基于支撑双分子层膜的智能生物传感器系统研究

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通过实验研究,了解基于支撑双分子层膜(s-BLM)电极的修饰及其对典型离子的敏感特性,提出一种新的s-BLM制作工艺和方法,通过实验对比分析新制作方法的优点,分析s-BLM生物传感器的敏感机理以及修饰剂的作用机理,利用数值方法模拟和分析s-BLM体系,进行s-BLM的应用基础研究。提出了无线智能生物传感器系统,进行了基于s-BLM的生物传感器系统的开发。初步实现了基于s-BLM的生物传感器数据的无线收发和智能化,构建了无线智能生物传感器系统框架。具有生物膜结构和生物兼容性的BLM易于修饰,可以方便的通过现有的一些修饰方法将功能分子嵌入到BLM中,实现BLM对不同物质的检测。分析了BLM成膜过程电参数的变化特性;利用CHI600电化学工作站,研究了缬氨霉素、冠醚、I2、C60/C70等修饰剂对s-BLM的修饰及其对相应离子的敏感特性。在研究温度对s-BLM伏安特性的影响的基础上,提出了膜形成与否的“相变温度判据”。 提出了一种新的s-BLM制作工艺方法,初步研究了支撑端面机械特性——支撑端面平整度和面积对s-BLM电特性的影响。从微观角度对新的处理方法与传统方法(剪切法)进行了比较,并利用循环伏安(CV)法对比研究了支撑端面平整度对BLM特性的影响。结果表明,新方法克服了传统方法所表现出的CV曲线紊乱的现象。对支撑端面面积对膜电容特性的影响及其机理进行了分析。从电化学和生物学角度,利用双电层理论分析了s-BLM的敏感机理,借助于分子生物学相关知识对修饰剂的作用机理进行了定性描述,并就海藻糖和胆固醇对膜的稳定作用机理进行了简要分析。根据电化学动力学理论,利用有限元方法,模拟分析了循环伏安法过程中被测物在s-BLM中的扩散过程。通过对电极的深入分析,基于s-BLM等效电路模型,模拟分析了s-BLM的电特性,为s-BLM电参数的定量分析提供了一种有效方法。根据所提出的无线智能生物传感器系统的概念,以MCU为控制单元,结合无线收发芯片,初步建立了基于无线技术的传感器数据采集及短距离无线传输系统,实现了系统的智能化设计。为进一步实现环境污染的远程监测、移动(非卧床)病人的监护以及正常人群的健康诊断的实现做了前期基础研究工作。采用人工神经网络来扩展基于s-BLM的传感器的敏感范围,并利用神经网络进行了s-BLM传感器数据的智能化处理,基本实现了基于s-BLM的智能传感器系统。
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