【摘 要】
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面向体液中的生物指标检测是生化传感器的重要研究方向之一。在众多类型的传感器中,微波传感器因其具有小型化和无线信号传输的潜力,近年来成为了一种新兴的生物传感手段。然而,目前的微波生化传感器仍然存在:微波信号弱,对生化标志物检测灵敏度低,以及器件容易被检测对象污染,无法长期及多次使用等问题。基于此问题,本文创新性提出并系统研究了纳米结构对微波生化信号的增强效应。通过电磁仿真计算,证明了规则纳米线阵列的
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面向体液中的生物指标检测是生化传感器的重要研究方向之一。在众多类型的传感器中,微波传感器因其具有小型化和无线信号传输的潜力,近年来成为了一种新兴的生物传感手段。然而,目前的微波生化传感器仍然存在:微波信号弱,对生化标志物检测灵敏度低,以及器件容易被检测对象污染,无法长期及多次使用等问题。基于此问题,本文创新性提出并系统研究了纳米结构对微波生化信号的增强效应。通过电磁仿真计算,证明了规则纳米线阵列的引入对器件的电场强度和微波响应信号具有明显的提升作用。进而通过纳米软刻蚀工艺分别在硬质和柔性基底上成功制备了基于一维导电聚合物纳米线阵列,并集成为微波生物传感器。多种微尺度表征手段证明了纳米线阵列被成功制备,大面积且连续。通过对集成的微波器件的电学表征,证明了器件为阻性器件及纳米结构的微波增强效应。基于以上一维导电聚合物纳米线微波器件,通过对导电聚合物的生物掺杂,完成了抗体在传感器上的包埋及固定,成功实现了对免疫球蛋白的特异性检测,并获得了较低的检测下限和较高的灵敏度。基于此生物掺杂方法,在柔性微波器件的表面修饰了葡萄糖氧化酶,实现了对葡萄糖浓度的实时监测和模拟汗液的贴肤测试。针对可穿戴器件体液监测易于生物污染的问题,本文创新提出并成功制备了掺杂二氧化钛纳米粒子的微波传感器件。以多巴胺为测试对象,验证了光可再生型纳米线微波传感器对其的响应区分和光驱使传感表面再生的效果。以上多项实验结果表明,该导电聚合物纳米线微波传感器可推广用于多种体液指标的检测,不仅在健康监测领域具备应用前景,同时展现出了作为可穿戴生化传感器的巨大潜力。
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