太赫兹-超材料-纳米材料联用的农产品安全检测机理与方法
发布时间：2022-11-06 11:59
太赫兹波谱技术具有快速、简单,并且能提供样品分子振动信息的特点,在生物样品检测领域显现出巨大的发展潜力和应用价值。然而,在自由空间传播的太赫兹波与样品之间的相互作用较弱,导致样品的信号微弱,无法满足微量样品的检测需求。为了提高样品信号,作为局域电场增强器件的超材料被广泛研究和应用于微量样品检测领域,并逐渐成为一种新型的传感器件。本论文主要以超材料为研究基底,以太赫兹时域波谱技术为研究主线和手段,结合纳米材料（纳米金颗粒和石墨烯）,研究太赫兹电场与物质之间的相互作用,建立基于太赫兹超材料和纳米技术的定量检测模型,并用于农药和蛋白质的检测。本研究首次联用太赫兹波谱技术、超材料与纳米材料（纳米金颗粒和石墨烯）并实现对蛋白质和农药的快速检测,为农产品的农药残留检测及生物传感技术提供了新思路。本文的主要研究内容和研究结果如下:（1）以甲基毒死蜱农药作为研究对象,利用压片分析法对甲基毒死蜱的太赫兹吸收波谱进行研究,并借助超材料吸收器对甲基毒死蜱农药的水溶液进行检测,提高了太赫兹波谱检测甲基毒死蜱的灵敏度,检测限达到0.204 mg L-1。（2）以果糖和左旋组氨酸为例,采用理论模拟和实验检测的方法...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
相关符号及缩略词
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 太赫兹波谱简介
1.1.2 超材料简介
1.2 太赫兹超材料检测原理
1.2.1 太赫兹超表面
1.2.2 太赫兹超材料吸收器
1.2.3 太赫兹金属网栅器件
1.2.4 基于太赫兹超材料的薄膜样品检测
1.3 太赫兹超材料在传感方面的应用
1.3.1 太赫兹超材料在分子检测方面的应用
1.3.2 太赫兹超材料在生物分子检测及生物传感领域的应用
1.3.3 太赫兹超材料在微流控检测方面的应用
1.3.4 太赫兹超材料在其它方面的检测应用
1.4 基于太赫兹超材料的检测研究总结
1.4.1 新型超材料结构的设计
1.4.2 基于纳米材料的超材料应用研究
1.4.3 石墨烯等离子体及石墨烯超材料器件
1.4.4 基于拓扑绝缘体的太赫兹表面等离子体
1.5 本文选题依据
1.6 研究目的、内容和技术路线
1.6.1 研究目的和内容
1.6.2 技术路线图
1.7 本章小结
第二章 基于超材料吸收器的甲基毒死蜱检测
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 材料与试剂
2.2.2 仪器设备
2.3 样品制备及实验步骤
2.3.1 压片样品制备
2.3.2 基于特氟龙圆片基底的甲基毒死蜱检测
2.3.3 基于太赫兹超材料的甲基毒死蜱检测研究
2.3.4 太赫兹波谱采集
2.4 模拟软件及数据处理
2.4.1 FDTD Solutions介绍
2.4.2 Origin介绍
2.4.3 TAC软件介绍
2.4.4 数据处理
2.5 结果与讨论
2.5.1 甲基毒死蜱压片实验结果分析
2.5.2 基于特氟龙圆片的甲基毒死蜱检测研究
2.5.3 基于超材料吸收器的甲基毒死蜱检测
2.6 本章小结
第三章 联用纳米金和超材料吸收器放大样品信号
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 材料与试剂
3.2.2 仪器设备
3.3 样品制备及实验步骤
3.3.1 玻璃器皿的清洗
3.3.2 纳米金颗粒的合成
3.3.3 果糖和左旋组氨酸的太赫兹波谱分析
3.3.4 基于太赫兹超材料的果糖和左旋组氨酸定量检测
3.3.5 纳米金颗粒在石英玻片上的检测分析
3.3.6 金标亲和素制备
3.3.7 基于超材料吸收器的纳米金溶液检测
3.3.8 基于超材料吸收器的金标亲和素及亲和素溶液检测
3.4 数据处理与模拟分析
3.4.1 数据处理
3.4.2 纳米金颗粒粒径计算
3.4.3 FDTD模拟
3.5 结果与讨论
3.5.1 果糖和左旋组氨酸的压片分析
3.5.2 利用不同谐振频率超材料吸收器检测果糖和左旋组氨酸
3.5.3 基于超材料吸收器的纳米金颗粒检测
3.5.4 基于超材料吸收器的金标亲和素检测
3.5.5 利用超材料吸收器检测高折射率物质的模拟结果
3.6 本章小结
第四章 石墨烯-超材料传感器的构建与应用
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 材料与试剂
4.2.2 仪器设备
4.3 样品制备及实验步骤
4.3.1 超材料吸收器表面的石墨烯转移
4.3.2 基于石墨烯-超材料吸收器异质结构的果糖和甲基毒死蜱检测
4.3.3 基于石墨烯-硅异质结构的果糖溶液检测
4.3.4 石墨烯-超材料吸收器异质结构的生物传感应用
4.4 模拟软件及数据处理
4.4.1 石墨烯的物理参数
4.4.2 NanoScope Analysis软件介绍
4.5 结果与讨论
4.5.1 石墨烯-超材料吸收器异质结构的表征
4.5.2 石墨烯-超材料吸收器异质结构对甲基毒死蜱和果糖的检测
4.5.3 石墨烯-硅异质结对果糖的检测
4.5.4 基于石墨烯-超材料吸收器异质结构的生物传感应用
4.6 本章小结
第五章 石墨烯-超材料吸收器用于谷物中甲基毒死蜱检测
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 材料与试剂
5.2.2 仪器设备
5.3 样品制备及实验步骤
5.3.1 超材料表面的石墨烯转移
5.3.2 配置混有甲基毒死蜱的稻谷浸出液
5.3.3 配置混有甲基毒死蜱的稻米浸出液
5.3.4 石墨烯-超材料吸收器异质结构检测稻谷中的甲基毒死蜱
5.4 结果与讨论
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 主要研究结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microwave metamaterials[J]. Tie Jun Cui. National Science Review. 2018(02)
本文编号：3703462
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
相关符号及缩略词
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.1.1 太赫兹波谱简介
1.1.2 超材料简介
1.2 太赫兹超材料检测原理
1.2.1 太赫兹超表面
1.2.2 太赫兹超材料吸收器
1.2.3 太赫兹金属网栅器件
1.2.4 基于太赫兹超材料的薄膜样品检测
1.3 太赫兹超材料在传感方面的应用
1.3.1 太赫兹超材料在分子检测方面的应用
1.3.2 太赫兹超材料在生物分子检测及生物传感领域的应用
1.3.3 太赫兹超材料在微流控检测方面的应用
1.3.4 太赫兹超材料在其它方面的检测应用
1.4 基于太赫兹超材料的检测研究总结
1.4.1 新型超材料结构的设计
1.4.2 基于纳米材料的超材料应用研究
1.4.3 石墨烯等离子体及石墨烯超材料器件
1.4.4 基于拓扑绝缘体的太赫兹表面等离子体
1.5 本文选题依据
1.6 研究目的、内容和技术路线
1.6.1 研究目的和内容
1.6.2 技术路线图
1.7 本章小结
第二章 基于超材料吸收器的甲基毒死蜱检测
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 材料与试剂
2.2.2 仪器设备
2.3 样品制备及实验步骤
2.3.1 压片样品制备
2.3.2 基于特氟龙圆片基底的甲基毒死蜱检测
2.3.3 基于太赫兹超材料的甲基毒死蜱检测研究
2.3.4 太赫兹波谱采集
2.4 模拟软件及数据处理
2.4.1 FDTD Solutions介绍
2.4.2 Origin介绍
2.4.3 TAC软件介绍
2.4.4 数据处理
2.5 结果与讨论
2.5.1 甲基毒死蜱压片实验结果分析
2.5.2 基于特氟龙圆片的甲基毒死蜱检测研究
2.5.3 基于超材料吸收器的甲基毒死蜱检测
2.6 本章小结
第三章 联用纳米金和超材料吸收器放大样品信号
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 材料与试剂
3.2.2 仪器设备
3.3 样品制备及实验步骤
3.3.1 玻璃器皿的清洗
3.3.2 纳米金颗粒的合成
3.3.3 果糖和左旋组氨酸的太赫兹波谱分析
3.3.4 基于太赫兹超材料的果糖和左旋组氨酸定量检测
3.3.5 纳米金颗粒在石英玻片上的检测分析
3.3.6 金标亲和素制备
3.3.7 基于超材料吸收器的纳米金溶液检测
3.3.8 基于超材料吸收器的金标亲和素及亲和素溶液检测
3.4 数据处理与模拟分析
3.4.1 数据处理
3.4.2 纳米金颗粒粒径计算
3.4.3 FDTD模拟
3.5 结果与讨论
3.5.1 果糖和左旋组氨酸的压片分析
3.5.2 利用不同谐振频率超材料吸收器检测果糖和左旋组氨酸
3.5.3 基于超材料吸收器的纳米金颗粒检测
3.5.4 基于超材料吸收器的金标亲和素检测
3.5.5 利用超材料吸收器检测高折射率物质的模拟结果
3.6 本章小结
第四章 石墨烯-超材料传感器的构建与应用
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 材料与试剂
4.2.2 仪器设备
4.3 样品制备及实验步骤
4.3.1 超材料吸收器表面的石墨烯转移
4.3.2 基于石墨烯-超材料吸收器异质结构的果糖和甲基毒死蜱检测
4.3.3 基于石墨烯-硅异质结构的果糖溶液检测
4.3.4 石墨烯-超材料吸收器异质结构的生物传感应用
4.4 模拟软件及数据处理
4.4.1 石墨烯的物理参数
4.4.2 NanoScope Analysis软件介绍
4.5 结果与讨论
4.5.1 石墨烯-超材料吸收器异质结构的表征
4.5.2 石墨烯-超材料吸收器异质结构对甲基毒死蜱和果糖的检测
4.5.3 石墨烯-硅异质结对果糖的检测
4.5.4 基于石墨烯-超材料吸收器异质结构的生物传感应用
4.6 本章小结
第五章 石墨烯-超材料吸收器用于谷物中甲基毒死蜱检测
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 材料与试剂
5.2.2 仪器设备
5.3 样品制备及实验步骤
5.3.1 超材料表面的石墨烯转移
5.3.2 配置混有甲基毒死蜱的稻谷浸出液
5.3.3 配置混有甲基毒死蜱的稻米浸出液
5.3.4 石墨烯-超材料吸收器异质结构检测稻谷中的甲基毒死蜱
5.4 结果与讨论
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 主要研究结论
6.2 主要创新点
6.3 展望
参考文献
作者简历
【参考文献】：
期刊论文
[1]Microwave metamaterials[J]. Tie Jun Cui. National Science Review. 2018(02)
本文编号：3703462
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/nykj/3703462.html
