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第1章 绪论1

1.1基本概念1

1.1.1传感器定义与分类1

1.1.2化学传感器与生物传感器2

1.1.3生物化学微传感器系统3

1.1.4生物化学传感器主要性能参数4

1.2发展概况5

1.3本书内容概述9

1.3.1研究工作背景9

1.3.2章节安排10

参考文献11

第2章 生物化学传感器基本原理12

2.1生物化学传感器结构与原理12

2.1.1生物化学传感器基本结构12

2.1.2生物化学传感器工作机理17

2.2电化学传感器检测原理21

2.2.1电化学基本概念及理论21

2.2.2电化学传感器检测实验基础27

2.2.3电化学传感器检测方法30

2.2.4电化学传感器35

2.3光化学传感器检测原理39

2.3.1基于吸光度检测的光波导传感器40

2.3.2基于荧光检测的光波导传感器41

2.3.3基于共振原理的光波导传感器42

2.4光电传感器检测原理49

2.4.1有机物紫外吸收原理49

2.4.2紫外光电检测原理50

2.4.3紫外吸收光谱的标准模型51

2.4.4紫外光电微传感器52

2.4.5光电传感器的测量数据传输55

参考文献55

第3章 微传感芯片系统关键技术59

3.1微传感芯片设计与制备关键技术59

3.1.1微传感芯片的材料选取59

3.1.2微电极体系设计60

3.1.3微电极常用加工工艺62

3.1.4微传感电极制备64

3.1.5超微电极制备65

3.2生物化学敏感膜制备技术71

3.2.1化学传感器敏感膜制备技术71

3.2.2生物敏感膜固定化技术77

3.3样品预处理微流控芯片制备技术80

3.3.1高温高压消解芯片及其制备技术80

3.3.2热辅助紫外消解芯片及其制备技术86

3.4基于CMOS工艺的微传感SOC关键技术93

3.4.1 CMOS技术93

3.4.2 SOC技术94

3.4.3基于CMOS工艺的微传感SOC制造技术95

3.5生物化学微传感器芯片系统封装技术97

3.5.1封装材料98

3.5.2圆片级封装101

3.5.3封装测试技术114

参考文献117

第4章 生物化学微传感器增敏方法122

4.1电化学微传感器的结构增敏方法122

4.1.1三维微池电极123

4.1.2三维叉指电极127

4.2电化学微传感器的材料增敏方法135

4.2.1微电极表面修饰135

4.2.2纳米敏感材料的基本特点139

4.2.3金属纳米敏感材料141

4.2.4金属氧化物纳米敏感材料151

4.2.5石墨烯敏感材料155

4.2.6导电聚合物敏感材料158

4.2.7介孔敏感材料163

4.3纳米多孔薄膜的光学传感增敏效应173

4.3.1 SiO2介孔薄膜修饰的波长检测型SPP共振传感器176

4.3.2基于纳米多孔金薄膜的SPP共振传感器180

4.3.3 TiO2纳米多孔薄膜光波导共振传感器186

4.4本章小结188

参考文献188

第5章 电化学免疫微传感器195

5.1免疫检测概述195

5.1.1免疫分析原理与方法195

5.1.2电化学免疫传感器198

5.2安培型免疫微传感器204

5.2.1安培免疫微电极的设计与制备204

5.2.2基于二元硫醇混合自组装膜的甲胎蛋白免疫微传感器208

5.2.3基于壳聚糖-纳米金复合膜的黄曲霉毒素免疫微传感器213

5.3电位型免疫传感器227

5.3.1电位型传感器概述227

5.3.2 FET免疫传感器检测原理228

5.3.3糖化血红蛋白FET免疫传感器研究的意义230

5.3.4糖化血红蛋白FET免疫微传感芯片的设计与制备232

5.3.5基于聚吡咯／纳米金复合膜的糖化血红蛋白微传感芯片235

5.3.6基于自组装纳米修饰的糖化血红蛋白微传感芯片236

5.4本章小结247

参考文献248

第6章 基于场效应的生物化学传感器与集成芯片257

6.1场效应生物化学传感器及集成芯片的研究与发展257

6.1.1 ISFET生物化学传感器的研究与发展257

6.1.2 ISFET微传感SOC的研究与发展258

6.2离子敏场效应晶体管生物化学传感器263

6.2.1工作原理263

6.2.2 ISFET的设计与制造268

6.2.3基于ISFET的pH传感器及其应用278

6.2.4 Bio-FET287

6.3 pH-ISFET SOC302

6.3.1 pH-ISFET仿真模型建立302

6.3.2 ISFET传感器读出系统设计与实现311

6.3.3 ISFET集成芯片兼容性设计与实现322

6.3.4集成芯片的关键后续工艺329

6.3.5集成芯片测试与分析339

6.4本章小结348

参考文献349

第7章 光寻址多参数生物化学传感器及其应用354

7.1光寻址传感技术的研究与发展354

7.2 LAPS生物化学传感器检测原理358

7.3 LAPS测试系统与传感器芯片366

7.4酶LAPS的测试377

7.5 LAPS用于免疫蛋白检测380

7.6 LAPS在有机磷检测中的应用388

7.7本章小结395

参考文献395

第8章 化学需氧量和生化需氧量电化学微传感器399

8.1化学需氧量电化学微传感器399

8.1.1化学需氧量及其检测方法概述399

8.1.2基于电化学原理的COD微传感器研制404

8.2生化需氧量电化学微传感器425

8.2.1生化需氧量及其检测方法概述425

8.2.2基于电化学原理的BOD微传感器研制432

8.3本章小结461

参考文献462

第9章 总氮微传感器467

9.1总氮检测方法概述467

9.1.1总氮检测的意义467

9.1.2总氮检测方法和仪器的发展概况469

9.1.3基于电化学原理的总氮检测方法471

9.2基于纳米铜修饰电极的总氮微传感器471

9.2.1圆盘微传感电极的设计与制备471

9.2.2圆盘微传感电极的电化学修饰技术472

9.2.3基于纳米铜修饰电极的总氮检测方法498

9.2.4总氮微传感器系统的研制及性能测试506

9.3基于纳米银／银钯合金修饰电极的总氮微传感器511

9.3.1叉指微电极阵列电极的设计与制备512

9.3.2纳米银敏感膜的响应机理513

9.3.3基于叉指微电极阵列的电化学修饰技术513

9.4本章小结538

参考文献539

第10章 总磷微传感器543

10.1总磷检测方法概述543

10.1.1总磷检测的意义543

10.1.2总磷检测方法和仪器的发展概况545

10.2基于电化学原理的总磷微传感器553

10.2.1基于钴电极的电位型总磷微传感器553

10.2.2基于磷钼杂多酸还原法的电流型总磷微传感器559

10.3基于光学原理的总磷微传感器563

10.3.1 Ag高反膜作为F-P腔反射面564

10.3.2介质高反膜作为F-P腔反射面564

10.3.3金属纳米孔高反膜作为F-P腔反射面566

10.4本章小结569

参考文献570

第11章 小型化氨氮传感器573

11.1水体氨氮检测研究意义573

11.2水体氨氮检测研究现状575

11.2.1电化学法575

11.2.2中和滴定法576

11.2.3比色分析法577

11.2.4其他方法578

11.3基于气相比色原理的小型化水体氨氮自动光学检测装置579

11.3.1气相比色检测原理579

11.3.2敏感膜片制备582

11.3.3检测装置设计584

11.3.4检测装置制作586

11.3.5检测装置测试589

11.4基于安培型微纳电极的氨氮传感器系统597

11.4.1氨氮微传感器的敏感电极598

11.4.2薄液层氨氮微传感器608

11.4.3三维结构微纳电极氨氮传感器615

11.4.4采用三维结构微纳电极氨氮传感器的检测系统622

11.5本章小结623

参考文献623

第12章 重金属离子微传感器628

12.1水体重金属离子检测技术发展概况628

12.1.1重金属离子检测的意义628

12.1.2现有重金属检测方法及发展趋势628

12.1.3重金属离子的分离富集预处理技术629

12.1.4重金属离子的微传感检测技术631

12.1.5重金属离子的分离富集与传感器的微纳集成技术635

12.2基于离子液体分离富集的痕量汞微传感系统研究637

12.2.1辛基吡啶离子液体对汞的高选择性富集研究637

12.2.2分离富集的在线系统实现640

12.2.3痕量汞的分离富集检测集成联用微系统研究643

12.3用于铜、铅、锌同时检测的环保型微传感芯片研究647

12.3.1重金属微传感器的检测原理647

12.3.2测试方法的选择650

12.3.3重金属微传感芯片制备651

12.3.4重金属微传感器表面修饰方法653

12.3.5实验测试654

12.3.6结果与讨论655

12.4高灵敏度和低检测限的超微电极阵列传感器芯片研究662

12.4.1重金属超微电极阵列传感器芯片制备662

12.4.2重金属超微电极阵列传感器芯片表面修饰方法665

12.4.3实验测试666

12.4.4结果与讨论666

12.5本章小结672

参考文献673

第13章 水环境监测无线网络传感器集成系统677

13.1水污染检测微传感器系统677

13.1.1总氮检测系统677

13.1.2总磷检测系统680

13.1.3 COD检测系统681

13.1.4氨氮检测系统682

13.1.5重金属检测系统685

13.2传感器节点及无线组网技术687

13.2.1传感器节点平台688

13.2.2网关节点平台689

13.3水环境监测多参数无线网络传感器集成系统690

13.4本章小结692

参考文献692

索引694