發(fā)布時間：2018-05-06 18:07

  本文選題：電感傳感器 + 無線遙感��； 參考：《湖南大學(xué)》2010年碩士論文

【摘要】：本文致力于無線遙感電感傳感器的研發(fā),并首次將其應(yīng)用于生物化學(xué)分析中。電感是衡量線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)能力的物理量。傳感器由蝕刻的感應(yīng)芯片(sensor)和螺線管(loop antenna)兩對互感線圈組成,其中感應(yīng)芯片浸沒在檢測的溶液中,當(dāng)液體介質(zhì)電導(dǎo)率和介電常數(shù)發(fā)生變化時,將改變螺線管線圈和感應(yīng)芯片線圈的互感作用,同時也改變螺線管線圈和感應(yīng)芯片線圈的共振頻率。因此,可以利用線圈電感的變化來間接檢測感應(yīng)芯片周圍的液體的性質(zhì)。感應(yīng)芯片線圈信號的激發(fā)與傳送是通過磁場進行的,作為感應(yīng)元件的芯片與檢測儀器之間不需任何的物理連接,屬于無線遙感(wireless, remote)傳感器。電感傳感器無線遙感的特征及無損、無污染的檢測使其在很多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景�；谏鲜鲈�,本論文主要開展了以下幾方面的研究工作: (1)無線遙感電感傳感器的研發(fā)首次研發(fā)了以電感為檢測信號的無線遙感傳感器,論證了其檢測原理并對基礎(chǔ)物理參數(shù)(螺線管線圈的匝數(shù)、浸沒的液體體積、螺線管線圈匝數(shù)和液體體積的比值)進行了優(yōu)化。該傳感器的感應(yīng)芯片體積小、制作簡單,并可重復(fù)利用,可實現(xiàn)實時檢測。 (2)無線遙感電感傳感器對不同水樣總鹽度的測定基于感應(yīng)芯片在不同的溶液介質(zhì)中會與螺線管線圈產(chǎn)生不同的互感效應(yīng),可以用不同的電感值來反應(yīng)不同溶液介質(zhì)的性質(zhì)。采用5種不同的鹽溶液(氯化鉀、磷酸鹽緩沖溶液、硫酸鈉、氯化鈣、硫酸鎂)研究了電感傳感器對鹽濃度的響應(yīng)。在被測溶液鹽濃度為0 ~ 0.8mM之間,傳感器的響應(yīng)與鹽濃度成線性,氯化鉀、硫酸鈉、氯化鈣、硫酸鎂的檢測限分別為50μM、43μM、43μM和25μM。另外,鹽溶液離子的帶電量越大越有助于兩線圈之間的互感作用,檢測也靈敏。采集5種不同環(huán)境水樣(超純水、自來水、岳麓山泉水、湘江水、雨水),用電感傳感器檢測其中鹽溶液的濃度,并與傳統(tǒng)的電導(dǎo)檢測方法進行比較,兩種方法的結(jié)果基本相同,并且電感的檢測方法比傳統(tǒng)的電導(dǎo)檢測具有更低的檢測限。鑒于以上結(jié)果,構(gòu)建的無線遙感電感傳感器對溶液鹽度有很好的響應(yīng),有望實現(xiàn)對工業(yè)廢水和生活污水的檢測。 (3)無線遙感電感傳感器對微生物的檢測以大腸桿菌為例,研究傳感器對微生物的響應(yīng)。大腸桿菌在生長過程中,消耗營養(yǎng)物質(zhì),產(chǎn)生代謝產(chǎn)物,會引起大腸桿菌培養(yǎng)液電導(dǎo)率和介電常數(shù)的改變,將感應(yīng)芯片放入大腸桿菌的培養(yǎng)液中,通過檢測電感值的改變,實現(xiàn)了實時監(jiān)控大腸桿菌的生長。另外,大腸桿菌進入對數(shù)生長期的時間(IST)和進入衰亡期的時間(IET)都與培養(yǎng)基中開始放入大腸桿菌的量有關(guān),利用傳感器檢測不同起始濃度的大腸桿菌進入對數(shù)生長期和衰亡期的時間,發(fā)現(xiàn)IST和IET與起始菌濃度呈線性關(guān)系。因此,可以根據(jù)該線性關(guān)系來定量未知樣品中的大腸桿菌濃度,也可進行大腸桿菌的抗藥性研究。以上結(jié)果表明,無線遙感傳感器有望于應(yīng)用于微生物的檢測,避免直接接觸而帶來的感染和污染。 (4)無線遙感電感傳感器用于葡萄糖的檢測基于無線遙感的特點,研究了傳感器對體外葡萄糖測定的穩(wěn)定性、生物相容性及響應(yīng)靈敏度。不同濃度葡萄糖的加入會帶來溶液性質(zhì)的改變,電感值也會隨之變化;在有葡萄糖氧化酶(GOD)的存在下,催化氧化葡萄糖生成葡萄糖酸,使溶液的pH值發(fā)生變化,電感隨著葡萄糖的增加而減小;以離子液體作為溶劑并加入葡萄糖氧化酶,使得葡萄糖的檢測范圍變大,在1.5～16 mM之間有很好的線性。傳感器對葡萄糖體外測定結(jié)果表明,制備的無線遙感葡萄糖生物傳感器有望應(yīng)用于活體在體分析,有潛力作為植入傳感器實現(xiàn)對血糖的無線實時監(jiān)測。
[Abstract]:This paper is devoted to the research and development of wireless remote sensing inductance sensor and its application in biological chemical analysis for the first time . The inductance is the physical quantity which measures the electromagnetic induction ability of the coil . The sensor is composed of etched sensing chip and loop antenna .

( 1 ) The research and development of wireless remote sensing inductance sensor has developed a wireless remote sensing sensor with inductance as the detection signal . The detection principle is demonstrated and the basic physical parameters ( the ratio of the number of turns of the solenoid coil , the immersed liquid volume , the number of turns of the solenoid coil and the volume of the liquid ) are optimized . The sensor has small volume , simple fabrication , and can be used repeatedly , so that real - time detection can be realized .

( 2 ) The determination of the total salinity of different water samples by the wireless remote sensing inductance sensor is based on the mutual inductance effect of the induction chip and the solenoid coil in different solution medium . The detection limit of the sensor is 50 渭M , 43 渭M , 43 渭M and 25 渭M , respectively . In addition , the greater the amount of salt solution ions , the greater the detection limit of the salt solution is detected by the inductive sensor . In view of the above results , the constructed wireless remote sensing inductance sensor has a good response to the salinity of the solution , and is expected to realize the detection of industrial wastewater and domestic sewage .

( 3 ) The detection of microorganism by wireless remote sensing inductance sensor takes Escherichia coli as an example , and the response of sensor to microorganism is studied . In the process of growth , it consumes nutrient substances and produces metabolic products . The growth of E . coli is monitored in real time by detecting the change of the electrical conductivity and dielectric constant of Escherichia coli .

( 4 ) The wireless remote sensing inductance sensor is used for the detection of glucose based on the characteristics of wireless remote sensing , and the stability , biocompatibility and response sensitivity of the sensor to the in vitro glucose measurement are studied .

【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：R341

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：1853329