水环境中多种形态痕量重金属高效消解和检测仿生微纳传感器研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871243
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0123.敏感电子学与传感器
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The project focus on major requirements of on-site rapid detection of heavy metals in water environment monitoring field, and in view of the problem of difficult to accurately measure for the heavy metals in water body because of no/organic complexing state, etc. The project presents a novel bio-inspired micro-nano sensor from the shark olfactory ultra-high sensitive micro/nano structure of biological tissue for heavy metal digestion and measurement. This sensor was micro-fabricated by MEMS/NENO technology and microfluidic technology for sample separation. The sensor integrated oxidization electrode, detection electrode, reference electrode and counter electrode. It performed the electrochemical oxidation for heavy metal digestion and Stripping voltammetry for detection. The project will solve the compatibility of fabrication process, also the assays between oxidation and measurement. Through this project research, a novel portable trance heavy metal analyzer for on-site and high-speed detection will be produced. The analyzer can measurement heavy metal as Hg/Cd/Pb/As/Cu/Zn, the sensitivity is up to 1ug/L, the detection time is less than 10min, the repeatibility is up to 90%, and the efficient of digestion is up to 90% in 5min. The analyzer can be used in the field of ocean environment monitoring, lake or river water quality measurement and secondary water supply in city. And supporting the main equipment for environment monitoring. It has important scientific research significance and practical application value.
项目面向环境水体中重金属现场快速检测的重大需求,针对重金属形式多样化(无/有机络合态等)导致的总量难以准确测定的问题,提出借鉴鲨鱼嗅觉器官超高灵敏的微纳米生物组织结构,基于微纳制造技术和微流控样本分配技术,制备具有微纳米敏感结构的高效消解电极、检测电极、参比电极和对电极的微芯片,解决多电极制备工艺兼容、电化学消解和检测方法兼容、参比电极稳定性等关键问题,研制出集成重金属电化学氧化消解和溶出伏安法检测功能的仿生微纳传感器,构建手持式痕量重金属总量分析仪,实现水体中多种形态重金属现场快速、方便灵敏的检测和分析,5min内消解效率达90%,Hg、As、Zn、Cd、Pb、Cu检测灵敏度达到1μg/L,检测时间<10min,重复性>90%,用于监测近岸海洋水产养殖水体、河流、湖泊等水源地、二次供水等水质痕量重金属污染情况,为环境水质监测提供核心传感器装备,具有重要的科研究意义和实际应用价值。

结项摘要

项目面向自来水、净化水、地表水和海洋环境等水体中重金属现场快速在线检测的需求,基于微纳制造技术和微流控样本分配技术,制备了具有微纳米敏感结构的高效消解电极、检测电极、参比电极和对电极的微芯片,建立微纳传感器芯片批量制备工艺流程和电化学消解和检测方法,解决多电极制备工艺兼容、电化学消解和检测方法兼容、参比电极稳定性等关键问题,研制出了集成重金属电化学氧化消解和溶出伏安法检测功能的微纳传感器,研制了便携式痕量重金属检测仪,实现了多种形态重金属现场快速、方便灵敏的检测和分析,消解效率达到90%,检测灵敏度达到1μg/L,检测时间<10min,重复性>90%。应用于实际水体(近岸海洋水产养殖水体、河流、湖泊等水源地、二次供水等)水质痕量重金属检测分析,为环境水质监测提供核心传感器装备。具体完成情况如下:.(1)设计并批量制备基于硅基单面键合的集成化传感器,该传感器采用硅基-玻璃两层结构,在玻璃基底上集成三电极,即基于纳米通道阵列的参比电极,三维金微阵列工作电极以及金对电极。并且在硅基上制备了微检测腔以及进样和出样通道。所设计的传感器不仅能够批量制备,且参比电极的稳定性良好,批量制备的传感器检测同一浓度的铅离子时的相对标准偏差(RSD)在2.21%~3.35%以内,采用方波溶出伏安法检测铅的检测限为0.82μg/L,检测线性范围为5-100μg/L;.(2)批量制备基于硅基双面键合的集成化传感器,该传感器采用玻璃-硅-玻璃的“三明治”结构,铅的检测限可达到0.13μg/L,检测线性范围为0.5-150μg/L,在检测自来水,饮用水,河湖水时,其回收率在93.3%-103.3%以内;.(3)采用BDD电极,实现了络合态重金属铅的消解与检测一体化。消解10分钟后,消解效率能够达到89.04%,消解效率良好。.(4)研制了便携式痕量重金属离子检测系统,包括检测前端设备的硬件和Android系统上应用程序的开发,对几种常见的重金属离子进行了线性度和重复性测试,并且对实际水样进行了初步测试,检测精度和检测下限已基本满足实际检测需求。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
A batch microfabrication of a microfluidic electrochemical sensor for rapid chemical oxygen demand measurement
用于快速化学需氧量测量的微流控电化学传感器的批量微加工
  • DOI:
    10.1103/physrevc.93.065201
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Analyst
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Jiawen Yin;Zan Zhang;Xin Zhang;Yuliang Mai;Anbo Luan;Baojian Xu;Qinghui Jin
  • 通讯作者:
    Qinghui Jin
重金属检测微纳传感器芯片批量制备与测试
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    微纳电子技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戴金莹;尹加文;郜晚蕾;金庆辉
  • 通讯作者:
    金庆辉
Design and Batch Microfabrication of a High Precision Conductivity and Temperature Sensor for Marine Measurement
用于海洋测量的高精度电导率和温度传感器的设计和批量微加工
  • DOI:
    10.1109/jsen.2020.2992730
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE SENSORS JOURNAL
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Chaonan Wu;Wanlei Gao;Jie Zou;Qinghui Jin;Jiawen Jian
  • 通讯作者:
    Jiawen Jian
Miniaturized electrochemical sensor with micropillar array working electrode for trace lead online measurement in tap water
带有微柱阵列工作电极的微型电化学传感器,用于自来水中痕量铅的在线测量
  • DOI:
    10.1080/14616696.2020.1833067
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Micromechanics and Microengineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Hu Xiangyi;Guo Hui;Qi Tong;Fan Weihua;Jia Chunping;Xu Baojian;Jin Qinghui;Offenhaeusser Andreas;Zhao Jianlong
  • 通讯作者:
    Zhao Jianlong
A batch microfabrication of a self-cleaning,ultradurable electrochemical sensor employing a BDD film for the online monitoring of free chlorine in tap water
采用 BDD 薄膜批量微加工自清洁、超耐用电化学传感器,用于在线监测自来水中的游离氯
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Microsystems & Nanoengineering
  • 影响因子:
    7.9
  • 作者:
    Yin Jiawen;Gao Wanlei;Yu Weijian;Guan Yihua;Wang Zhenyu;Jin Qinghui
  • 通讯作者:
    Jin Qinghui

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其他文献

海洋温度电导率微纳传感器批量制备及测试
  • DOI:
    10.13873/j.1000-9787(2020)04-0063-03
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    传感器与微系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴超楠;郜晚蕾;邹杰;金庆辉;简家文
  • 通讯作者:
    简家文
一种用于循环肿瘤细胞检测的生物传感器芯片
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    传感器与微系统
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丛辉;茅国新;金庆辉;赵建龙
  • 通讯作者:
    赵建龙
一种基于微流控芯片和电化学自组装单层的多细胞表面构图方法
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郑允焕;吴建璋;赵建龙;金庆辉;邵建波
  • 通讯作者:
    邵建波
用于药物筛选的微流控细胞阵列芯片
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生物工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邵建波;赵建龙;吴建璋;金庆辉;郑允焕
  • 通讯作者:
    郑允焕
Inverse Design of High Performance Mode Converter Based on Edge Optimization
基于边缘优化的高性能模式转换器逆向设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    1970-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨子荣;田野;廖俊鹏;康哲;张晓伟;金庆辉;Zirong Yang;Tian Ye;Junpeng Liao;Kang Zhe
  • 通讯作者:
    Kang Zhe

其他文献

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金庆辉的其他基金

低量程在线式化学需氧量高精度测量微纳传感器研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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