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基于MEMS技术的葡萄糖检测微系统的研究

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第一章绪论

§1.1研究目的与意义

§1.2生物传感器

§1.2.1生物传感器简介

§1.2.2生物传感器的分类

§1.2.3酶生物传感器的电子传递过程及工作原理

§1.3葡萄糖传感器及其系统的国内外发展现状

§1.3.1葡萄糖传感器概况

§1.3.2葡萄糖传感器的国内外发展现状

§1.3.3葡萄糖检测微系统的国内外发展现状

§1.4葡萄糖氧化酶的固定化方法

§1.4.1吸附法

§1.4.2包埋法

§1.4.3共价键固定法

§1.4.4化学交联法

§1.4.5电化学聚合法

§1.5影响酶活性的因素

§1.5.1温度对酶的影响

§1.5.2电场作用对酶的影响

§1.5.3离子浓度对酶的影响

§1.5.4有机溶剂对酶的影响

§1.5.5 pH值对酶的影响

§1.6主要研究内容和方法

第二章电化学生物传感器制备工艺简介

引言

§2.1丝网印刷技术

§2.2 MEMS技术

§2.2.1制版工艺

§2.2.2光刻工艺

§2.2.3腐蚀工艺

§2.2.4蒸金与溅射

§2.3两种工艺制备的电化学传感器性能比较

第三章葡萄糖传感器的设计及工艺实现

引言

§3.1传感器材料

§3.1.1传感器的基材

§3.1.2传感器的绝缘层材料

§3.2传感器的版图设计

§3.3传感器的工艺实现

§3.3.1传感器电极的主要制备过程

§3.3.2传感器电极制备工艺过程说明

§3.3.3主要工艺过程的技术指标

§3.4制备的电极

第四章葡萄糖传感器的测试与分析

引言

§4.1实验部分

§4.1.1实验试剂

§4.1.2溶液配制

§4.1.3实验仪器

§4.2实验结果与分析

§4.2.1葡萄糖传感器的测试方法

§4.2.2葡萄糖电极的循环伏安特性

§4.2.3铂黑修饰电极的制备

§4.2.4葡萄糖氧化酶的固定化

§4.2.5葡萄糖溶液的响应曲线

§4.2.6血清葡萄糖的响应曲线

§4.2.7葡萄糖传感器的校正曲线

§4.2.8葡萄糖传感器的精密度

§4.2.9葡萄糖传感器的干扰实验

§4.2.10 GOD量对葡萄糖传感器检测的影响

§4.3结论

第五章葡萄糖检测微仪表的设计

引言

§5.1微仪表的工作原理

§5.2微仪表的硬件设计

§5.2.1信号检测

§5.2.2单片机

§5.2.3液晶显示

§5.3微仪表软件设计

§5.3.1主程序

§5.3.2外部中断1服务程序

§5.3.3血糖检测子程序

§5.4微仪表实物图

§5.5微仪表的性能参数

§5.6微仪表使用说明

§5.7微仪表和试条的临床检测

第六章结论与展望

§6.1结论

§6.1.1工作总结

§6.1.2创新点

§6.2发展展望

硕士期间发表论文

参考文献

致谢

论文说明

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摘要

随着工业化的发展和生活水平的提高,导致人们的生活环境和饮食结构发生很大变化.近20年来,糖尿病、心血管病和恶性肿瘤等疾病发病率逐渐提高,尤其是糖尿病发病率特别高,其死亡率仅次于心血管、肿瘤,居世界第三位,被列为世界三大疾病之一.血糖是糖尿病患者经常检测的指标,实现对血糖生理参数的快速、灵敏、精确地检测对于糖尿病患者及大众医疗保健均有重要意义.由于生物传感器具有集信息采集、转换、传输和表达于一体的特点,且其测定简便、快速,装置简单,价格低廉,应用面广等众多优点,很快广泛地应用于糖尿病相关检测仪器上.葡萄糖传感器是研究最早、最多、市场化最成功的生物传感器,在实际应用中应具备以下条件:(1)对血糖浓度的反应精确、迅速、特异性强、长期稳定,并可实时测量;(2)在广泛的测定范围内,反应参数与葡萄糖浓度呈线性关系;(3)操作并尽可能简单;(4)微型化,价格合理.90年代以来,随着微机电系统(MEMS)加工技术的发展,葡萄糖传感器及其生化分析仪器进一步向小型化、数字化和高可靠性发展.MEMS技术制备的一次性使用的电化学传感器,与丝印制备的电化学传感器相比,具有体积小,灵敏度高(约400nA/mM,比丝印技术高约2倍),一致性好(cv﹪≤5﹪,甚至更低),相关性佳(可达0.99),工艺简单,大批量生产成本低等优点.本文就是利用微机电系统技术(简称MEMS技术)和生物传感技术相结合制备一次性使用的葡萄糖传感器.利用铂黑颗粒吸附能力强、比表面积大、电催化活性高等优良特性,与基于MEMS技术制备的基础电极相结合,通过物理吸附法固定葡萄糖氧化酶,从而制备出高性能的葡萄糖传感器.制备的葡萄糖传感器与专门开发的微型检测仪表经过北京医院及卫生部临床检测中心检测,葡萄糖传感器的精密度(CV)为4.7﹪,在0~24mM的测试范围内,葡萄糖试条测试的线性关系为R=0.999,达到预期实验目标,具有很好的市场前景.

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