光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实
13、验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 C.VulgarisC.Vulgaris一种海藻生物传感器所测出一种海藻生物传感器所测出的荧光响应的荧光响应光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 NostocNostoc传感器测出在加入沙林后的荧光响应传感器测出在加入沙林后的荧光响应曲线曲线光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重
14、点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 测试结果 21.塔崩9-10 ug/L2.沙林10-20ug/L3.芥子气5.2mg/L光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 二.酶基的生化传感器1.沙林等神经毒剂的分子结构2.酶与神经毒剂之间的生化反应3.酶的固定方法4.利用场效应管来检测的原理5.举例光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室
15、新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 1.沙林等神经毒剂的分子结构沙林沙林梭曼梭曼梭曼梭曼光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 2.酶与神经毒剂之间的的生化反应光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 3.酶的固定方法A
16、.吸附法:把酶吸附在一种载体的表面B.包埋法:把酶埋在载体之中C.交联法:利用酶与交联剂之间所产生的化学反应而把酶固定下来.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 4.利用场效应管来检测的原理vv若若MOSFETMOSFET的阈值电压以的阈值电压以V Vthth（MOSTMOST）表示表示,则其则其V Vthth（MOSTMOST）=msms-2-2 F F-（Q Qssss-Q Qscsc）/C/Coxox vv若若H H+-FET-
17、FET的阈值电压以的阈值电压以V Vthth（HFET HFET）表示，表示，则其则其V Vthth（HFETHFET）=V=Vthth（MOSTMOST）-E-Eref ref+ij ij-eoeo +X+X eoeo-mm/q /q =V Vthth（MOSTMOST）+V+VEIEI+S.pH +S.pH （pH=-lgHpH=-lgH+）vvH H+-FET-FET的输出特性为：的输出特性为：当在线性区时，当在线性区时，I IDSDS=（V VGSGS-V-Vthth）V VDS DS VVDSDS2 2/2/2；当在饱和区时，当在饱和区时，I IDSDS=（V VGSGS-V-Vth
18、th）/2/2 其中其中 =W.CW.Cox.ox./L/LVTpHSiO2Si3N4More linear response obtained by using Si3N4 as the gait oxide.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 6.举例A.实验装置图B.使用的材料使用的材料C.C.关键的处理关键的处理D.测试设备E.测试步骤F.测试结果光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新
19、型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 A.实验装置图光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 B.使用的材料处理1.有机磷水解酶(OPAA)2.缓冲溶液采用NH4Cl与氨水配成的Michaelis缓冲体系3.MnCl2加入溶液中用来提高离子强度,增加溶液的导电能力.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部
20、重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 C.关键的处理1.有机磷水解酶分离与提纯2.酶的固定 首先,栅区涂有多孔陶瓷材料硅基清洗干净后用硅烷化试剂处理使硅的表面硅烷化.其次,用戊二醛处理 最后,用酶处理3.芯片制作特点:n-耗尽型MOS管;无金属栅;Si3N4/SiO2层;多孔陶瓷材料;固定化的酶光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 D.测试设备与步骤测试设备:pH测
21、试仪和流动注射测试系统测试步骤:1.在测试的溶液中加入不同浓度底物后再加入酶测量pH变化的速度并根据方程求出V=VMAX.S/(KM+S)2.测量MOS管在固定酶和未固定酶时不同pH溶液中读出的VGS=Vdiff3.加入不同浓度的神经毒剂后再测量Vdiff光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 E.测试结果1.1.在流动注射测试系统上所读出加入不同浓度在流动注射测试系统上所读出加入不同浓度的的DFPDFP时所得的响应曲线时所得的响应曲线
22、光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 2.不同的有机磷毒剂中所测得的响应不同的有机磷毒剂中所测得的响应1.刚固定好酶的电极对刚固定好酶的电极对DFP的响应的响应;2.放置放置5个月后再测其对个月后再测其对DFP的响应的响应;2.3.刚固定好酶的电极对对氧磷的响应刚固定好酶的电极对对氧磷的响应;4.刚固定好酶的电极对对硫磷的响应刚固定好酶的电极对对硫磷的响应光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型
23、传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 3.线性范围光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 F.测试结果1.OPAA酶对不同毒剂的米氏常数为 KDFP=1650 S-1 KSARIN=611 S-1 KSOMAN=3145 S-12.检测的浓度 可检测25umol/l的沙林 对对硫磷没有响应光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重
24、点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 其它类的生化传感器1.1.压电晶体传感器压电晶体传感器2.2.声表面波探测器声表面波探测器3.光纤免疫传感器光纤免疫传感器4.触角受体传感器光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 1.压电晶体传感器Structure of a piezoelectric quartz crystal biosensor a
25、ndantibodies.Monitoring system of antibodies in human saliva.Repeatability on the frequency change(F)of quartz crystal biosensor immobilized by the adsorption method or covalent bond method.The first frequency change is F1.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室
26、 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 2.声表面波探测器 声表面波（声表面波（SAWSAW）传感器的工作原理：在传感器的工作原理：在SAWSAW震荡器的声通道上涂覆感应膜，震荡器的声通道上涂覆感应膜，感应膜对特定的气体进行选择性吸附，其吸附与释放的过程是一个动态平衡的感应膜对特定的气体进行选择性吸附，其吸附与释放的过程是一个动态平衡的过程。气体浓度越高，则感应膜吸附的分子越多，感应膜的单位面积上的质量过程。气体浓度越高，则感应膜吸附的分子越多，感应膜的单位面积上的质量越重，它对越重，它对SAWSAW的改变就越多。的改变就越多。Fig.1:A SAW Chemical sensor wi
27、th a polymer sorbing Sarin nerveagent.Fig.2:The NRL-SAWRHINO原理：能与抗体结合的抗原被光导纤维以表面消失波原理：能与抗体结合的抗原被光导纤维以表面消失波原理：能与抗体结合的抗原被光导纤维以表面消失波原理：能与抗体结合的抗原被光导纤维以表面消失波的方式传出，从而检测出抗原的量的方式传出，从而检测出抗原的量的方式传出，从而检测出抗原的量的方式传出，从而检测出抗原的量。3.光纤免疫传感器光纤免疫传感器优点：优点：1.1.溶液的干扰少，不必对抗原进行分离。溶液的干扰少，不必对抗原进行分离。2.2.具有较低的检测下限：具有较低的检测下限：5 5
28、 1010-7-7 M(M(梭曼梭曼)光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 荧光免疫法荧光免疫法原理：首先将已知的抗原（或抗体）标记上荧光素，然后以它作为分子探针去检查组原理：首先将已知的抗原（或抗体）标记上荧光素，然后以它作为分子探针去检查组织或细胞内响应的抗体（或抗原），能够形成抗体抗原复合物的就有荧光发出，根织或细胞内响应的抗体（或抗原），能够形成抗体抗原复合物的就有荧光发出，根据荧光所在的细胞或组织，就可以确定抗体或抗原的性质
29、。据荧光所在的细胞或组织，就可以确定抗体或抗原的性质。抗体抗体抗体抗体是在抗原刺激下机体免疫应答的产物是在抗原刺激下机体免疫应答的产物 免疫系统对外来物质产生一系列反应的过程称为免疫系统对外来物质产生一系列反应的过程称为免疫应答免疫应答免疫应答免疫应答，能够在机体中引起特异性，能够在机体中引起特异性免疫应答的物质称为免疫应答的物质称为抗原抗原抗原抗原 非荧光素非荧光素非荧光素非荧光素（如亚甲兰）：用它们来处理标本可以减弱非特异性荧光的影响。（如亚甲兰）：用它们来处理标本可以减弱非特异性荧光的影响。荧光素荧光素荧光素荧光素：异硫氰酸（绿色荧光）：异硫氰酸（绿色荧光）四乙基罗明丹四乙基罗明丹(橘红
30、色荧光）橘红色荧光）4.触角受体传感器受体对缓冲溶液与刺激物的响应受体对缓冲溶液与刺激物的响应特点特点1.1.响应时间可达毫秒级响应时间可达毫秒级2.2.特异性高特异性高3.3.灵敏度高可达灵敏度高可达101015 15 mol/mol/L L光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 受体受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种蛋白质大分受体是细胞表面或亚细胞组分中的一种蛋白质大分子子,可以识别并特异地与具有生物活性的化学信号物可以识别并特异地
31、与具有生物活性的化学信号物质质(配体配体)结合结合,并激活或启动一系列生物化学反应并激活或启动一系列生物化学反应,最后导致该信号物质特定的生物效应。最后导致该信号物质特定的生物效应。因此因此,膜受体具备以下两方面的功能膜受体具备以下两方面的功能:第一是识别自第一是识别自己特异的信号物质己特异的信号物质配体配体,即两者结合。但是仅即两者结合。但是仅仅有特异性识别还不够仅有特异性识别还不够,例如突触后膜表面存在的乙例如突触后膜表面存在的乙酰胆碱脂酶酰胆碱脂酶,它也可与底物乙酰胆碱特异结合并使其它也可与底物乙酰胆碱特异结合并使其分解分解,但并不产生胞内信号。所以但并不产生胞内信号。所以,膜受体的第二
32、个膜受体的第二个功能是把识别和接受的信号准确无误地放大并传递功能是把识别和接受的信号准确无误地放大并传递到细胞内部到细胞内部,启动一系列胞内生化反应启动一系列胞内生化反应,最后导致特最后导致特定的细胞反应。要使胞间定的细胞反应。要使胞间(外外)信号转换为胞内信号信号转换为胞内信号,这两个功能缺一不可。这两个功能缺一不可。光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 酶、免疫、受体传感器的比较一一.酶传感器酶传感器优点：酶易被分离，贮存较稳定，
33、所以目前被广泛优点：酶易被分离，贮存较稳定，所以目前被广泛 的应用。的应用。缺点：缺点：1.1.酶的特异性不高，如它不能区分结构上稍酶的特异性不高，如它不能区分结构上稍 有差异的梭曼与沙林。有差异的梭曼与沙林。2.2.酶在测试的过程中因被消耗而需要不断的酶在测试的过程中因被消耗而需要不断的 更换。更换。光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 二.免疫传感器q优点1.特异性高 2.通过改变pH又可以使抗体复原，所 以能减少消耗。q缺点 对
34、于小分子的化学战剂无法有效的制备人工抗原。光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 三.受体传感器q优点 1.检测的灵敏度可达1015 mol/L 2.响应时间短 3.特异性高q缺点1.生物活性只能维持在48h以内。2.测量时压力信号对分析信号的干扰很大发展方向1.微型化2.阵列化3.多功能化1.微悬臂梁苏黎世实验室设计的矩形阵列式悬臂梁苏黎世实验室设计的矩形阵列式悬臂梁等人设计的力敏悬臂梁的显微照片等人设计的力敏悬臂梁的显微照片光电信息
35、学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 原理当敏感层吸附气体后,质量产生变化,敏感层将气体浓度的改变转换为悬臂梁响应频率的频移,频移的大小即反映了吸附气体的多少.悬臂梁表面应力的改变是由于敏感层分子与吸附分子间力的相互作用,而使悬臂梁产生弯曲.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 实验
36、结果分析德德国国TubingenTubingen大大学学MauteMaute研研究究小小 组组 采采 用用 聚聚 二二 甲甲 基基 硅硅 氧氧 烷烷(PDMSPDMS)作作为为化化学学敏敏感感层层,探探测测辛辛烷烷、甲甲苯苯、丁丁醇醇等等有有机机物物的的蒸蒸气浓度气浓度,获得理想的结果获得理想的结果.右右图图是是他他们们测测量量悬悬臂臂梁梁的的响响应应频率随辛烷浓度的变化结果频率随辛烷浓度的变化结果.其其中中右右峰峰为为纯纯空空气气条条件件下下悬悬臂臂梁梁的的响响应应峰峰,左左峰峰为为敏敏感感层层吸吸附附不不同同浓浓度度辛辛烷烷后后频频移移的的共共振振峰峰.他他们们探探测测的的最最低低辛辛烷烷
37、浓浓度度为为20002000,测测量量灵灵敏敏度度达达到到-0 09880 0988/.频率（频率（KHz)KHz)光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 2.场效应管一种场效应管断面图一种场效应管断面图ISFET array sensor chip for electrophysiological measurement on neuron populations.Detail of the 55 mm active area sen
38、sor chip and of the ISFET electrode pairLayout of the ISFET array sensor chip for metabolic activity monitoring.Detail of the ISFET gate area.Monitoring the bioelectrochemical activity of living cells with sensor array-based microsystems光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验
39、室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 3.压电晶体阵列传感器Schematic diagram of the PQC array detection system:(1)dried N2,(2)concentrated H2SO4,(3)oscillators,(4)thermostat chamber,(5)fan,(6)counter,(7)computer.光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作
40、 Number Material tested Relativeb polarity Frequency shiftc(Hz)M D B C 1 OV-101 1 19 77 62 662 VOH 1 18 64 52 533 Lanolin 1 16 50 39 424 Triton X-100 1 35 71 58 475 OV-17 2 22 170 98 556 DNP 2 20 125 81 777 Di-(2-ethylhexyl)phthalate 2 42 95 78 528 Dibutyl sebucate 2 19 87 60 299 Tween 60 2 46 73 48
41、 1410 OV-210 2 47 65 38 1411 DBP 3 35 74 46 1512 Span 80 3 42 91 62 2913 Span 85 3 40 104 67 4614 Siponate DS 10 3 53 131 81 3415 Carbowax-20M 3 32 50 19 1216 PZ-101A 3 95 245 101 2817 XE-60 4 54 72 40 1718 PEG-1000 4 46 45 16 819 OV-275 4 134 265 84 15Compounds used in selecting coating materials f
42、or sensor array光电信息学院光电信息学院光电信息学院光电信息学院 新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室新型传感器教育部重点实验室 谢光忠谢光忠谢光忠谢光忠 制作制作制作制作 总的要求正确选择敏感元件的类型，保证传感有足够高的信噪比特正确选择敏感元件的类型，保证传感有足够高的信噪比特性。性。要善于选择传感器主要零件的材料，要善于选择传感器主要零件的材料，以保证最小的迟滞、以保证最小的迟滞、老化及温度灵敏度。老化及温度灵敏度。正确选择电子元件的类型和电子元件之间的联接方法。正确选择电子元件的类型和电子元件之间的联接方法。正确选择表面保护层。正确选择表面保护层。争取使整个结构获得高性能的布局特性。争取使整个结构获得高性能的布局特性。谢谢！