本文致力于无线遥感电感传感器的研发,并首次将其应用于生物化学分析中。电感是衡量线圈产生电磁感应能力的物理量。传感器由蚀刻的感应芯片(sensor)和螺线管(loop antenna)两对互感线圈组成,其中感应芯片浸没在检测的溶液中,当液体介质电导率和介电常数发生变化时,将改变螺线管线圈和感应芯片线圈的互感作用,同时也改变螺线管线圈和感应芯片线圈的共振频率。因此,可以利用线圈电感的变化来间接检测感应芯片周围的液体的性质。感应芯片线圈信号的激发与传送是通过磁场进行的,作为感应元件的芯片与检测仪器之间不需任何的物理连接,属于无线遥感(wireless, remote)传感器。电感传感器无线遥感的特征及无损、无污染的检测使其在很多领域具有广泛的应用前景。基于上述原理,本论文主要开展了以下几方面的研究工作:(1)无线遥感电感传感器的研发首次研发了以电感为检测信号的无线遥感传感器,论证了其检测原理并对基础物理参数(螺线管线圈的匝数、浸没的液体体积、螺线管线圈匝数和液体体积的比值)进行了优化。该传感器的感应芯片体积小、制作简单,并可重复利用,可实现实时检测。(2)无线遥感电感传感器对不同水样总盐度的测定基于感应芯片在不同的溶液介质中会与螺线管线圈产生不同的互感效应,可以用不同的电感值来反应不同溶液介质的性质。采用5种不同的盐溶液(氯化钾、磷酸盐缓冲溶液、硫酸钠、氯化钙、硫酸镁)研究了电感传感器对盐浓度的响应。在被测溶液盐浓度为0 ~ 0.8mM之间,传感器的响应与盐浓度成线性,氯化钾、硫酸钠、氯化钙、硫酸镁的检测限分别为50μM、43μM、43μM和25μM。另外,盐溶液离子的带电量越大越有助于两线圈之间的互感作用,检测也灵敏。采集5种不同环境水样(超纯水、自来水、岳麓山泉水、湘江水、雨水),用电感传感器检测其中盐溶液的浓度,并与传统的电导检测方法进行比较,两种方法的结果基本相同,并且电感的检测方法比传统的电导检测具有更低的检测限。鉴于以上结果,构建的无线遥感电感传感器对溶液盐度有很好的响应,有望实现对工业废水和生活污水的检测。(3)无线遥感电感传感器对微生物的检测以大肠杆菌为例,研究传感器对微生物的响应。大肠杆菌在生长过程中,消耗营养物质,产生代谢产物,会引起大肠杆菌培养液电导率和介电常数的改变,将感应芯片放入大肠杆菌的培养液中,通过检测电感值的改变,实现了实时监控大肠杆菌的生长。另外,大肠杆菌进入对数生长期的时间(IST)和进入衰亡期的时间(IET)都与培养基中开始放入大肠杆菌的量有关,利用传感器检测不同起始浓度的大肠杆菌进入对数生长期和衰亡期的时间,发现IST和IET与起始菌浓度呈线性关系。因此,可以根据该线性关系来定量未知样品中的大肠杆菌浓度,也可进行大肠杆菌的抗药性研究。以上结果表明,无线遥感传感器有望于应用于微生物的检测,避免直接接触而带来的感染和污染。(4)无线遥感电感传感器用于葡萄糖的检测基于无线遥感的特点,研究了传感器对体外葡萄糖测定的稳定性、生物相容性及响应灵敏度。不同浓度葡萄糖的加入会带来溶液性质的改变,电感值也会随之变化;在有葡萄糖氧化酶(GOD)的存在下,催化氧化葡萄糖生成葡萄糖酸,使溶液的pH值发生变化,电感随着葡萄糖的增加而减小;以离子液体作为溶剂并加入葡萄糖氧化酶,使得葡萄糖的检测范围变大,在1.5～16 mM之间有很好的线性。传感器对葡萄糖体外测定结果表明,制备的无线遥感葡萄糖生物传感器有望应用于活体在体分析,有潜力作为植入传感器实现对血糖的无线实时监测。