磁致伸缩生物传感器结构优化与性能研究

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磁致伸缩生物传感器是一种基于磁致伸缩材料的谐振传感器,其信号的激发和传递都是通过磁场耦合进行的,具有无线、无源、体积小、灵敏度高等优势。目前针对磁致伸缩生物传感器的检测及理论研究日益增多,但这些研究多集中于传感器对病菌的检测、振动特性及具体应用特性方面的研究。没有深入研究材料尺寸及外加磁场对传感器谐振信号强度的影响,而实际应用中这些因素对传感器影响较大。且有关磁致伸缩生物传感器文献报道中,换能器材料多釆用非晶软磁合金Metglas 2826MB,功能涂层多采用Cr/Au涂层,具有价格高、难制备等缺点,不利于市场化。本文针对换能器的热稳定性、功能涂层的耐腐蚀性、外加磁场对谐振参数的影响以及病菌的检测做了以下三方面的应用研究工作:新型磁致伸缩生物传感器的研制:通过对三种牌号铁基非晶软磁合金磁性能和热稳定性能的分析,选取合适的材料作为换能器;对PVA涂层与Au涂层耐腐蚀性能的对比,选取耐腐蚀性高,致密度高的材料作为功能涂层。分析外加磁场对磁致伸缩生物传感器谐振参数的影响:从直流偏置磁场、交流激励磁场、尺寸三个方面展开实验研究。实验结果表明:可以通过设置偏置磁场来提高传感器的阻抗响应和能量转换率。通过设置激励磁场避免传感器失真并提高阻抗响应。通过合理设置传感器的长宽比来提高阻抗响应。磁致伸缩生物传感器对大肠杆菌的检测:采用5mm×1.4mm×25μm尺寸的传感器进行101-108CFU/ml大肠杆菌悬浮液的检测,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察病菌吸附情况。实验结果表明:换能器表面、PVA涂层均对大肠杆菌表现出一定的非特异性结合能力,但在相同病菌浓度下其共振频率偏移量均小于加载抗体的传感器,且随着浓度的增大,共振频率偏移量差距越大。有抗体加载的传感器有良好的检测大肠杆菌的能力。
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