基于金纳米粒子的高灵敏电位型白喉类毒素免疫传感器2016-06-28 13:31来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部
免疫电极的制备过程
白喉(Diphtheria)是由白喉杆菌引起的急性呼吸道传染病,以咽、喉等处黏膜充血、肿胀并有灰白色伪膜形成为突出特征,严重者可引起心肌炎与末梢神经麻痹. 目前,临床上对白喉的检测方法主要有酶联免疫吸附分析法( ELISA)、放射免疫法(RIA)和免疫电镜法等,这些方法灵敏、可靠,但需要专门的设备,检测周期较长;近年来董飒英等报道通过酶免疫传感器以及蔡沛祥等利用溶胶- 凝胶固定抗原或抗体制得电流型免疫传感器,成本较高. 与之相比,电位法免疫传感器具有成本低、携带方便、操作简单等优点,但由于固载抗原或抗体的量较少,而影响其灵敏度. 因此,开发高灵敏新型电位型免疫传感器及建立快速的检测方法对免疫传感器中抗原或抗体的检测具有重要的理论意义和实际应用价值.
西南师范大学化学化工学院袁若等人将巯基乙胺(AET)固载到玻碳电极(GCE)表面,进而化学吸附纳米金(NG) ,并通过半胱氨酸(Cys)用戊二醛(GA)作交联剂将白喉抗体(anti-Diph)固定在玻碳电极上,从而制得高灵敏电位型白喉类毒素(Diph) 免疫传感器. 通过循环伏安法考察了电极表面的电化学特性,并对该免疫传感器的性能进行了详细的研究. 该传感器对白喉类毒素检测的线性范围是24～600ng·mL- 1 ,斜率为38. 9 mV/decade ,线性相关系数为0.9979,检出限为5.2 ng·mL- 1,并将其用于生物制品中白喉类毒素的检测,其结果令人满意.
摘要 本设计采用单片机和酒敏传感器为主要核心器件，酒精检测仪是通过电压频率转换将酒敏传感器传出的电压值转换成数字量，经单片机系统对传感器输出的非线性进行查表式校正、译码后，用软件将被测量的最大值保留并最终显示。着重介绍了该仪器的工作原理及性能特点。 本文介绍了气敏传感器检测气体的工作原理，详细讲述了系统的组成、原理和检测方法。系统采用硬件兼软件对测量过程及测量结果进行处理。与传统的检测技术相比，此种传感器检测装置有结构简单、新颖、易于实现的特点。 【关键词】 酒精检测仪8039单片机非线性校正酒敏传感器
目录 一.设计目的 (1) 1.1设计背景 (1) 二.设计任务与要求 (1) 2.1设计任务 (1) 2.2 设计要求 (3) 三.设计步骤及原理分析 (3) 3.1设计方法 (3) 3.2设计步骤 (4) 3.3设计原理分析 (5) 四.课程设计小结与体会 (7) 五. 参考文献 (8)
一.设计目的 各行各业的工作，例如机动车驾驶员酗酒后开车以及从事危险工作行业的人员酗酒后操作，都会造成严重的事故。用简便、准确、卫生的检测仪器进行检测，对违章饮酒者进行重罚，促使每个人增强遵章守纪的意识，消除隐患，对减少因酗酒造成的事故具有很大的意义。根据人呼出气体中乙醇的含量来确定酗酒的标准，从医学的角度看是可行的。人体摄入乙醇越多，血液中乙醇的溶解量就越大，从肺部呼出气体中乙醇的含量就越高。根据医学上对人饮酒的血醇含量的试验结果进行分析就可以确定酗酒的标准。而酒精的即时检测，有助于社会各方面的安全，特别是交通的安全。 二.设计任务与要求 2.1设计任务 系统的设计要求考虑到方方面面。本系统各个重要方面，如两个方面： 1.呼出气体的测量方法 对人呼出气体的测量不同于对其它气体的测量。因为人呼出一口气的时间仅一秒种左右，而且传感器感受到的乙醇气体浓度有一个从低到高再到低的过程，在这个过程中，浓度有一个最大值。 2.数据的显示方法 如果采用即时显示，检测者在短短的一秒钟内既要观察被检 1
收稿:2008年3月, 收修改稿:2008年8月 *深圳大学科研启动基金项目(No. 200818 资助**通讯联系人 e 2mail:yang hp@https://www.doczj.com/doc/f19852054.html,. cn 纳米电化学生物传感器 * 杨海朋 ** 陈仕国李春辉陈东成戈早川 (深圳大学材料学院深圳市特种功能材料重点实验室深圳518060 摘要纳米电化学生物传感器是将纳米材料作为一种新型的生物传感介质, 与特异性分子识别物质如酶、抗原P 抗体、D NA 等相结合, 并以电化学信号为检测信 号的分析器件。本文简要介绍了生物传感器的分类和纳米材料在电化学生物传感器中的应用及其优势, 综述了近年来各类纳米电化学生物传感器在生物检测方面的研究进展, 包括纳米颗粒生物传感器, 纳米管、纳米棒、纳米纤维与纳米线生物传感器, 以及纳米片与纳米阵列生物传感器等。 关键词生物传感器电化学传感器纳米材料生物活性物质固定化 中图分类号:O65711; TP21213 文献标识码:A 文章编号:10052281X(2009 0120210207 Nanomaterials Based Electrochemical Biosensors Y ang Haipeng **
Chen Shiguo Li Chunhui Chen Dongche ng Ge Zaochuan (Shenzhen Key Laboratory of Special Functional M aterials, College of Materials Science and Engineering, Shenzhen University, Shenzhen 518060, China Abstract Biosensors w hich utilize immobilized bioac tive compounds (such as enz ymes, antigen, antibody, D N A, etc. f or the c onversion of the target analytes into electroc he mically detectable products is one of the most widely used detection methods and have become an area of wide ranging research activity. The advances in biocompatible nano technology make it possible to develop ne w biosensors. A variety of biosensors with high sensitivity and excellent reproducibility based on nano technology have been reported in recent years. In this paper, the development of the researches on nano amperometric biosensors, one of the most important branches of biosensors, is revie wed. Nanoscale architectures here involve nano 2particles, nano 2wires and nano 2rods, nano 2sheet, nano 2array, and carbon nanotube, etc. Remarkable sensitivity and stability have been achieved by coupling immobilized bioactive compounds and these nanomaterials. Key words biosensors; electroche mistry sensors; nanomaterials; bioactive compounds; immobiliz ation Contents 1 Introduction to biosensors 2 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 1 Challenges and developments of biosensors 2. 2 Introduction of nanomaterials 2. 3 Nanomaterials based electrochemical biosensors 2. 3. 1 Nano particles based electrochemical biosensors
气体传感器在工业安全领域的应用(一) 2016-02-01 10:23:24 气体传感器在工业安全领域的销量是最大的，产值大约占到60%。工业安全类的传感器的全球出货量约500万只。 工业安全的分类比较多，凡是有可能产生气体爆炸、窒息或中毒的场合都会用到，这些场合包括：煤矿、天然气、钢铁厂、石油开采、炼化、空气分离、石油化工、煤化工、氨化工等。 最近十年，中国煤矿的产能大增，随着矿难的频发，国家在煤矿安全上颁布了大量的法规和行政命令，因此用在煤矿里的气体传感器数量快速增长。主要需要检测的气体是甲烷、一氧化碳和硫化氢。甲烷传感器的用量每年约100万只，CO传感器约10万只，H2S传感器约1万只。因为雾霾天和燃煤之间关系密切，国家从环保战略考虑，要求减少燃煤。因此，从2013年下半年开始，矿用仪表企业的产品销售量呈现下跌趋势。到目前为止，还看不到缓解的趋势。 天然气行业却得益于国家的环保战略。燃煤消减的这部分能源供给，需要天然气、核电、风电、太阳能发电来填充，其中绝大部分需要天然气来填充。天然气行业所需要的检测的气体包括：甲烷、一氧化碳、硫化氢、氧气。天然气行业利润较高，因此可以接受的安全仪表价格也较高，性能要求也较高。天然气管道沿线都会有加压站、每个加压站内几乎都会配红外原理的CH4检测仪表。每个加压站之间的距离少则1、2公里，多则7、8公里，因此计算一下中国天然气管道就知道大概需要多少仪表了。除了管道，沿海的LNG船只的接气站也需要配置大量的气体监测仪表。随着燃气商用车的大量推广，车载的低成本天然气监测仪表的需求也是会有爆发式增长的。 气体传感器在工业安全领域的应用(二) 2016-02-01 10:23:42 在石油开采、除杂质、运输的过程中也会用到大量气体检测仪表和传感器。石油成分很复杂，不仅含有大量液态烃，还含有水、泥沙、甲烷CH4、一氧化碳CO、硫化氢H2S，以及挥发出来的有机物气体VOC。石油工业安全隐患有两点，一是爆炸和燃烧，二是毒气扩散导致人体中毒。所用到的传感器包括: 1. 催化燃烧原理和红外原理的CH4传感器，全中国所用到的量大约20万只，用在固定表和便携表中。 2. 电化学原理的CO和H2S的用量差不多，各5万只左右。 3. 测VOC主要靠光离子化传感器PID。和石油炼化、化工合并在一起，销量约5千只。 现如今，石油最主要的用途还是提炼成汽油、煤油、航空煤油、柴油，这个产业叫炼化。在提炼的过程中，石油裂解的成分非常复杂，而且还有加氢H2工艺。因此，所需要测的气体包括CH4、H2、CO、H2S、乙烷C2H6、乙烯C2H4、丙烯C3H6，和很多种VOC。提炼完成的油品需要大型的储油罐储存，为提供漏油预警，在储油罐和管线周边都要安装气体监测仪。油品的挥发性各不相同:汽油挥发性最强、柴油较弱、航空煤油最弱。要侦测到油品的泄露，最理想的还是用能够检测到PPB——PPM级别VOC的PID，但价格也是最贵。 气体传感器在工业安全领域的应用(三) 2016-02-01 10:24:00 钢铁冶金是气体传感器应用的大户，所用到的传感器种类不多，但数量较大。
碳纳米管及其传感效应 什么是碳纳米管? 1991年，日本电气公司教授S.lijima[1] 发现了碳纳米管，这种碳纳米管是90 年代发现的碳家族中第五种同素异形体，由自然界最强的C - C共价键结合而成。碳纳米管的结构可看成是由石墨烯卷成的圆筒，碳原子在其表面呈螺旋状排列，特殊情况下可呈扶手椅和锯齿状。根据壁的层数，它可分为单壁和多壁两种；同时，根据特性矢量（n，m ，它又分为金属性和半导体性两种：当n-m为3的整数倍时，其为金属性，其余情况下则为半导体性[2]。因为特有的力学、电子、化学性质以及准一维管状分子结构和潜在应用价值，碳纳米管已成为化学界的一颗新星，引起了物理学家、化学家、材料学家极大的兴趣，各国皆投入了大量的人力、物力对它的性质、制备、应用进行了一系列的研究，并取得了可喜的成果。 碳纳米管气体传感器 纳米碳管具有中空结构和大的壁表面积，对气体具有很大的吸附能力。由于吸附的气体分子与碳纳米管相互作用，因而改变了它的费米能级的变化，进而引起宏观电阻发生较大改变，通过对电阻变化的测定即可检测气体的成分，因此，碳纳米管可用来制作气体分子传感器。当前，J.Kong等人[3]已成功地研究了单根单壁半导体碳纳米管的气敏特性，为一维碳纳米管作为敏感材料构成气敏传感器的研究打开了大门。 碳纳米管有望用做生物传感器（图）
作者：Richard Comerford 日期：2005-4-1 来源：本网 字符大小：【大】 【中】［小］ 伊利诺斯大学（位于美国伊利诺斯州乌尔班纳-香巴尼）和斯坦福大学（位于美国加 利福尼亚州）科研人员的研究结果表明：利用碳纳米管来进行生物测定的应用正在 取得快速进展。近期的实例之一就是采用纳米管来监测血液中的葡萄糖水平，这使 得糖尿病人无须通过手指采血便能够检查自己的血糖水平。 ---该研究小组开发出了对过氧化氢敏感的纳米管，当它与葡萄糖接触时，将产生数 量可变的过氧化氢。过氧化氢会使纳米管的光学性质发生变化，因此，产生的过氧 化氢越多，则纳米管在暴露于近红外激光下时所发出的荧光就越强。 0.3 mm * semi-permeab!e * membrane d-glucose carbon nanotube / \ (iLC.L&^^asse mb I ed \ protein monolayer ---研究人员称这有可能导致人们将含有交变纳米管（altered nanotube ）的小型多 孔毛细管移植到糖尿病人的皮肤下。这样，糖尿病人便可以利用具有激光指示的设 备来测量荧光强度，以定期检查自己的血糖水平 一一他们将不必抽血取样（这种 做法日积月累会令病人感到异常疼痛）。 ---此前，斯坦福大学的研究人员已经开发出了采用聚环氧乙烷链进行处理并有选择 性地针对特定蛋白质的碳纳米管。它们能够检测出与全身红斑狼疮及混合型结缔组 织疾病有关的抗原。 near-IR 匚? emission cap near-IR excitation
传感器制作报告 基于气敏传感器的厨房火灾报警系统 摘要： 厨房是人们日常生活的重要活动场所之一。随着我国经济的飞速发展，厨房也经历了一场变革，许多市民家庭、酒楼饭店实现了厨房电气化，但同时也增加了火灾负荷。近年来因为厨房失火而造成的火灾频繁发生，不仅极大地影响了民众生活，对财产造成了极大破坏，更有可能危及人们的生命。厨房火灾的危害性不容轻视。本文基于以上考虑，通过基于气敏传感器的厨房火灾报警系统设计，旨在尽早提醒人们厨房火灾将要发生或已经发生，及早发现灾害，进行灭火措施的操作，避免火灾的发生，尽量减少其危害。该报警系统适用于一般家庭厨房、酒楼饭店较大型的厨房。 Abstract: Kitchen is one of the most important activity places in people’s life.Along with the rapid development of China's economy, kitchens are also experiencing a great change. While many families and restaurants are kitchen-electrification realized, the fire load are also increased. In recent years, fire happened in the kitchen occurs frequently, which not only greatly influence the public, leading to great loss of property, but alse endanger people's life. The damange of kitchen-fire can’t be ignored. According to the considerations mentioned above, the Design of Kitchen-fire Alarming System based on Gas Sensors, aims to alarm people the disaster of fire , trying to minus the damage. This alarming system is suitable for kitchens in normal families, as well as large kitchens in restaurants and hotels. 关键词： 厨房火灾气敏传感器报警系统 Key Words： Kitchen-Fire Gas Sensor Alarming System 一、绪论 火灾自动报警系统属于自动化范畴，是当前楼宇自动化的一个主要构成系统。其设置目的是为了防止和减少火灾危害，保护人身和财产安全。火灾报警技术是预防火灾的一项基础工作，应用范围广泛。报警早，损失少，不仅对发生火灾的单位和个人具有重要作用，而且对公安消防监督机构及时扑灭火灾、减少人员伤亡和财产损失同样具有十分重要的现实意义。 二、设计思路 火灾自动报警系统主要由探测器（传感器）、报警器、排气装置三部分组成。探测器主要对是否有火灾发生进行判断，判断标准为火灾参数：烟雾浓度、有毒气体浓度、光、火焰辐射、温度等。 在确认火灾发生后，通过报警器产生信号，如声音、灯光等方式告知人已有火灾发生。 具体设计思路如下： （1）探测器
课程设计任务书 分院（系）信息学院专业测控技术与仪器学生姓名李东宾学号1003020223 设计题目气敏传感器及其应用——酒精测试仪 内容及要求： 1）根据AT89C51及其敏传感器，设计酒精测试仪。 2）能够显示吹入气体量的大小是否合格。 3）当酒精超标时有相应报警装置。 4）测量电路应包括A/D转换器、LCD及报警电路。 要求在课程设计报告中给出： 1）装置的结构和电路原理图。 2）调试过程，说明发现的向题及处理过程。 3）分析存在的问题。 4）收获与改进方案。 进度安排： 下达任务时间： 2012年12月10日 文件检索及方案设计： 2012年12月10日——16日 写报告、答辩、原理设计及仿真： 2013年1月7日——13日 指导教师（签字）： 年月日分院院长（签字）： 年月日
成绩评定表 学生姓名李东宾班级学号1003020223 专业测控技术与 仪器课程设计题目气敏传感器及其应 用——酒精测试仪 评 语 组长签字： 成绩 日期20 年月日
目录 1、引言 (4) 2、系统总体设计方案 (4) 3、系统硬件与软件设计 (5) 3.1、硬件 (5) 3.1.1、传感器选择 (5) 3.1.2、A/D转换器 (7) 3.1.3、 MCS-51系列单片 (10) 3.1.4、LED显示电路 (12) 3.1.5、键盘电路 (13) 3.1.6、报警电路 (13) 3.2、软件设计 (13) 3.2.1、主程序框图 (14) 3.2.2、数据采集子程序程序框图 (14) 3.2.3、报警子程序程序框图 (15) 4、主要器件清单： (16) 5、系统调试与测试结果： (16) 6、测量结果分析： (17) 7、总结： (17) 参考文献： (17)
1国内外气敏传感器的产生与发展 气敏传感器又称“气体传感器”，是指利用各种化学、物理效应将气体成分、浓度按一定规律转换成电信号输出的传感器件，是化学传感器中最活跃的一种。早在20世纪30年代人们就已发现金属氧化物具有气敏效应，而半导体气敏元件则是在60年代初期研制成功的，最先研制的ZnO薄膜元件，它是利用ZnO薄膜电阻接触的可燃性气体浓度增加而下降，实现对可燃性气体检测。继而又发现在SnO2中添加Pt或Pd等贵重金属做增感剂能提高其灵敏度[1]。 日本气体传感器经过20多年的发展，其制造技术与产品水平已提高到相当水准，由日本费加罗技术研究公司规模生产的SnO2系列气敏传感器达21种规格，广泛用于11种气体的测量。在美国，氧传感器主要用于汽车发动机空/燃比控制和家用报警器。英国电气阀门公司生产的催化燃烧型气敏传感器，德国DraegerwerkAG生产的医用薄膜型气敏传感器，瑞士CerbertlsLlmited生产的火灾报警用气敏传感器等，都是世人所熟悉的[2]。 20世纪70年代中期我国开始研制金属氧化物半导体气敏传感器和钯栅MOS场效应氢敏晶体管，并开始在家用燃气报警器和电力工业变压器油变质监测上应用。近年来我国的气敏传感器技术飞速发展，全国有30多所高等院校和研究所研究开发各种类型的气敏传感器，在工艺方面引入表面掺杂、表面覆膜以及制作表面催化反应层和修隔离层等工艺；另外新研究的AL2O3气敏材料、石英晶体和有机半导体也开始用于气敏材料。但与国外发达国家相比还有较大差距，主要体现在产品生产技术和产业化等方面。 2工作原理 气敏电阻的材料是金属氧化物，在合成材料时，通过化学计量比的偏离和杂志缺陷制成，金属氧化物半导体分N型半导体，如氧化锡、氧化锌等，P型半导体，如氧化钴、氧化铅等。为了提高某种气敏元件对某些气体成分的选择性和灵敏度，合成材料有时还掺入了钯、铂、银等催化剂。 金属氧化物在常温下是绝缘的，制成半导体后却显示气敏特性。通常器件工作在空气中，空气中的氧和二氧化氮这样的电子兼容性大的气体，接受来自半导体材料的电子而吸附负电荷，结果使N型半导体材料的表面空间电荷层区域的传导电子减少，使表面电导减小，从而使器件处于高阻状态。一旦元件与被测还原性气体接触，就会与吸附的氧起反应，将氧束缚的电子释放出来，敏感膜表面电子增加，使元件电阻减小。该类气敏元件通常工作在高温状态（200～450℃），目的是为了加速上述的氧化还原反应[3]。 例如用于家庭或工业可燃性气体的检测、简陋报警器电路中所采用的MQ-5型气敏传感器就属于可燃性气敏传感器，如图1所示。它对液化气、天然气、城市煤气等具有较高的灵敏度，而对乙醇、烟雾几乎不起反应，并且具有灵敏度高，响应速度快，稳定性好，寿命长，驱动电路简单等优点。 图1MQ-5型气敏传感器 MQ-5型气敏传感器由微型氧化铝陶瓷管、氧化锌敏感层、测量电极和加热器构成。敏感元件固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。封装好的气敏元件有6个管脚，其中4个用于信号输出，2个用于提供加热电流。MQ-5型气敏传感器引脚排布图如图2所示，MQ-5型气敏传感器使用接线图（如图3所示）。 图2MQ-5型气敏传感器引脚排布图 图2中H-H表示加热极（如5V），A-A、B-B表示传感器敏感元件的两个极。 图3MQ-5型气敏传感器使用接线图 图3中“V”为传感器的工作电压，同时也是加热电压。当气敏传感器加热后，环境中的可燃气体浓度加大时，传感器的内阻将迅速减小，利用该特性结合分压原理，可知输出电压的值将逐渐增大，当超过设定的阀值时，可产生相应的操作。 3主要应用 近年来，气敏传感器的应用越来越广泛，其中最主要的任务是防止突发事故，提高生活质量，保障生产过程安全性。 3.1用于监控易燃气体泄漏和检测有害气体成分 气敏传感器主要用于测定气体浓度，当安装在厨房、工厂、矿山以及其它公共场所的气敏传感器检测到有害气体浓度达到一定值时，会给出相应信号，并发出声音报警，提醒人们注意。 3.2用于检测环境质量 在办公室、住宅、汽车、飞机等较密闭环境安装气敏传感器，一方面由于即使少量的有害气体也会对人体造成伤害，所以可用于检测环境质量；另一方面也可用于检测二氧化碳浓度是否超标，提醒人们注意通风换气。 3.3用于检测酒精气体浓度 陶瓷气敏传感器可用于分析酒精蒸汽的含量。当酒后驾驶员对准传感器检测口吹气时，由于其血液中含有一定的酒精成分，传感器中电阻会发生与酒精浓度成比例的变化，并显示相应数值。 3.4用于检测气味和食物原料分类 气味检测是气敏传感器未来的主流方向之一，最有潜力的应用领域是食品工业和医学，还有家住环境和舒适度的调节（下转第312页） 气敏传感器的研究现状及发展趋势 鲁珊珊1李立峰2 (1.内蒙古机电职业技术学院，内蒙古呼和浩特010018；2.内蒙古电力勘测设计院，内蒙古呼和浩特010018) 【摘要】本文以气敏传感器为研究对象，介绍了国内外气敏传感器的产生及现状，详细分析了气敏传感器的工作原理，阐述了主要应用领域，并最终依据现状总结出气敏传感器的未来发展趋势。 【关键词】气敏传感器；应用；发展趋 势 作者简介：鲁珊珊(1981.9—)，女，山东潍坊人，硕士，内蒙古机电职业技术学院，教师。李立峰(1981.5—)，男，山东淄博人，博士，内蒙古机电力勘测设计院。 282
碳纳米管及其传感效应 什么是碳纳米管？ 1991年，日本电气公司教授S.Iijima[1]发现了碳纳米管，这种碳纳米管是90年代发现的碳家族中第五种同素异形体，由自然界最强的Ｃ-Ｃ共价键结合而成。碳纳米管的结构可看成是由石墨烯卷成的圆筒，碳原子在其表面呈螺旋状排列，特殊情况下可呈扶手椅和锯齿状。根据壁的层数，它可分为单壁和多壁两种；同时，根据特性矢量（n，m），它又分为金属性和半导体性两种：当n-m为3的整数倍时，其为金属性，其余情况下则为半导体性[2]。因为特有的力学、电子、化学性质以及准一维管状分子结构和潜在应用价值，碳纳米管已成为化学界的一颗新星，引起了物理学家、化学家、材料学家极大的兴趣，各国皆投入了大量的人力、物力对它的性质、制备、应用进行了一系列的研究，并取得了可喜的成果。 碳纳米管气体传感器 纳米碳管具有中空结构和大的壁表面积，对气体具有很大的吸附能力。由于吸附的气体分子与碳纳米管相互作用，因而改变了它的费米能级的变化，进而引起宏观电阻发生较大改变，通过对电阻变化的测定即可检测气体的成分，因此，碳纳米管可用来制作气体分子传感器。当前，J.Kong等人[3]已成功地研究了单根单壁半导体碳纳米管的气敏特性，为一维碳纳米管作为敏感材料构成气敏传感器的研究打开了大门。 碳纳米管有望用做生物传感器(图)
作者：Richard Comerford 日期：2005-4-1 来源：本网 字符大小：【大】【中】【小】 伊利诺斯大学（位于美国伊利诺斯州乌尔班纳-香巴尼）和斯坦福大学（位于美国加利福尼亚州）科研人员的研究结果表明：利用碳纳米管来进行生物测定的应用正在取得快速进展。近期的实例之一就是采用纳米管来监测血液中的葡萄糖水平，这使得糖尿病人无须通过手指采血便能够检查自己的血糖水平。 该研究小组开发出了对过氧化氢敏感的纳米管，当它与葡萄糖接触时，将产生数量可变的过氧化氢。过氧化氢会使纳米管的光学性质发生变化，因此，产生的过氧化氢越多，则纳米管在暴露于近红外激光下时所发出的荧光就越强。 研究人员称这有可能导致人们将含有交变纳米管（altered nanotube）的小型多孔毛细管移植到糖尿病人的皮肤下。这样，糖尿病人便可以利用具有激光指示的设备来测量荧光强度，以定期检查自己的血糖水平——他们将不必抽血取样（这种做法日积月累会令病人感到异常疼痛）。 此前，斯坦福大学的研究人员已经开发出了采用聚环氧乙烷链进行处理并有选择性地针对特定蛋白质的碳纳米管。它们能够检测出与全身红斑狼疮及混合型结缔组织疾病有关的抗原。
气敏传感器的应用 摘要：介绍其敏传感器的现状和发展趋势。随着科技技术的发展，检测技术为重要的科技手段之一。随着微电子技术的发展和普及，传感器称为新的市场需求，对传感器的性能，用途日益有着新的要求和研究价值。 引言：随着科技的发展，针对围绕着生活和工业等周围的气体中的有害物质的测定，成为了一项重要的难题。其中其敏传感器为其中味重要的科研课题。目前的气敏传感器应用到气体探测器、烟雾报警器、虚拟嗅探犬、酒精浓度测试器等领域。 1.气敏传感器的主要特征 气敏传感器大致是为了检测气体成分和含量为目的研究的传感器。包括物理和化学方法。气敏传感器主要分为，：半导体型气敏传感器、电化学型气敏传感器、固体电解质气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器、光化学型气敏传感器、高分子气敏传感器等。还有红外吸收型、石英振荡型、光线型、热传导型、声表面波型、气体色谱法等。 电阻式半导体气敏元件是根据半导体接触到气体时其阻值的改变来检测气体的浓度；接触燃烧式气体传感器是基于强催化剂是气体在其表面燃烧时产生热量，使传感器温度上升；电容式传感器是利用敏感材料给付气体后其家电常数发生改变导致电容变化；电化学式气体传感器，主要利用两个电极之间的化学电位差，一个在气体中测量气体浓度，另一个固定的参比电极。红外吸收型传感器，当红外光通过待测气体时，这些气体分子对特定波长的红外光游戏手，其吸收关系服从朗伯比尔吸收定律，通过光强的变化测出气体的浓度。 气敏传感器的主要特征有稳定性、灵敏度、选择性、抗腐蚀性等特点。 稳定性主要表现在零点漂移区间漂移，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%。灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要取决于传感器结构所使用的技术。选择性也称为交叉灵敏度。可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定。这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应。抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标其体重的能力。 2.气敏传感器的应用 SnO2是目前气敏传感器的广泛被利用的材料。它有灵敏度高，结构简单，体小质轻，坚固耐用等优点。SnO2 粉体的粒径大小,颗粒的形状、均匀性、稳定性都直接影响着制成的气敏器件的灵敏度、功耗、响应恢复特性及稳定性等重要参数。利用溶胶- 凝胶法合成SnO2 超微粒子主要以有机金属化合物为起始材料或以大批量有机试剂来制备SnO2 ,但有机金属 试剂较昂贵,给大量制备带来困难。因而通常是以廉价的SnCl4 为起始原料,加入少量溶胶形成助剂,促进其溶胶形式。溶胶- 凝胶法制备出粉体材料具有粒子分布均匀,纯度高,比表面积大,活性好,烧结温度低等优点。 但尽管SnO2 作为气敏材料日益受到重视,但由于其在应用中仍有一定缺陷,限制了它更为广泛的使用:低温条件下工作稳定性的控制;空气中湿度的影响;一些掺杂元素催化原理的探索;气敏特性测试手段的提高等等 3.纳米传感器及其在气敏传感器中的应用。纳米材料在气敏传感器的应用中有如下特点：①纳米固体材料具有庞大的界面,提供了大量气体通道,从而大大提高了灵敏度; ②工作温度大大降低; ③大大缩小了传感器的尺寸。 纳米传感器材料的发展展望。对于多壁碳纳米管制作的气敏传感器,虽然也可在室温下工作,但在复杂的气体环境中使传感器具有选择性却是一个亟待解决的问题。随着纳米技术的进一步发展,这些问题必将会被很好地解决,纳米传感器亦将获得巨大的发展。 4.气敏传感器的发展和展望 向多功能，低耗能，集成化方向发展。而且还有生物芯片的开发应用方面的展望，和应
2 在生活领域，随着城市能源结构的调整与改变，城市煤气已经进入千家万户，并以其清洁、方便的特点得到迅速普及。但通常由于使用不当或使用器具不合格或其他因素造成煤气泄漏，使CO泄出后造成的人员中毒事故时有发生，燃煤及燃气热水器不充分燃烧时造成CO的聚集而导致居家人员中毒伤亡的事件也不少见；在工业领域，CO气体的生产、制造、应用等也需控制其浓度范围；在采矿行业，地下矿井的CO气体也需要检测报警。在环保方面汽车尾气中CO 的检测也被日益重视。因此，各种CO气体监测及预警装置正在得到越来越广泛的应用，CO 电化学气体传感器的研究也成为了热点。 3 在容器内的相对两壁，安置工作电极和对比电极，其内充满电解质溶液构成一密封结构，再在工作电极和对比电极之间加以恒定电位差而构成恒压电路。透过隔膜(多孔聚四氟乙烯膜)的CO气体，在工作电极上被氧化，而在对比电极上02被还原，于是CO被氧化而形成C02。在 工作电极与对比电极之间始终发生着这个氧化-还原的可逆反应，并在两个电极间产生了电位差。由于在两个电极上发生的反应都会使电极极化，这使得电极间电位难以维持恒定，为了维持电极间电位的恒定，加入一个参比电极。在三电极电化学气体传感器中，其输出信号所反应的是参比电极和工作电极之间的电位变化，由于参比电极不参与氧化或还原反应，因此，它可以使电极间的电位维持恒定(即恒电位)，此时电位的变化就同一氧化碳气体浓度的变化直接有关。 4 在同一传感器中，除C之外的参数是一定的，所以电解电流与气体浓度成正比。（翻上一页ppt）此时，作用电极与对比电极之间的电流就是I，根据此电流值就可知CO气体的浓度。 5 气体传感器采用的是Clark电极，即扩散型气体传感器。气体从下方进入传感器，通过透气膜和筛选膜进入传感器的腔体，并在腔体的电解液中经扩散到达电极表面进行电极反应。由于电极反应本身的速度很快，此类传感器的响应时间主要消耗在气体在电解液中的扩散到电极表面这一过程。所以，为了提高响应速度，电极应尽量靠近筛选膜，减少气体的扩散距离，使气体穿过两层膜进入电解液后能很快到达电极表面。 6 本传感器利用Pt溶胶修饰Pt丝微电极，Pt的强度大、韧性好，适合加工制作微型电极，而且其熔点高、惰性大、在高温时不容易氧化，所以，便于制作。 7 在低浓度范围内，峰电流与CO的浓度成良好的线性关系，表明该传感器适宜于定量检测CO 的浓度。当CO超过一定的浓度时，峰电流的增加更加缓慢，并最终趋向平坦，这是由两个方面的因素造成的：一是CO在电解液中的溶解度有限，达到饱和后注入的CO并不能增加修饰电极表面周围溶液中CO的浓度；二是修饰电极本身具有一定的敏感范围限制，当CO超过一定浓度时，电极自身达到“饱和”状态。 8 碳纳米管由于其独特的结构和奇特的物理、化学、力学特性以及其潜在的应用前景，科学工作者已对 其气敏特性开始进行大量的研究。作为电极使用时，其优良的导电性能将会很好地促进电活性物质的 电子传递，对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应。 9 此传感器是将多壁碳纳米管自组装到铂微电极上，制备多壁碳纳米管粉末微电极，并以该电极作为工作电极。混合酸处理多壁碳纳米管后，将多壁碳纳米管修饰在微铂电极表面，制成多壁 碳纳米管粉末微电极用于CO检测的研究，发现该修饰电极对CO有显著的电催化作用。 10
第4章电位器式传感器 基本题： 4.1电位器的主要用途是什么？ 4.2电位器的特点是什么？ 4.3什么是电位器的阶梯特性？在实际使用时，它会给电位器带来什么问题？ 4.4研究非线性电位器的出发点是什么？如何实现非线性电位器？ 4.5什么是电位器的负载特性和负载误差？如何减小电位器的负载误差？ 4.6证明图4.4.5指出的“所设计的非线性特性3为原线性电位器负载特性2关于线性特性1的镜像”。 4.7一骨架截面为圆形的电位器，半径为a 。现用直径为d 、电阻率为ρ的导线绕制，共紧密地绕了W 匝。试导出该线绕式电位器的灵敏度表达式(注意：导线直径d 不可忽略)。 4.8试设计一电位器的电阻特性。它能在带负载情况下给出X Y =的线性特性，如图 4.1所示。给定电位器的总电阻Ω=1000R ，负载电阻f R 分别为Ω50和Ω500。计算时取X 的间距为0.1。X 和Y 分别为相对输入和相对输出。 图4.1带负载的电位器 4.9试设计一分流电阻式非线性电位器的电路及其参数。要求特性如图4.2所示，所用线性电位器的总电阻为1000Ω，输出为空载。
图4.2非线性电位器的输出特性 4.10图 4.3为一带负载的线性电位器。试用解析和数值方法(可把整个行程分成10段)，求(a),(b)两种电路情况下的端基线性度。 图4.3带负载的电位器 4.11有一非线性电位器R x ()，x 为行程，其范围为L x ≥≥0，且x L =时阻值为R 0。当负载电阻为R f 时，其电压的输出特性为行程x 的线性函数。试设计R x ()。若R x ()是骨架截面积为圆形的线绕式电位器，试讨论其实现的可能方式，并用简图示意出最佳方案。 4.12图4.4给出了某位移传感器的检测电路。in U =12V ，k Ω100=R ，AB 为线性电位器，总长度为150mm ，总电阻为30Ωk ，C 点为电刷位置。问 (1)输出电压out U =0V 时，位移x =? (2)当位移x 的变化范围为10～140mm 时，输出电压out U 的范围为多少？ 图4.4电位器式位移传感器检测电路 4.13某线绕式电位器的骨架直径0D =10mm ，总长0L =100mm ，导线直径d =0.1mm ，电阻率6106.0-?=ρm ?Ω，总匝数W=1000。试计算该电位器的空载电阻灵敏度 4.14某线绕式非线性电位器的骨架宽度b ＝8mm ，高度x x h 02.010)(+=mm ，x 为电位器的工作位移，导线的截面积S=0.032mm ，电阻率m 1072.06?Ω?=-ρ，绕线节距1.0=t mm ，当该电位器工作位移范围为0～100mm 时，试计算出其电阻灵敏度的范围。 4.15给出一种电位器式压力传感器的结构原理图，并说明其工作过程与特点。
《传感器原理及应用》 创新性应用课题研究报告 题目：基于气敏传感器的酒精测试系统学院：自动化工程学院 年级专业：2012级电子信息科学与技术 姓名：韩佳林、罗荣伟、于帅、孙建超任课教师：迟宗涛 2015年12月20 日
目录 1 绪论 (1) 1.1 呼吸气体酒精浓度检测报警仪开发背景 (4) 1.2呼吸气体酒精浓度检测报警仪的简介 (4) 1.3呼吸气体酒精浓度检测报警仪课程设计基本要求与设计简介 (5) 2 单片机最小系统介绍 (6) 2.1 STC89C52简介 (6) 2.2 复位电路介绍 (8) 2.3 晶振电路介绍 (9) 3 信号采集和AD转换过程的软硬件设计 (10) 3.1 MQ-3酒精浓度传感器模块简介 (10) 3.2 AD转换软硬件件设计 (11) 3.2.1 ADC0804简介 (11) 3.2.2 本设计中ADC0804外围硬件连接 (13) 3.2.3 本设计中AD转换软件实现 (14) 4 显示模块软硬件设计 (16) 4.1 LCD1602简介 (16) 4.2 本设计中LCD1602的硬件连接介绍 (17) 4.3 本设计中LCD1602的软件设计 (17) 4.3.1 本设计的液晶写命令子函数和写数据子函数程序分析 (17) 4.3.2 本设计中用到的液晶指令介绍 (19) 4.3.3 本设计中的字符串显示和数据实时更新的实现方法 (19) 5. 其它外围设备软硬件设计 (22) 5.1 报警电路软硬设计 (22) 5.1.1 硬件部分设计 (22) 5.1.2 软件部分设计 (22) 5.2 待机指示灯软硬件设计 (23) 5.2.1 硬件部分设计 (23) 5.2.2 软件部分设计 (23)
东南大学 seminar课程简介 课程名称纳米孔生物传感器研究（Nanopore biosensor research） 任课教师刘全俊工作单位生医学院职称教授 Email 联系电话 任课教师教学科研简介： 任课教师自1999年研究生毕业后在东南大学生物科学与医学工程学院任教，同年进入分子与生物分子电子学教育部重点实验室（现生物电子学国家重点实验室）从事科研与教学工作。2004年、2005年分别赴香港中文大学与匈牙利科学院作短期访问研究，并于2010年赴美国斯坦福大学进行了为期一年的访问学者的研究工作。2008年获全国百篇优秀博士学位论文奖，2009年入选教育部“新世纪优秀人才计划”，江苏省高校“青蓝工程”中青年学术带头人，江苏省生物技术协会第六届理事。 作为项目负责人，近年来已经主持完成国家自然科学基金项目2项（60341002，60671019），国家863高技术项目2项（2003AA2Z2070，2012AA02A103），中匈政府科技合作项目1项（CHN26/2006），国际合作项目1项（2009DFA32750），江苏省科技攻关项目2项，南京市科技攻关项1项。目前在研国家自然科学基金项目1项（61071050）,国家重大基础研究计划项目973子课题1项（2011CB707605-01）。发表论文30余篇，参与编写专著2部，参与翻译专著1部，申请专利二十余项.其中国际发明专利1项,已授权专利十余项。
主要研究方向为新一代基因测序、基因芯片、生物与化学传感器、单分子检测研究。近年集中在纳米孔生物传感器、纳米孔单分子检测器件、新型单分子检测系统的专项研究。已经建立完成了纳米孔基因测序系统测试平台，纳米孔加工技术及信号分析基础软件。 课程简介（含对学生基础的要求等,特别注明拟上课所在校区）：本课程是一门研讨（Seminar）课程，主要是为对纳米孔生物传感器研究有兴趣的学生开设的参与讨论、表达自己观点的课程。它将提供适当的研究素材，组织修课学生就基于纳米孔生物传感器的单分子检测研究的热点问题，进行主动思考、探索或研究。 本课程的教学目标：着重培养学生科学的思维方法和研究方法，有效拓宽学生跨学科的知识面，培养学生根据所研讨的课题进行调研、查阅资料、提出解决问题的思想、方法和技术路线等的能力，同时通过研讨培养学生的表达和交流能力。 本课程面向全校学生，特别欢迎生物、医学学科以及对纳米孔传感器和单分子检测技术有兴趣的学生参加，班级规模为20人左右。拟在四牌楼校区上课。 教学设计方案： 本课程选取纳米孔生物传感器研究领域的前沿科学创新，介绍纳米孔测序技术的起源，阐明该技术发展过程中的优缺点，及其未来发展方向和函待解决的科学难题。 本课程的总学时为32学时（其中6学时为课堂讲授，10学时为课堂讨论，16学时为课外学时，用于学生准备课题讨论所做的查阅资料等自学活动）。
基于单片机的气敏传感器测试系统 [摘要] 本文介绍一种新型的气敏传感器测试系统的设计方法。该系统基于具有语音处理功能的凌阳SPCE061A单片机，能同时进行多路传感器测试、过程控制，及用虚拟仪器完成数据处理，并能用语音直接播报测试结果，克服了目前气敏传感器人工操作测试带来的效率低、误差大、操作人员长时间工作等问题。 [关键词] 气敏传感器单片机语音播报 一、引言 气敏传感器是能够感知环境中某种气体及其浓度的一种敏感器件，它将气体成分、浓度等有关的信息转换成电信号，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。目前，人们对气敏传感器的测试方法主要停留在用人工手动的方式来操作，开发出一种实用高效的智能化传感器测试装置是极为必要的。而语音信号是信息的又一主要载体，如果在这些测量场合能用语音直接报出结果，将给操作人员带来极大方便，下面就介绍一种具有新功能的新型的气敏传感器测试系统。 二、气敏传感器测量原理 作为气体敏感材料的半导体氧化物的气—电转换机理是：在不同气体中，半导体氧化物材料发生的氧化—还原反应不同，从而引起材料电导（电导与电阻互为倒数）的不同变化，使传感器分辨出被测气体。因此，只要能测量出已知气体中气体传感器电导的变化，就可测量出该气敏传感器的性能指标。气敏传感器的测试电路如图1所示，负载电阻R L串联在传感器中，串联回路施加工作电压V C，V F 为热丝两端加热电压。在洁净空气中，传感器的电阻R O较大，在负载电阻R L上的输出电压 图1 气敏传感器的测试电路 较小；当在待测气体中时，传感器的电阻 R O变得较小，则负载电阻R L上的输出电压较大，其电压值与V RL器件的电阻值R O之间的关系如下： R O= RL L RL C V R V V) ( 式中：为V C测量电压，一般为5V；V RL为负载电压；为R L负载电阻（已知）；R O为元件的电阻值。随着已知气体浓度不同，负载电压产生不同变化，传感器的元件阻值也会产生相应的变化，而根据不同气体环境下元件电阻的阻值，就可判断出该传感器的指标是否符合标准值。 三、系统硬件设计 气敏传感器测试系统如图2所示，由元件测试箱和PC微机两部分组成。元件测试箱主要
收稿日期:2006-04-16 收修改稿日期:2006-05-30 基于ARM 的高阻气敏传感器测试电路 潘国峰,刘兰普,孙以材,何 平 (河北工业大学,天津 300130) 摘要:将ARM7应用到气敏传感器中,利用其强大的数据计算处理能力及控制能力,结合气敏薄膜材料的高阻值特 点,设计出了显示气敏元件阻值及其所处气体浓度的测试电路。该电路以LPC2131实时监测电源电压,自动调整占空比,实现对温度的准确控制,并测量气敏薄膜的电阻。经气体浓度和元件阻值的校准后,电路可显示被测气体浓度,同时提供一个友好的用户界面,并具备报警功能,实现了智能气敏传感器的测量电路。完全满足气敏测试需要,电阻的测量精度达到±012%。 关键词:ARM ;高阻测量;气敏传感器中图分类号:TP212.6;TP216 文献标识码:A 文章编号:1002-1841(2006)10-0045-03 N e w Testing Circult B ased on ARM for H igh Eesistance G as Sensors PAN G uo 2feng ,LI U Lan 2pu ,S UN Y i 2cai ,HE Ping (H ebei U niversity of T echnology ,Tianjin 300130,China) Abstract :The increasingly popular ARM microprocess or was applied to the testing circuit for gas sens ors.C ombining the powerful data calculation and control capability of ARM with the high resistance characteristic of gas sensitive film ,the microprocess or LPC2131controls instantly power πs v oltage ,the functions of the circuit are controlling the gas sens ors w orking temperatures ,and measuring the re 2sistance of gas sensitive film.A fter calibration of relationship between the gas concentration and component resistance ,this circuit not on 2ly can display the gas sens or πs resistance and the tested gas concentration ,but als o can provide us with a user πs interface very friendly ,it fulfill the needs of gas sens or test perfectly ,the resistance measuement precision is 012%.K ey w ords :ARM ;high resistance test ;gas sens ors 0 引言 近些年来,我国的气敏传感器研究发展迅速,对气敏传感器的检测与应用也越来越普遍[1-3]。文中采用了当前普遍用于工业控制与测量中的具有ARM7内核的LPC2131,成功设计了高阻值气敏传感器测量电路。ARM7系列为低功耗32位微控制器,最适用于低价位、低功耗和高敏感器件的应用,它具有嵌入式在线仿真调试逻辑,非常低的功耗,能提供0.9MIPS/MH z 的3级流水线和冯?诺依曼结构。用带ARM7核的微处理器为核心构成的系统,可以大大简化主机电路和外围电路的设计,真正做到根据仪器、仪表的功能需求进行配置、裁剪、扩充和移植,以实现强实时和高可靠性[4]。1 气敏传感器的工作原理 气敏传感器以陶瓷管为框架,外覆一层敏感膜的材料,利用膜两端的镀金引脚进行测量。敏感膜的材料最常用的有金属氧化物、高分子聚合物材料和胶体敏感膜等。它的两个关键部分是加热电阻和气体敏感膜,其结构原理如图1所示。金电极连接气敏材料的两端,使其等效为一个阻值随外部待测气体浓度变化的电阻。当待测气体的浓度发生变化时,电阻阻值也相应发生变化[6],该电路即以测量气敏传感器的电阻值为基础,通过中心处理单元———带有ARM7内核的LPC2131,进行数据处理、误差补偿,经校准气体的浓度和元件的阻值后,间接得到气体的浓度值,将其输出到显示电路进行显示。 图1 气敏传感器结构原理 2 系统设计2.1 系统总体设计 系统共分为6个部分:电源电路、加热电路、传感器信号采集电路、中心处理电路、显示电路、电压转换电路。总体电路框图如图2所示。 图2 系统原理框图 2.2 电源电路 该系统为9V 单电源供电,但由于系统内各芯片工作电压 及对电源稳定性的要求不同,所以电源部分由几部分构成: (1)微控制器的工作电压为313V ,采用的AS1117进行电 2006年 第10期 仪表技术与传感器 Instrument T echnique and Sens or 2006 N o 110