本书阐述了生物化学微传感器及系统的基本概念、工作原理、关键技术等；介绍了本学科领域的发展概况和研究动态；以生物医学、环境监测等方面的应用为例，论述了新型生物化学微传感器系统研制所涉及的一些研究方法与核心研究内容，包括微纳结构、敏感材料、增敏方法、样品预处理、加工、封装、系统集成、无线组网、在线监测等。
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《纳米科学与技术》丛书序
本书序
前言
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-ISFETSOC302
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
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