CN106979975A - 一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，在声表面波器件上用电化学方法原位电沉积一层生物敏感膜，步骤如下：1)制备敏感膜装置的清洗；2)电沉积溶液的配置；3)SAW器件的清洗、烘干；4)表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备。本发明的优点是：将电化学方法应用于制备SAW生物传感器，二者工艺可兼容，生产高效、成本低；SAW传感器的体积小、抗干扰能力强，便于在各种极端环境下应用；检测浓度低，可达到10‑8mol/L。
Description
技术领域
本发明涉及生物传感器敏感膜的制备方法，特别是一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法。
背景技术
声表面波器件主要有压电基片和叉指换能器组成，电信号传输到叉指换能器时，由逆压电效应将电信号转化成机械波，当机械波传输至另一电极时，由压电效应将机械波转化成电信号。正因为在换能器中传输时是以机械波的形式，所以不受电磁干扰。在叉指换能器表面增加一层敏感膜时，敏感膜对特定的物质产生响应，使敏感膜的重量、粘弹性、电导率、介电常数等物理特性发生改变，对基片表面的声波传输产生扰动，声波的幅度、相位、频率都发生相应的改变。由于引起多种物理特性的变化，使声表面波传感器具有高灵敏度。
通过检测声表面波信号参数的变化，可以实现对待测物的定性和定量分析。目前开发的声表面波生物传感器包括葡萄糖SAW(声表面波)传感器、DNA测定SAW传感器及肿瘤标志物SAW传感器等。另外，由于声表面波无源无线传感器具有非接触、快速、无电源、抗干扰，易编码，保密性好，成本低等优点，目前，已广泛应用于许多领域。由它构成的传感器阵列，传感元之间无信号线连接，阵列输出也无需引线连接，分布更容易，应用不受限制，特别适合一些环境复杂，不宜接触的工程结构和环境的遥测、传感和目标识别领域。
本发明中生物敏感膜主要是根据电沉积吸附的原理制成。SAW器件连接工作端口，对电极采用惰性金属铂丝，使得溶液中的敏感膜成分在电场作用下沉积至SAW器件上，原位制备出的敏感膜修饰的SAW传感器。敏感膜成分选择氨基酸和镍，利用SAW器件的高灵敏特性，氨基酸敏感膜的生物相容性及成膜性，镍的催化特性，在SAW器件的整个区域覆盖敏感膜。
这种电化学机制下原位制备敏感膜的方法，快捷、方便，可以根据需求的不同及时改变生长条件，在成膜过程中可以通过电化学工作站进行观察，使生产人员实时了解成膜情况。对于极其微小的SAW器件，生成的膜若发生变化对于高灵敏度的SAW器件来说，都有可能是极大的影响，所以，可以直观了解外部环境对成膜造成的影响，避免无谓的损失。
将电化学方法应用于制备SAW生物传感器，二者工艺可兼容，生产高效、成本低，而SAW传感器的体积小且便于在各种极端环境下应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题，提供一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，将电化学方法应用于制备SAW生物传感器，二者工艺可兼容，生产高效、成本低；SAW传感器的体积小、抗干扰能力强，便于在各种极端环境下应用；检测浓度低，可达到10-8mol/L。
本发明的技术方案：
一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，在声表面波器件上用电化学方法原位电沉积一层生物敏感膜，具体步骤如下：
1)制备敏感膜装置的清洗
SAW传感器敏感膜的制备装置，由参比电极、对电极、工作电极、电极夹、声表面波器件、铂丝、电沉积溶液和密封容器组成，参比电极和对电极分别与铂丝连接，工作电极通过电极夹与声表面波器件连接，电沉积溶液装入密封容器中，铂丝伸入电沉积溶液中，声表面波器件的叉指换能器浸入电沉积溶液中；
将直径为0.5mm的铂丝放在装有无水乙醇的容器中，使需要浸入电沉积溶液的部分铂丝能浸入无水乙醇中，将容器放入超声清洗机中，超声清洗铂丝5-10min，从超声清洗机中取出容器，再从容器中取出铂丝，然后放在装有超纯水的容器中，并将容器放在超声清洗机中，超声清洗铂丝5-10min，最后用滤纸吸去铂丝表面水分；
在容器中放入无水乙醇并使使无水乙醇超过容器的1/3，将容器置于超声清洗机中，超声清洗烧杯5-10min，在烧杯超声的过程中，顺着烧杯口用洗瓶将无水乙醇沿烧杯壁流下，至整个烧杯壁都有无水乙醇流过；
将电极夹放在上述装有无水乙醇的容器中浸泡5min，用洗瓶中的超纯水将电极夹冲洗1-2min，再用滤纸将电极夹擦拭干净，完成制备敏感膜装置的清洗工作；
2)电沉积溶液的配置
配制好的pH值为5-8的缓冲溶液作为底液，在配置好的底液中加入镍盐，底液与镍盐的用量比为10mL：1mmol，溶液放置在超声清洗机中超声3-5min，到溶液完全溶解镍盐颗粒为止；取出装有溶液的容器，在容器中再次加入相应量的强电解质，底液与强电解质的用量比为10mL：1mmol，再次将溶液放置在超声清洗机中超声3-5min，到溶液完全溶解强电解质颗粒为止；取出装有溶液的容器，在容器中再次加入相应量的氨基酸，底液与氨基酸的用量比为1000mL：1mmol，用玻璃棒搅拌溶液1min，倒入容量瓶；把配制好的缓冲溶液沿玻璃棒倒入容器中，冲洗容器和玻璃棒，冲洗过的缓冲溶液倒入容量瓶，反复此冲洗过程3～5次，最后用缓冲溶液定容，并将容量瓶中的溶液前后摇晃均匀，制得所需的电沉积溶液；
3)SAW器件的清洗、烘干
用镊子夹住SAW器件的端口，使SAW器件的叉指部分浸入无水乙醇中涮洗1-3min，取出SAW器件，用滤纸吸干叉指表面的无水乙醇，再浸入超纯水中涮洗1-3min，取出SAW器件，用滤纸吸干叉指表面的水分，再用红外灯在60-100℃的温度下烘烤1-2min；
4)表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备
容器中倒入步骤2中配制的电沉积溶液，溶液体积为容器的2/3，将铂丝弯折使其与SAW器件的叉指部分平行，并用电极夹夹住SAW器件的接地端，使SAW器件的叉指部分浸入溶液，调节铂丝与SAW器件之间的距离保持在1cm，每次电沉积时SAW器件和铂丝间的距离保持一定；
夹住SAW器件的电极夹连接到设备的工作端口，对电极和参比电极的端口与铂丝相连，构成两电极体系，采用电化学的循环伏安法、多电位阶跃法或者恒电位法把敏感成分沉积到SAW器件上；
把沉积上敏感膜的SAW器件连电极夹整个取下，将SAW器件的叉指部分浸入超纯水中涮洗1-3min，后用滤纸吸干叉指表面的水分，反复此涮洗过程3-5次，用红外灯在60-100℃的温度条件下烘烤1-2min，制得表面波生物传感器敏感膜。
所述步骤2)中配置的缓冲溶液为磷酸缓冲溶液、伯瑞坦-罗比森缓冲溶液或磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液，其中：磷酸缓冲溶液中包含了0.1-0.2mol/L的磷酸氢二钠和0.1-0.2mol/L的磷酸二氢钠配制，用0.1-0.2mol/L的磷酸调节pH值；伯瑞坦-罗比森缓冲溶液在三种酸的浓度均为0.04mol/L的磷酸、乙酸和硼酸混合液中，加入0.2mol/L的NaOH调节pH值；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液中为0.2mol/L的磷酸氢二钠并用0.1mol/L的柠檬酸来调节pH值。
所述步骤2)中氨基酸为赖氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、色氨酸或络氨酸；镍盐为硫酸镍或硝酸镍；强电解质为氯化钾或硫酸钠。
所述步骤3)中的SAW器件为频率不高于435MHz的不同频率的SAW单端口谐振器、SAW双端口谐振器或延迟线。
所述步骤4)中循环伏安法工艺为：电化学工作站作为电沉积设备，设置电沉积参数，电极之间的初始电压设置在-1～-0.4V，终止电压设置为0.9～1.2V，扫速范围设置为20～100mV/s，循环次数设置为10～30圈；
多电位阶跃工艺为，电化学工作站作为电沉积设备，阶跃1的电位设置为-0.4V，保持0.2s，阶跃2的电位设置为1V，保持0.2s，循环次数设置为1000～5000；
恒电位法工艺为，直流电源作为电沉积的电源，设置直流电源的电压为0.9～1.2V，时间为3～8min。
本发明的特点是：
将电化学方法应用于制备SAW生物传感器，二者工艺可兼容，生产高效、成本低；SAW传感器的体积小、抗干扰能力强，便于在各种极端环境下应用；检测浓度低，可达到10- 8mol/L。
附图说明
图1为本发明SAW传感器敏感膜的装置结构示意图，其中，1为参比电极，2为对电极，3为工作电极，4为电极夹，5为声表面波器件，6为铂丝，7为叉指换能器，8为密封容器。
图2为本发明提供的SAW叉指换能器结构的示意图，其中，9为叉指换能器的指条，10为叉指换能器的压电基体，11为敏感膜上的镍颗粒，12为叉指换能器上附有赖氨酸敏感膜。
图3为本发明提供的在SAW器件电沉积前后的频率响应，其中，实线为电沉积前声表器件的频率响应，虚线为电沉积后声表器件的频率响应。
图4为本发明提供的在SAW器件电沉积前后的相位图，其中，实线为电沉积前声表器件的相位，虚线为电沉积后的相位图。
图5为本发明提供的在SAW器件电沉积赖氨酸和镍的复合敏感膜后的mapping扫描图。
图6为本发明提供的在已沉积镍-赖氨酸混合敏感膜后的SAW单端口谐振器检测不同浓度多巴胺(DA)的频率偏移图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的制作声表面波生物传感器敏感膜的方法，是在声表面波单端口谐振器的叉指上电沉积一层敏感膜，该混合溶液是以pH值为5的缓冲溶液作为底液，使赖氨酸更易溶于溶液中。在混合溶液中加入氯化钾，使声表面波器件在电沉积过程中更易吸附上赖氨酸，形成聚赖氨酸膜。
声表面波器件具有高灵敏特性，氨基酸敏感膜具有生物相容性，生物检测中易于吸附生物分子，而镍有催化的特性，这三个特性相叠加，超灵敏检测生物分子。从传感器件构筑的方法来讲，采用电化学沉积技术在SAW叉指电极及石英晶体表面全覆盖敏感膜，做到了增大有效响应面积。SAW器件中心频率达到433.97MHz±0.05MHz，属于高频器件，这又有利于提高灵敏度。从原理上讲，其它类型都是属于改变敏感区域的电导率来实现响应，盖该方法制成的敏感膜属于形成了附加电容。从应用角度来讲，可作为无线传感网络的传感器节点。
一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，在声表面波器件上用电化学方法原位电沉积一层生物敏感膜，具体步骤如下：
1)制备敏感膜装置的清洗
SAW传感器敏感膜的制备装置，如图1所示，由参比电极1、对电极2、工作电极3、电极夹4、声表面波器件5、铂丝6、电沉积溶液7和密封容器8组成，参比电极1和对电极2分别与铂丝6连接，工作电极3通过电极夹4与声表面波器件5连接，电沉积溶液7装入密封容器8中，铂丝6伸入电沉积溶液7中，声表面波器件5的叉指换能器浸入电沉积溶液7中；
将直径为0.5mm的铂丝放在装有无水乙醇的烧杯中，使需要浸入电沉积溶液的部分铂丝能浸入无水乙醇中，将烧杯放入超声清洗机中，超声清洗铂丝5min，从超声清洗机中取出烧杯，再从烧杯中取出铂丝，然后放在装有超纯水的烧杯中，并将烧杯放在超声清洗机中，超声清洗铂丝5min，最后用滤纸吸去铂丝表面水分。
在25mL烧杯中放入无水乙醇，放入无水乙醇10mL，将烧杯置于超声清洗机中，超声清洗烧杯5min，在烧杯超声的过程中，顺着烧杯口用洗瓶将无水乙醇沿烧杯壁流下，至整个烧杯壁都有无水乙醇流过。
将用到的电极夹放在装有无水乙醇的烧杯中浸泡5min，用洗瓶中的超纯水将电极夹冲洗1min，再用滤纸将电极夹擦拭干净。完成制备敏感膜装置的清洗工作。
2)电沉积溶液的配置
先配制pH值为5的磷酸缓冲溶液，其中：磷酸缓冲溶液中包含了0.1mol/L的磷酸氢二钠和0.1mol/L的磷酸二氢钠配制，用0.1mol/L的磷酸调节pH值；
在15mL的配置好的缓冲溶液中加入0.6572g的硫酸镍，将装有溶液的烧杯放置在超声清洗机中超声3min，到溶液完全溶解硫酸镍颗粒为止；取出装有溶液的烧杯，在烧杯中再次加入0.3551g的硫酸钠，再次将溶液放置在超声清洗机中超声3min，到溶液完全溶解硫酸钠颗粒为止；取出装有溶液的容器，在容器中再次加入0.0036g的赖氨酸，用玻璃棒搅拌溶液1min，倒入容量瓶；把配制好的缓冲溶液沿玻璃棒倒入25mL容量瓶中，冲洗烧杯和玻璃棒，冲洗过的缓冲溶液倒入容量瓶，反复此冲洗过程3次，最后用缓冲溶液定容为25mL，并将容量瓶中的溶液前后摇晃均匀，制得所需的电沉积溶液。
3)SAW器件的清洗、烘干
用镊子夹住SAW器件的端口，使SAW器件的叉指部分浸入无水乙醇中涮洗1min，取出SAW器件，用滤纸吸干叉指表面的无水乙醇，再浸入超纯水中涮洗1min，取出SAW器件，用滤纸吸干叉指表面的水分，再用红外灯在60℃的温度下烘烤2min。
4)表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备
25mL烧杯中倒入步骤2中配制的电沉积溶液，溶液体积为20mL，将铂丝弯折使其与SAW器件的叉指部分平行，并用电极夹夹住SAW器件的接地端，使SAW器件的叉指部分浸入溶液，调节铂丝与SAW器件之间的距离保持在1cm，每次电沉积时SAW器件和铂丝间的距离保持一定。
夹住SAW器件的电极夹连接到设备的工作端口，对电极和参比电极的端口与铂丝相连，构成两电极体系。采用电化学的循环伏安法，电化学工作站作为电沉积设备，设置电沉积参数，电极之间的初始电压设置为-0.4V，终止电压设置为0.9V，扫速范围设置为100mV/s，循环次数设置为30圈，之后开始沉积，把敏感成分沉积到SAW器件上。
把上述沉积上敏感膜的SAW器件连电极夹整个取下，将SAW器件的叉指部分浸入超纯水中涮洗1min，后用滤纸吸干叉指表面的水分，反复此涮洗过程3遍，用红外灯在60℃的温度条件下烘烤2min。
制备的SAW生物敏感膜如图2所示，其中，9为叉指换能器的指条，10为叉指换能器的压电基体，11为敏感膜上的镍颗粒，12为叉指换能器上附有赖氨酸敏感膜。
图3为本发明提供的在SAW单端口谐振器电沉积前后的频率响应，其中，实线为电沉积前声表器件的频率响应，虚线为电沉积后声表器件的频率响应。从图中可以直观的看出电沉积前后SAW单端口谐振器的中心频率发生偏移，说明在SAW单端口谐振器的叉指换能器上生成敏感膜。
图4为本发明提供的在SAW单端口谐振器电沉积前后的相位图，其中，实线为电沉积前声表器件的相位，虚线为电沉积后的相位图。从图中可以直观的看出电沉积前后SAW单端口谐振器的中心频率发生偏移，说明在SAW单端口谐振器的叉指换能器上生成敏感膜。
图5为本发明提供的在SAW器件电沉积赖氨酸和镍的复合敏感膜后的mapping扫描图。从图中看出叉指换能器上生成的敏感膜为赖氨酸和镍的混合敏感膜。
图6为本发明提供的在已沉积镍-赖氨酸混合敏感膜后的SAW单端口谐振器检测不同浓度多巴胺(DA)的频率偏移图。从图中看出镍-赖氨酸混合敏感膜对多巴胺(DA)有吸附作用，并且具有规律性，可依据此规律制作出检测多巴胺(DA)的生物传感器。
Claims (5)
1.一种声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，其特征在于在声表面波器件上用电化学方法原位电沉积一层生物敏感膜，具体步骤如下：
1)制备敏感膜装置的清洗
SAW传感器敏感膜的制备装置，由参比电极、对电极、工作电极、电极夹、声表面波器件、铂丝、电沉积溶液和密封容器组成，参比电极和对电极分别与铂丝连接，工作电极通过电极夹与声表面波器件连接，电沉积溶液装入密封容器中，铂丝伸入电沉积溶液中，声表面波器件的叉指换能器浸入电沉积溶液中；
将直径为0.5mm的铂丝放在装有无水乙醇的容器中，使需要浸入电沉积溶液的部分铂丝能浸入无水乙醇中，将容器放入超声清洗机中，超声清洗铂丝5-10min，从超声清洗机中取出容器，再从容器中取出铂丝，然后放在装有超纯水的容器中，并将容器放在超声清洗机中，超声清洗铂丝5-10min，最后用滤纸吸去铂丝表面水分；
在容器中放入无水乙醇并使使无水乙醇超过容器的1/3，将容器置于超声清洗机中，超声清洗烧杯5-10min，在烧杯超声的过程中，顺着烧杯口用洗瓶将无水乙醇沿烧杯壁流下，至整个烧杯壁都有无水乙醇流过；
将电极夹放在上述装有无水乙醇的容器中浸泡5min，用洗瓶中的超纯水将电极夹冲洗1-2min，再用滤纸将电极夹擦拭干净，完成制备敏感膜装置的清洗工作；
2)电沉积溶液的配置
配制好的pH值为5-8的缓冲溶液作为底液，在配置好的底液中加入镍盐，底液与镍盐的用量比为10mL：1mmol，溶液放置在超声清洗机中超声3-5min，到溶液完全溶解镍盐颗粒为止；取出装有溶液的容器，在容器中再次加入相应量的强电解质，底液与强电解质的用量比为10mL：1mmol，再次将溶液放置在超声清洗机中超声3-5min，到溶液完全溶解强电解质颗粒为止；取出装有溶液的容器，在容器中再次加入相应量的氨基酸，底液与氨基酸的用量比为1000mL：1mmol，用玻璃棒搅拌溶液1min，倒入容量瓶；把配制好的缓冲溶液沿玻璃棒倒入容器中，冲洗容器和玻璃棒，冲洗过的缓冲溶液倒入容量瓶，反复此冲洗过程3～5次，最后用缓冲溶液定容，并将容量瓶中的溶液前后摇晃均匀，制得所需的电沉积溶液；
3)SAW器件的清洗、烘干
用镊子夹住SAW器件的端口，使SAW器件的叉指部分浸入无水乙醇中涮洗1-3min，取出SAW器件，用滤纸吸干叉指表面的无水乙醇，再浸入超纯水中涮洗1-3min，取出SAW器件，用滤纸吸干叉指表面的水分，再用红外灯在60-100℃的温度下烘烤1-2min；
4)表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备
容器中倒入步骤2中配制的电沉积溶液，溶液体积为容器的2/3，将铂丝弯折使其与SAW器件的叉指部分平行，并用电极夹夹住SAW器件的接地端，使SAW器件的叉指部分浸入溶液，调节铂丝与SAW器件之间的距离保持在1cm，每次电沉积时SAW器件和铂丝间的距离保持一定；
夹住SAW器件的电极夹连接到设备的工作端口，对电极和参比电极的端口与铂丝相连，构成两电极体系，采用电化学的循环伏安法、多电位阶跃法或者恒电位法把敏感成分沉积到SAW器件上；
把沉积上敏感膜的SAW器件连电极夹整个取下，将SAW器件的叉指部分浸入超纯水中涮洗1-3min，后用滤纸吸干叉指表面的水分，反复此涮洗过程3-5次，用红外灯在60-100℃的温度条件下烘烤1-2min，制得表面波生物传感器敏感膜。
2.根据权利要求1所述声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，其特征在于：所述步骤2)中配置的缓冲溶液为磷酸缓冲溶液、伯瑞坦-罗比森缓冲溶液或磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液，其中：磷酸缓冲溶液中包含了0.1-0.2mol/L的磷酸氢二钠和0.1-0.2mol/L的磷酸二氢钠配制，用0.1-0.2mol/L的磷酸调节pH值；伯瑞坦-罗比森缓冲溶液在三种酸的浓度均为0.04mol/L的磷酸、乙酸和硼酸混合液中，加入0.2mol/L的NaOH调节pH值；磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲溶液中为0.2mol/L的磷酸氢二钠并用0.1mol/L的柠檬酸来调节pH值。
3.根据权利要求1所述声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，其特征在于：所述步骤2)中氨基酸为赖氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、色氨酸或络氨酸；镍盐为硫酸镍或硝酸镍；强电解质为氯化钾或硫酸钠。
4.根据权利要求1所述声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的SAW器件为频率不高于435MHz的不同频率的SAW单端口谐振器、SAW双端口谐振器或延迟线。
5.根据权利要求1所述声表面波生物传感器敏感膜的电化学原位制备方法，其特征在于：所述步骤4)中循环伏安法工艺为：电化学工作站作为电沉积设备，设置电沉积参数，电极之间的初始电压设置在-1～-0.4V，终止电压设置为0.9～1.2V，扫速范围设置为20～100mV/s，循环次数设置为10～30圈；
多电位阶跃工艺为，电化学工作站作为电沉积设备，阶跃1的电位设置为-0.4V，保持0.2s，阶跃2的电位设置为1V，保持0.2s，循环次数设置为1000～5000；
恒电位法工艺为，直流电源作为电沉积的电源，设置直流电源的电压为0.9～1.2V，时间为3～8min。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110320281A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-10-11 | 天津理工大学 | 沉积氧化物纳米颗粒/聚丙烯酰胺复合敏感膜的声表面波生物传感器及其制备方法 |
| CN112198221A (zh) * | 2020-09-08 | 2021-01-08 | 深圳大学 | 声表面波传感器及其制作方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001011354A2 (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-15 | Battelle Memorial Institute | Methods for characterizing, classifying, and identifying unknowns in samples |
| JP2007271577A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Ball Semiconductor Kk | センサヘッド及びガスセンサ |
| CN102818839A (zh) * | 2011-06-10 | 2012-12-12 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制作声表面波传感器双层敏感膜的方法 |
| CN103529120A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-01-22 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 声表面波传感器复合敏感膜的制备装置和制备工艺 |
| CN103616417A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-03-05 | 刘军 | 一种电化学免疫生物传感器检测装置及检测分析方法 |
| CN203519568U (zh) * | 2013-10-25 | 2014-04-02 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 声表面波传感器复合敏感膜的制备装置 |
| US20140199757A1 (en) * | 2013-01-16 | 2014-07-17 | University Of Maryland | Atomic layer deposition inverted passivated surface acoustic wave sensor for early detection of biofilm growth |
| CN104089996A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-10-08 | 浙江工商大学 | 一种使用声表面波谐振器的味细胞传感器及其制备方法 |
-
2017
- 2017-03-14 CN CN201710148329.6A patent/CN106979975B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001011354A2 (en) * | 1999-08-10 | 2001-02-15 | Battelle Memorial Institute | Methods for characterizing, classifying, and identifying unknowns in samples |
| JP2007271577A (ja) * | 2006-03-31 | 2007-10-18 | Ball Semiconductor Kk | センサヘッド及びガスセンサ |
| CN102818839A (zh) * | 2011-06-10 | 2012-12-12 | 中国科学院微电子研究所 | 一种制作声表面波传感器双层敏感膜的方法 |
| US20140199757A1 (en) * | 2013-01-16 | 2014-07-17 | University Of Maryland | Atomic layer deposition inverted passivated surface acoustic wave sensor for early detection of biofilm growth |
| CN103529120A (zh) * | 2013-10-25 | 2014-01-22 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 声表面波传感器复合敏感膜的制备装置和制备工艺 |
| CN203519568U (zh) * | 2013-10-25 | 2014-04-02 | 中国电子科技集团公司第三十八研究所 | 声表面波传感器复合敏感膜的制备装置 |
| CN103616417A (zh) * | 2013-11-05 | 2014-03-05 | 刘军 | 一种电化学免疫生物传感器检测装置及检测分析方法 |
| CN104089996A (zh) * | 2014-01-17 | 2014-10-08 | 浙江工商大学 | 一种使用声表面波谐振器的味细胞传感器及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| SHENG XU ET AL.: "Carbon dioxide sensors based on a surface acoustic wave device with a graphene–nickel–L-alanine multilayer film", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY C》 * |
| 李一峻等: "电化学分析的进展及应用", 《分析实验室》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110320281A (zh) * | 2019-05-14 | 2019-10-11 | 天津理工大学 | 沉积氧化物纳米颗粒/聚丙烯酰胺复合敏感膜的声表面波生物传感器及其制备方法 |
| CN110320281B (zh) * | 2019-05-14 | 2022-01-18 | 天津理工大学 | 沉积氧化物纳米颗粒/聚丙烯酰胺复合敏感膜的声表面波生物传感器及其制备方法 |
| CN112198221A (zh) * | 2020-09-08 | 2021-01-08 | 深圳大学 | 声表面波传感器及其制作方法 |
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