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自校准型电极阵列芯片电位传感器的构建及在现场检测中的应用研究

批准号:
22074042
项目类别:
面上项目
资助金额:
63.0 万元
负责人:
张帆
依托单位:
学科分类:
化学与生物传感
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张帆

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
传感技术是人工智能发展所需的核心技术之一,全固态电位传感器易于小型化和阵列化并趋于芯片化,在发展人工智能所需的传感器方面具有巨大潜力。但是,如何提高芯片电位传感器电极响应性能的重现性和实现传感电极基准电位自校准调零,使得电位传感可现场直接获得含量信息是芯片电位传感器发展中的两个关键问题。本项目拟构建自校准型电极阵列芯片电位传感器并将其用于多目标物现场快速检测。通过研究合成融识别元件与转导元件为一体的新型复合传感材料,以实现传感芯片简便、高效地制备和提高电极响应性能重现性;通过基于传感单元的方法构建电位传感自校准体系,消除溶液背景基质引起的传感电极基准电位的不确定性,克服传感过程中电极基准电位需预先校准的难题;以环境监测、食品安全分析和疾病自诊断为应用领域,制备具有应用价值的自校准型电极阵列芯片电位传感器,解决这些领域急需的多目标物现场快速检测的问题,为人工智能所需的传感器发展提供新技术。
英文摘要
Sensing technology is one of the key technologies required by the development of artificial intelligence. All-solid-state potentiometric sensors are easy to be miniaturized and arrayed, and tend to be fabricated on chip, showing a great potential for the development of sensors needed in artificial intelligence. However, there are two key problems in the development of chip-based potentiometric sensors. One is to improve the response reproducibility of the electrodes in the sensors, and the other is to realize the self-calibration for the basic potential of sensing electrodes and then the direct obtaining of the target content information by potentiometric sensing in the on-site detection. Based on our previous research work, this project will develop the electrode array chip-based potentiometric sensors with self-calibration, and apply them to the fast on-site detection of multi-objects. We will synthesize a new type of integrated sensing materials, combining the recognition element and the transduction element, to achieve the simple and effective preparation of sensing chip and improve the response reproducibility of the electrodes. The self-calibration system will be established based on the sensing units to eliminate the uncertainty of the basic potential of sensing electrodes caused by the background of the solution, thus overcoming the difficulty of pre-calibration for the basic electrode potential in the sensing process. Taking environmental monitoring, analysis of food safety and self-diagnosis of diseases as application fields, the corresponding electrode array chip-based potentiometric sensors with self-calibration will be proposed with application value to solve the urgent problem related to the fast on-site detection of multi-objects in these fields, thus providing a new technology for the development of sensors required in artificial intelligence.
全固态电位传感技术作为最重要的分子传感技术之一,是人工智能发展进程中不可或缺的核心技术组成部分,易于小型化、阵列化,并向芯片电位传感器发展。然而,如何突破传感电极响应性能重现性差以及传感电极电位响应无法校准这两个在芯片电位传感器发展中的技术瓶颈,成为该研究亟需解决的关键难题。本项目合成制备了一系列新型复合传感材料用于实际样品中不同目标物的检测。这类新型复合传感材料同时具有分子识别性能和转导性能,以及良好的机械稳定性,与基底电极有很强的附着力,使得传感芯片的制作得以简化,保证了电位响应的重现性和稳定性。在芯片电位传感器中构建了校准体系,将传感电极、校准电极和参比电极组成传感单元,校准电极与传感电极除了识别元件不同,其它组成一致,从而构建了电荷平衡型和离子平衡型自校准体系,实现了传感电极基准电位的校准。而且,在芯片电位传感器中集成了pH电极组和外加温度探头,实时检测实际样品的pH值和温度,推导得到了不同传感单元的响应斜率和截距对pH和温度的校准系数,实现了传感电极电位响应斜率和截距的校准,提高了现场检测的准确度。传感器不需预先校准,可直接对实际样品进行测定。由于不同领域对多目标物现场快速检测的需求不同,本项目设计了相应的复合传感材料和校准体系,研制了不同的自校准型电极阵列芯片电位传感器,建立了快速、准确同时现场检测多目标物的分析方法,并开发了便携式多通道电位分析仪,实现了尿液中和牛奶中多目标物的同时测定,为人工智能所需的传感技术的发展提供了有价值的基础研究。
减污降碳背景下低速机船舶尾气全挥发区间有机物的一次排放与二次生成研究
  • 批准号:
    42377096
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    49万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    张帆
  • 依托单位:
纳米仿生芯片上皮肤细胞创伤修复的交流阻抗分析研究
  • 批准号:
    21405049
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    张帆
  • 依托单位:
国内基金
海外基金