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面向人体健康监测的氮化镓氨气气敏传感器性能分析
1
作者 张艺 陈毅 +2 位作者 李栋辉 韩丹 王磊 《生物医学工程与临床》 CAS 2024年第2期155-161,共7页
目的了解人体呼出气体的疾病标志物,实现人体呼出氨气的实时监测。方法采用水热法结合高温氮化制备得到多孔氮化镓(GaN)纳米椭球体,将其作为传感器膜涂敷于带有金电极的叉指电极表面,得到NH_(3)的室温快速检测传感器。利用X射线衍射仪... 目的了解人体呼出气体的疾病标志物,实现人体呼出氨气的实时监测。方法采用水热法结合高温氮化制备得到多孔氮化镓(GaN)纳米椭球体,将其作为传感器膜涂敷于带有金电极的叉指电极表面,得到NH_(3)的室温快速检测传感器。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和比表面积测试等对所制备材料的组成和形貌进行了表征,可见合成的GaN是具有大比表面积的多孔纳米结构。测试了传感器对NH_(3)的动态响应、选择性、重复性和稳定性等性能。结果室温条件下,传感器对100×10^(-6)NH_(3)的响应度(ΔG/G_(0))约为448%,且表现出快速的响应时间及恢复时间(分别为22 s和24 s)。此传感器对(1~200)×10^(-6)范围内的NH_(3)具有良好的线性响应,可以实现对NH_(3)的定量检测。GaN气敏传感器对NH_(3)的检出限可达178×10^(-9),可实现对微量NH_(3)的检测。此外,探究了GaN对NH_(3)响应的传感机制。结论该研究为面向人体健康监测的NH_(3)传感器研究提供了理论和实验基础。 展开更多
关键词 氮化镓 氨气 气敏传感器 人体健康检测
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基于浮栅OECT传感的归一化灵敏度优化
2
作者 薛永强 柴晓杰 +2 位作者 王淼儒 张文栋 冀健龙 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第6期830-838,共9页
浮栅有机电化学晶体管(OECT)作为一种新兴的传感检测平台,由于其工作电压低、制备简单、传感与检测可分离的优点,被广泛应用于生化传感检测。研究了对浮栅OECT归一化灵敏度的影响因素。通过对pH、Na^(+)、H_(2)O_(2)进行恒电位测试,系... 浮栅有机电化学晶体管(OECT)作为一种新兴的传感检测平台,由于其工作电压低、制备简单、传感与检测可分离的优点,被广泛应用于生化传感检测。研究了对浮栅OECT归一化灵敏度的影响因素。通过对pH、Na^(+)、H_(2)O_(2)进行恒电位测试,系统探究了浮栅OECT的跨导(gm)及次级浮动栅极FG2面积(A_(FG2))对归一化灵敏度的影响。实验结果表明,在一定电压范围内,器件检测灵敏度随器件跨导的增大而增大。此外,A_(FG2)增加时,根据串联电容分压的方式,电容型传感(pH、Na^(+)检测)及电荷转移型传感(H_(2)O_(2)检测)的有机半导体/电解质处有效栅压、跨导均增加,进而导致归一化灵敏度大幅提高。总体而言,增大gm和A_(FG2)均可有效提高检测灵敏度。同时,实现了对pH、Na^(+)、H_(2)O_(2)的高灵敏度检测,pH检测灵敏度最高为0.069/pH,Na^(+)检测灵敏度最高为0.027 dec-1,H_(2)O_(2)检测灵敏度最高为0.33 dec-1,检测灵敏度均高于同类传感器。 展开更多
关键词 有机电化学晶体管(OECT) 浮栅 传感器 生化传感检测 灵敏度
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pH敏感有机电化学晶体管I-V特性及其电压依赖性 被引量：1
3
作者 李诗嘉 王振兴 +5 位作者 牛焱 王彬 桑胜波 张文栋 高杨 冀健龙 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第13期395-403,共9页
pH敏感的有机电化学晶体管有望广泛用于可穿戴电子设备进行生理指标原位监测.然而,pH敏感的有机电化学晶体管电流-电压(I-V)特性关系尚不明确,这严重制约其设计、优化与应用等方面的发展.本文联合电化学平衡方程与栅极/电解液、半导体沟... pH敏感的有机电化学晶体管有望广泛用于可穿戴电子设备进行生理指标原位监测.然而,pH敏感的有机电化学晶体管电流-电压(I-V)特性关系尚不明确,这严重制约其设计、优化与应用等方面的发展.本文联合电化学平衡方程与栅极/电解液、半导体沟道/电解液界面微分电容串联物理模型构建了pH敏感的有机电化学晶体管I-V特性方程.进一步,以聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐为半导体层材料,以pH敏感聚合物(聚3,4-乙烯二氧噻吩/溴百里酚蓝)修饰晶体管栅极,构建pH敏感的有机电化学晶体管.测试晶体管输出、转移及pH响应特征,验证I-V特性方程的有效性.实验结果表明,该有机电化学晶体管的pH检测灵敏度为0.22 mA·pH·unit^(–1),并且晶体管pH响应具有栅极电压依赖特性.引入栅极电压多项式进一步修正晶体管I-V特性方程.理论模型对转移曲线实验结果的拟合优度达到0.998.峰值跨导对应栅极电压位置、pH灵敏度响应栅极电压的实验及理论预测结果比较亦可表明修正理论模型的有效性.研究结果可为基于pH敏感有机电化学晶体管的柔性生物传感器设计与制造提供理论支撑. 展开更多
关键词 有机电化学晶体管 电流-电压特性方程
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基于自适应模糊PID算法的绷带压力补偿 被引量：1
4
作者 李升顾 段倩倩 +1 位作者 曾令员 杨琨 《电子设计工程》 2024年第12期27-31,共5页
医用绷带往往依靠医生经验施加,难以实现精准治疗。为了实现精准监测绷带下的压力,在医用绷带下加入薄膜压力传感器构建了绷带压力监测系统,以STM32微处理器为核心,结合薄膜压力传感器、电路采集模块、电源模块、蓝牙模块,分别实现了压... 医用绷带往往依靠医生经验施加,难以实现精准治疗。为了实现精准监测绷带下的压力,在医用绷带下加入薄膜压力传感器构建了绷带压力监测系统,以STM32微处理器为核心,结合薄膜压力传感器、电路采集模块、电源模块、蓝牙模块,分别实现了压力信号的采集、电路供电及数据传输功能。测量过程中,压力信号峰值较小且变化频率快。为得到有效稳定的压力信号,将传统PID与模糊算法结合对传感器输出电压进行处理,模糊算法对电压偏差与电压偏差变化率进行模糊化、模糊推理、解模糊化处理,实现对传统PID参数的调整,从而实现传感器输出电压的调控。利用压力与传感器输出电压的数学模型关系实现对系统压力误差的控制要求。实验结果表明,自适应模糊PID算法稳定性更高,系统测试最大误差仅为4.5%,实现了系统压力信号的误差控制。 展开更多
关键词 STM32 自适应模糊PID 传感器输出电压 误差控制
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碳量子点作为p53基因载体用于基因治疗 被引量：3
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作者 冯行卓 段倩倩 张博叶 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第4期542-548,共7页
合成了一种绿色荧光碳量子点(CD),使用分子量为25 kDa的支化聚乙烯亚胺修饰CD表面,通过静电作用得到CD-聚乙烯亚胺(PEI)体系,该体系具有良好的生物相容性和稳定的光学性质。以CD-PEI为载体,实现抗肿瘤基因p53的递送。通过Zeta电位和紫... 合成了一种绿色荧光碳量子点(CD),使用分子量为25 kDa的支化聚乙烯亚胺修饰CD表面,通过静电作用得到CD-聚乙烯亚胺(PEI)体系,该体系具有良好的生物相容性和稳定的光学性质。以CD-PEI为载体,实现抗肿瘤基因p53的递送。通过Zeta电位和紫外光谱的变化以及细胞成像图可知,p53质粒成功与CD-PEI体系结合。分别用CD-PEI/p53纳米体系孵育正常细胞和肝癌细胞,通过3-(4,5-二甲基噻唑-2)-2,5-二苯基四氮唑溴盐(MTT)实验可知该体系对肝癌细胞增殖具有较强的抑制效果,而对正常细胞的毒性较小,故可用于肝癌细胞的治疗。同时,与传统PEI/p53组比较,CD-PEI/p53纳米体系具有更高的转染效率和增殖抑制率,其转染效率是传统PEI/p53组的1.6倍,增殖抑制率比传统PEI/p53组的高12%。 展开更多
关键词 碳量子点(CD) 聚乙烯亚胺 p53基因 增殖抑制率 转染效率 细胞成像
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二维材料Ti_(3)C_(2)T_(x)MXene对氨气的气敏性能 被引量：1
6
作者 刘志华 刘琭琭 韩丹 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2023年第1期70-77,共8页
气体传感器在疾病诊断和环境监测等应用中受到了广泛关注,二维材料为制备室温下工作的气体传感器提供了一个很有前景的平台。利用HF溶液腐蚀Ti_(3)AlC_(2)粉末获得的原始Ti_(3)C_(2)T_(x)粉末和Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片,利用扫描电子显微... 气体传感器在疾病诊断和环境监测等应用中受到了广泛关注,二维材料为制备室温下工作的气体传感器提供了一个很有前景的平台。利用HF溶液腐蚀Ti_(3)AlC_(2)粉末获得的原始Ti_(3)C_(2)T_(x)粉末和Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片,利用扫描电子显微镜(SEM)图、X射线光电子能谱(XPS)和气敏特性分析,研究了Ti_(3)C_(2)T_(x)材料结构对氨气(NH_(3))气敏特性的影响。SEM结果表明,与原始Ti_(3)C_(2)T_(x)粉末相比,Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片具有较薄的厚度,尺寸也较为均匀一致,且成膜性良好。气敏性能结果表明,Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片传感器具有更高的灵敏度,对体积分数2×10^(-5)的NH_(3)的响应度提高了512.5%,且对NH_(3)表现出更低的检测下限(1×10^(-5))和良好的选择性,传感器实现了室温下对NH_(3)较高灵敏和较高稳定的检测。分析认为,Ti_(3)C_(2)T_(x)纳米片高的比表面积、更多的表面活性附位点及较好的成膜性极大地提高了传感器对NH_(3)的气敏性能。该工作可为Ti_(3)C_(2)T_(x)基NH_(3)传感器件的开发提供一定的实验基础。 展开更多
关键词 二维过渡金属碳化物/氮化物(MXene) 二维材料 纳米片 气体传感器 Ti_(3)C_(2)T_(x)
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PDMS基磁性复合薄膜制备及其非线性力磁耦合研究
7
作者 葛阳 谭秋芸 +2 位作者 姜交林 吴凯乐 桑胜波 《太原理工大学学报》 CAS 北大核心 2022年第6期1046-1053,共8页
基于磁纳米颗粒制备的新型磁流变弹性基体是实现高灵敏柔性传感技术的重要方式之一。采用磁场诱导生长方法,在磁场环境下,制备出基于Fe_(3)O_(4)磁纳米颗粒的PDMS基柔性磁复合薄膜。通过数字显微镜、XRD表征了样品的形貌与元素,基于振... 基于磁纳米颗粒制备的新型磁流变弹性基体是实现高灵敏柔性传感技术的重要方式之一。采用磁场诱导生长方法,在磁场环境下,制备出基于Fe_(3)O_(4)磁纳米颗粒的PDMS基柔性磁复合薄膜。通过数字显微镜、XRD表征了样品的形貌与元素,基于振动样品磁强计和自主搭建的磁致形变测量平台,测量了样品的磁学性质与磁致力学性能。研究结果显示,在磁场诱导下,Fe_(3)O_(4)质量分数为10%的PDMS基磁性复合薄膜可展现出色的面内磁各向异性行为,室温下饱和磁化强度可达5.9 emu/g,比同条件下无磁场诱导制备的各向同性磁薄膜增大了61%,同时,薄膜磁致形变角度可达80°.最后,通过有限元分析法从理论上证明了PDMS基磁性复合薄膜的非线性力磁耦合行为,为PDMS基磁性复合薄膜磁致力学行为奠定了理论基础。 展开更多
关键词 磁流变弹性体 磁纳米颗粒 磁各向异性 力磁耦合 有限元分析
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基于GRNN的糖尿病足足底压力信号检测系统设计
8
作者 吴玉广 张文栋 +3 位作者 桑胜波 杨琨 阳佳 李晟嘉 《电子设计工程》 2023年第9期84-89,共6页
信号采集系统在实际应用中,会受到传感器本身及外界温湿度等内外因素的影响,导致系统采集到的数据存在较大误差。该文基于STM32单片机对传统压力采集电路结构进行了改进设计,并采用了广义回归神经网络(GRNN)拟合算法,研制出一套针对多... 信号采集系统在实际应用中,会受到传感器本身及外界温湿度等内外因素的影响,导致系统采集到的数据存在较大误差。该文基于STM32单片机对传统压力采集电路结构进行了改进设计,并采用了广义回归神经网络(GRNN)拟合算法,研制出一套针对多传感采集(1 024个)及采样频率为100 Hz的足底信号检测系统。文中对传感阵列施压测得电导,基于最小二乘法和GRNN两种算法在Matlab中对压-导值进行拟合对比,结果显示,应用了GRNN力-导映射关系的足压检测系统的相对误差为2.89%,相较于最小二乘法,降低了9.11%。由此可得,采用GRNN拟合关系的压力信号检测系统生成的压力云图,可以更好地反应检测者的足底压力分布,能够为糖尿病足病况分析提供可靠的测试平台和高精度的环境。 展开更多
关键词 压阻式传感阵列 足底压力检测 传感器标定 GRNN 曲线拟合
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