无线无源柔性电化学传感器件及其在生物医学中的应用研究
发布时间：2023-12-24 13:54
近年来,随着材料、设计、工艺、电子等领域的长足进步,柔性电子器件取得了飞速发展,并广泛应用于穿戴式或植入式传感等新兴领域。相对于传统的穿戴式或植入式器件来说,这类器件具有超薄、柔性、可拉伸的特点,可与皮肤、脏器等表面完美贴合,提供精准检测的同时,可减低对机体的伤害,从而实现更加舒适的穿戴体验。在柔性电子发展的早期,监测目标主要是温度、压力、心电等生理参数。近年来,随着电化学传感技术的发展,诞生了一系列穿戴式或植入式柔性电化学传感器件,从而实现了唾液、泪液、汗液、组织液、血液中的各种生化目标物质的检测,大大拓宽了柔性电子的应用范围。对于柔性电化学传感系统来说,电路是不可或缺的部分。然而,大部分的柔性电化学传感系统都缺少电路部分,需要连接外部电化学工作站来实现数据采集和处理,大大制约了系统在穿戴式和植入式方面的实际应用。近年来,随着电化学传感电路的集成化发展,出现了很多同时集成电路和电极的混合系统,可以实现完整的电化学传感功能。但是,它们大都需要锂电池供电,无法实现系统的完全柔性化和集成化。近场通讯(NFC)技术作为一种短距离无线电技术,可以同时实现无线的能量和数据传输。将NFC模块、电化...
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 柔性电子技术
1.2.1 柔性电子器件的力学特性
1.2.2 柔性电子器件的电学特性
1.2.3 柔性电子器件的封装方法
1.2.4 柔性电子器件的人体集成
1.2.5 柔性电子器件的应用
1.3 电化学传感技术
1.3.1 电化学电极
1.3.2 电化学方法
1.3.3 基于智能手机的便携式电化学传感系统
1.4 柔性可穿戴电化学传感器件
1.4.1 用于汗液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.2 用于唾液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.3 用于泪液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.4 用于组织液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.5 用于伤口监测与治疗的柔性可穿戴电化学传感系统
1.5 基于NFC技术的无线无源生化传感技术
1.5.1 NFC技术
1.5.2 基于NFC的柔性电子器件在气体传感方面的应用
1.5.3 基于NFC的柔性电子器件在穿戴传感方面的应用
1.5.4 基于NFC的柔性电子器件在植入传感方面的应用
1.6 本文主要研究内容
第二章 用于汗液成分分析的无线无源柔性电子贴片
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 无线供电测试
2.2.2 电路设计方案
2.2.3 数据传输过程及软件APP设计
2.2.4 电极全印刷流程
2.2.5 电极机械和力学性能测试
2.2.6 电极表面的生化修饰
2.2.7 传感器基本特性测试
2.2.8 柔性电子贴片的整体稳定性测试
2.2.9 在体汗液成分分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 柔性电子贴片的系统整体设计
2.3.2 柔性电路的电磁性能测试
2.3.3 可拉伸电极阵列构建及测试
2.3.4 传感电极的生化修饰
2.3.5 传感器性能测试
2.3.6 在体汗液成分分析
2.4 本章小结
第三章 用于多种生物液体成分分析的无线无源柔性电子贴片
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 柔性电子贴片的系统设计
3.2.2 可拉伸电极阵列构建
3.2.3 离子选择电极表面修饰
3.2.4 柔性电子贴片的机械和电学性能测试
3.2.5 离子选择电极的传感性能测试
3.2.6 利用柔性电子贴片进行实际样本测试
3.3 结果和讨论
3.3.1 柔性电子贴片的力学和电学性能测试
3.3.2 Ca2+传感器的传感特性测试
3.3.3 Cl-传感器的传感特性测试
3.3.4 利用柔性电子贴片进行实际样本检测
3.4 本章小结
第四章 用于溶液中重金属检测的无源柔性标签
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 试剂和仪器
4.2.2 无源柔性标签的电路设计
4.2.3 用于重金属离子检测的电极阵列构建
4.2.4 用于重金属离子检测的电极修饰
4.2.5 用于重金属离子检测的电极表征
4.2.6 不同容器中重金属离子的原位检测
4.2.7 方波脉冲伏安法中的峰值电流计算
4.3 结果与讨论
4.3.1 全集成、无线、无源的柔性电化学标签
4.3.2 无源SWASV电路的验证
4.3.3 柔性电极阵列的修饰和表征
4.3.4 利用该标签进行铅和镉的电化学分析
4.3.5 不同容器中铅和镉的无线原位检测
4.3.6 未来应用
4.4 本章小结
第五章 用于半定量气体传感的无线无源NFC标签
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 NFC标签传感器构建
5.2.2 NFC标签传感器阵列设计
5.3 结果与讨论
5.3.1 单一浓度乙醇气体检测
5.3.2 乙醇气体半定量检测
5.3.3 讨论
5.4 本章小结
第六章 用于感染监测和电控给药的闭环智能伤口敷料
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 智能伤口敷料的柔性电路设计
6.2.2 智能伤口敷料的电极阵列构建
6.2.3 智能伤口敷料的电极修饰方法
6.2.4 温度、pH和尿酸传感器特性测试
6.2.5 药物控释电极的体外表征和测试
6.2.6 利用智能伤口敷料进行体外抗菌实验
6.2.7 利用智能伤口敷料进行动物实验
6.3 结果与讨论
6.3.1 智能伤口敷料的系统整体设计
6.3.2 可拉伸电极阵列的制作和修饰
6.3.3 尿酸、pH和温度传感器特性测试
6.3.4 电控药物释放模块的表征和测试
6.3.5 利用智能伤口敷料进行体外抗菌实验
6.3.6 利用智能伤口敷料进行动物实验
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 研究总结
7.2 研究展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间取得的科研成果
本文编号：3874643
【文章页数】：166 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 柔性电子技术
1.2.1 柔性电子器件的力学特性
1.2.2 柔性电子器件的电学特性
1.2.3 柔性电子器件的封装方法
1.2.4 柔性电子器件的人体集成
1.2.5 柔性电子器件的应用
1.3 电化学传感技术
1.3.1 电化学电极
1.3.2 电化学方法
1.3.3 基于智能手机的便携式电化学传感系统
1.4 柔性可穿戴电化学传感器件
1.4.1 用于汗液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.2 用于唾液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.3 用于泪液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.4 用于组织液成分分析的柔性可穿戴电化学传感系统
1.4.5 用于伤口监测与治疗的柔性可穿戴电化学传感系统
1.5 基于NFC技术的无线无源生化传感技术
1.5.1 NFC技术
1.5.2 基于NFC的柔性电子器件在气体传感方面的应用
1.5.3 基于NFC的柔性电子器件在穿戴传感方面的应用
1.5.4 基于NFC的柔性电子器件在植入传感方面的应用
1.6 本文主要研究内容
第二章 用于汗液成分分析的无线无源柔性电子贴片
2.1 引言
2.2 实验部分
2.2.1 无线供电测试
2.2.2 电路设计方案
2.2.3 数据传输过程及软件APP设计
2.2.4 电极全印刷流程
2.2.5 电极机械和力学性能测试
2.2.6 电极表面的生化修饰
2.2.7 传感器基本特性测试
2.2.8 柔性电子贴片的整体稳定性测试
2.2.9 在体汗液成分分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 柔性电子贴片的系统整体设计
2.3.2 柔性电路的电磁性能测试
2.3.3 可拉伸电极阵列构建及测试
2.3.4 传感电极的生化修饰
2.3.5 传感器性能测试
2.3.6 在体汗液成分分析
2.4 本章小结
第三章 用于多种生物液体成分分析的无线无源柔性电子贴片
3.1 引言
3.2 实验部分
3.2.1 柔性电子贴片的系统设计
3.2.2 可拉伸电极阵列构建
3.2.3 离子选择电极表面修饰
3.2.4 柔性电子贴片的机械和电学性能测试
3.2.5 离子选择电极的传感性能测试
3.2.6 利用柔性电子贴片进行实际样本测试
3.3 结果和讨论
3.3.1 柔性电子贴片的力学和电学性能测试
3.3.2 Ca2+传感器的传感特性测试
3.3.3 Cl-传感器的传感特性测试
3.3.4 利用柔性电子贴片进行实际样本检测
3.4 本章小结
第四章 用于溶液中重金属检测的无源柔性标签
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 试剂和仪器
4.2.2 无源柔性标签的电路设计
4.2.3 用于重金属离子检测的电极阵列构建
4.2.4 用于重金属离子检测的电极修饰
4.2.5 用于重金属离子检测的电极表征
4.2.6 不同容器中重金属离子的原位检测
4.2.7 方波脉冲伏安法中的峰值电流计算
4.3 结果与讨论
4.3.1 全集成、无线、无源的柔性电化学标签
4.3.2 无源SWASV电路的验证
4.3.3 柔性电极阵列的修饰和表征
4.3.4 利用该标签进行铅和镉的电化学分析
4.3.5 不同容器中铅和镉的无线原位检测
4.3.6 未来应用
4.4 本章小结
第五章 用于半定量气体传感的无线无源NFC标签
5.1 引言
5.2 实验部分
5.2.1 NFC标签传感器构建
5.2.2 NFC标签传感器阵列设计
5.3 结果与讨论
5.3.1 单一浓度乙醇气体检测
5.3.2 乙醇气体半定量检测
5.3.3 讨论
5.4 本章小结
第六章 用于感染监测和电控给药的闭环智能伤口敷料
6.1 引言
6.2 实验部分
6.2.1 智能伤口敷料的柔性电路设计
6.2.2 智能伤口敷料的电极阵列构建
6.2.3 智能伤口敷料的电极修饰方法
6.2.4 温度、pH和尿酸传感器特性测试
6.2.5 药物控释电极的体外表征和测试
6.2.6 利用智能伤口敷料进行体外抗菌实验
6.2.7 利用智能伤口敷料进行动物实验
6.3 结果与讨论
6.3.1 智能伤口敷料的系统整体设计
6.3.2 可拉伸电极阵列的制作和修饰
6.3.3 尿酸、pH和温度传感器特性测试
6.3.4 电控药物释放模块的表征和测试
6.3.5 利用智能伤口敷料进行体外抗菌实验
6.3.6 利用智能伤口敷料进行动物实验
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 研究总结
7.2 研究展望
参考文献
作者简介
攻读博士学位期间取得的科研成果
本文编号：3874643
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