基于智能手机的电化学阻抗检测系统及其对挥发性有机物的检测研究

发布时间：2020-05-27 07:14

【摘要】：电化学阻抗法作为一种常见的电化学传感检测手段,其具有灵敏度高、操作简单和出结果快等优点,因此特别适合集成微阵列以及小型化的装置。在本文中,设计并研发了基于智能手机的电化学阻抗传感检测系统,该检测系统主要由小型化的传感器、便携式检测装置和智能手机组成。其中传感器由石墨烯、氧化锌和硝酸纤维素膜复合修饰的叉指电极构成,用来特异性感受目标分析物。便携式检测装置则通过电化学测试原理将传感器的化学响应转化为对应的电学信号并加以处理。智能手机通过蓝牙等通讯方式控制检测装置、传输并显示目标分析物的浓度信息。然后,将该检测系统用于挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCs)的实时检测。结果显示该检测系统对特定的VOCs有电化学阻抗的响应,但是不具备特异性,因此通过不同气体具有不同的特征频率点对气体成分进行进一步地区分。特别地,人体呼出气中的一些VOCs气体如丙酮可以作为一些疾病如糖尿病等的疾病标志物,从而通过监测人体呼出气中特定气体成分对相应疾病进行无创快速监测。最后,通过对剧烈运动前后人体呼出气成分改变的检测获取呼出气中特定气体的浓度情况,检测结果显示基于智能手机的检测系统可以用于医疗诊断的实际应用中。因此,基于智能手机电化学阻抗检测系统提供了一个便携且快速的方法用于检测呼出气中潜在的疾病标志物VOC气体,可以用于一些疾病的早期诊断。
【图文】：

示意图,示意图,控制终端,敏感元件

因此被广泛应用于环境水和空气污染监测、食品质量监管和医疗卫生健康等逡逑领域中［４＇５］。逡逑一般来说，电化学传感系统包括三部分俎成，如图１．１所示，包括电化学传逡逑感器、检测装置和控制终端组成。其中，电化学传感器通常是由换能器和固定在逡逑上面的特异性敏感元件构成的，它能够将目标待测物与敏感元件反应产生的生化逡逑信号转化为可以被测量到的电信号，如电流、电位和电阻等参数；捡测装置通常逡逑是由一系列电路元件构成，可以通过不同的电化学激励模式实时采集电化学传感逡逑器上传回的电信号，并通过通信模块传至控制终端。最终控制终端对信号进一步逡逑分析处理，根据电化学方法提取与目标物相关的参量，探寻参量与目标物浓度之逡逑间的线性相关性，即可实现对目标物的定性和定量检测分析。逡逑选逦换逦｜邋．检逦｜结逡逑择逡逑待测物逦＾邋化学信号逦

葡萄糖传感器,电流型,电化学,基本原理

液中的氧化还原反应，因此可以通过持续检测电流信号来达到对待测物的实时检逡逑测。通过常见的葡萄糖传感器可以了解电流型电化学传感的基本原理及构成［７＿８］。逡逑如图１．邋２所示，葡萄糖氧化酶（ｇｌｕｃｏｓｅ邋ｏｘｉｄａｓｅ，ＧＯＤ）被半透膜通过物理吸附的逡逑方法固定在靠近铂电极的表面，葡萄糖与ＧＯＤ反应会生成两个电子和两个质子，逡逑同时还原了邋ＧＯＤ。还原态的ＧＯＤ在氧气和电子的存在下经过反应后生成氧化氢逡逑和氧化态ＧＯＤ，邋ＧＯＤ回到最初状态又可以与更多的葡萄糖发生反应，从而产生逡逑更多的电子。在工作电极（如铂电极、金电极等）和对电极（银／氯化银电极等）逡逑两电极的测量体系中，由于电化学电位的作用下，，一个分子的过氧化氢会分解并逡逑产生两个电子的转移，在两个电极之间产生电流，因此通过检测两电极之间的电逡逑流大小反映溶液体系中的葡萄糖浓度，从而构建了对葡萄糖进行快速检测的电流逡逑型电化学传感方法。逡逑ＧＯＤ逡逑Ｃ（＞Ｈｉ２0６邋＋邋0２邋逦＾邋Ｃ６Ｈｉ00ｓ邋＋邋Ｈ２0２逡逑葡萄糖逡逑葡萄糖氧化酶逡逑氧逦过氧化氢逡逑或者逦或者逡逑氧化介质逦、’还原介质逡逑电极逡逑图１．２电流型电化学葡萄糖传感器的基本原理。逡逑３逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.1;R446

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