传感器与生化传感系统关键技术

**篇传感器基础001
第1章概述 001
1.1传感器基础 001
1.1.1传感器的基本概念 001
1.1.2传感器的基本结构与分类及其要求 002
1.1.3传感器的特性 003
1.2传感器应用与发展趋势 008
1.2.1常用传感器的应用潜力 008
1.2.2传感器应用 008
1.2.3传感器的发展趋势 009
参考文献 010

第2章传感器中的物理传导效应 011
2.1电磁效应与介电及磁导效应 011
2.1.1麦克斯韦方程组及其应用 011
2.1.2电磁波谱 013
2.1.3介电效应 013
2.1.4磁导效应 014
2.2光电效应、光电导效应与光伏效应 015
2.2.1光电效应 015
2.2.2光电导效应 015
2.2.3光伏效应 016
2.3光电介效应与光致发光效应 016
2.3.1荧光和磷光 016
2.3.2电致发光 018
2.4霍尔效应、热电效应及热阻效应 018
2.4.1霍尔效应 018
2.4.2热电效应 019
2.4.3热阻效应 020
2.5压阻效应、压电效应及热电效应 021
2.5.1压阻效应 021
2.5.2压电效应 021
2.5.3热电效应 022
2.6磁效应与多普勒效应 022
2.6.1磁致伸缩效应 022
2.6.2磁阻效应 023
2.6.3巴克豪森效应 024
2.6.4能斯特-爱廷豪森效应 024
2.6.5法拉第旋转效应与福格特效应 024
2.6.6多普勒效应 025
2.7磁光效应 025
2.7.1磁光克尔效应 025
2.7.2克尔效应 025
2.7.3普克尔斯效应 026
参考文献 026

第3章常用传感器 027
3.1电导和电容传感器 027
3.1.1电导传感器 027
3.1.2电容传感器 028
3.2光波导传感器 029
3.2.1光波导中的传播 029
3.2.2光波导的灵敏度 031
3.2.3基于光纤的传感器 031
3.2.4光干涉传感器 032
3.2.5表面等离子体共振传感器 033
3.3光谱传感器 036
3.3.1紫外-可见和红外光谱 036
3.3.2紫外-可见光谱 037
3.3.3光致发光光谱 039
3.3.4红外光谱 040
3.3.5拉曼光谱 042
3.3.6核磁共振光谱 044
3.4电化学传感器 045
3.4.1化学反应 045
3.4.2化学热力学 046
3.4.3能斯特方程 047
3.4.4参比电极 050
3.4.5膜电极 051
3.4.6电化学pH 传感器 052
3.4.7基于电化学的气体传感器 053
3.4.8伏安法 053
3.5扩散电流与容性电流 054
3.5.1扩散电流 054
3.5.2容性电流 056
3.5.3计时电流法（或电位阶跃伏安法） 056
3.6线性扫描伏安法和循环伏安法 056
3.6.1线性扫描伏安法 056
3.6.2循环伏安法 058
3.7固态传感器 059
3.7.1PN 结二极管和基于双极结的传感器 059
3.7.2基于肖特基二极管的传感器 061
3.7.3基于场效应晶体管的传感器 061
3.8声波传感器 063
3.8.1石英晶体微量天平 063
3.8.2薄膜体声波谐振器 064
3.8.3基于悬臂的传感器 065
3.8.4叉指式声表面波器件 066
3.9陀螺仪 068
参考文献 070

第4章有机传感器 072
4.1表面反应 072
4.1.1靶向与锚定有机分子 072
4.1.2自组装 073
4.2生物感测的表面修饰 075
4.2.1金和其他金属表面 075
4.2.2硅、二氧化硅和金属氧化物表面 076
4.2.3碳表面 076
4.2.4导电和非导电聚合物表面 078
4.3蛋白质与传感器集成 079
4.3.1蛋白质的结构 079
4.3.2蛋白质的功能 081
4.3.3传感应用中的蛋白质 082
4.3.4抗体在感测中的应用 082
4.3.5酶在感测中的应用 084
4.3.6跨膜传感器 085
4.4基于核苷酸和DNA 的传感器 087
4.4.1DNA 的结构 088
4.4.2RNA 的结构 090
4.4.3DNA 解码器和微阵列 090
参考文献 093


第二篇生化传感器094
第5章用于医疗健康的生物传感器的*新进展 094
5.1生物传感器的发展及其材料 094
5.1.1生物传感器的发展 094
5.1.2生物传感器材料 095
5.2可吸收的与可穿戴的生物传感器 096
5.2.1可吸收的生物传感器 096
5.2.2柔性可穿戴的生物传感器 097
5.3电化学与酶生物传感器 099
5.3.1电化学生物传感器 100
5.3.2酶生物传感器 102
5.4FET 与石墨烯生物传感器 103
5.4.1FET 生物传感器 103
5.4.2石墨烯生物传感器 104
5.5聚合物有机生物传感器与微流体生物传感器 105
5.5.1聚合物有机生物传感器 105
5.5.2微流体生物传感器 105
5.6金属氧化物与等离子体生物传感器 106
5.6.1金属氧化物生物传感器 106
5.6.2等离子体生物传感器 107
5.7其他生物传感器 107
参考文献 109

第6章石墨烯与纳米材料生化传感器 114
6.1石墨烯电化学传感器概述 114
6.1.1石墨烯的结构特性与制备方法 114
6.1.2石墨烯电化学传感器 117
6.2用于检测溶菌酶的功能化银纳米颗粒生化传感器 121
6.2.1常用检测溶菌酶的方法 121
6.2.2制备与实验 122
6.2.3AgNPs/GA 生化感测探针及其讨论 123
6.3氧化钛纳米电化学生物传感器 128
6.3.1TiO2 的特性 128
6.3.2合成TiO2 纳米粒子的方法 129
6.3.3TiO2 的感测过程 131
6.3.4TiO2 电化学生物传感器在医疗中的应用 132
6.4用于肺癌生物标志物分析的多维结构的纳米传感器 137
6.4.1肺癌诊断与纳米材料 137
6.4.2零维结构纳米材料 141
6.4.3一维纳米材料 142
6.4.4二维纳米材料 145
6.4.5三维纳米材料 147
6.4.6用于肺癌诊断的生物传感器上的多维纳米复合材料 149
参考文献 152

第7章微流体传感器 155
7.1微流体与增材制造 155
7.2完全喷墨打印的微流体 157
7.2.1制造工艺 157
7.2.2喷墨印刷PMMA 158
7.2.3SU-8 喷墨印刷 159
7.2.4喷墨印刷导电材料与3D 微流体 161
7.2.5应用 162
7.3微流体芯片中的光纤生化传感器 165
7.3.1光纤传感器的结构和传感机制 165
7.3.2集成光纤芯片的测量方法 168
7.3.3应用 173
7.3.4片上的流量测量 182
参考文献 185

第8章非酶生物传感器与基于DNA 的无标记电化学生物传感器 188
8.1非酶生物传感器 188
8.1.1食品安全与农药残留检测 188
8.1.2非酶受体 189
8.1.3光学感测方法 190
8.1.4电化学感测 199
8.2基于DNA 的无标记电化学生物传感器 204
8.2.1基于DNA 的无标记电化学生物传感器的概要 204
8.2.2异构的基于DNA 的无标记电化学生物传感器 206
8.2.3同构的基于DNA 的无标记电化学生物传感器 220
参考文献 223

第9章场效应晶体管生物传感器 226
9.1生化FET 传感器检测原理 226
9.1.1生化FET 传感器及其结构 226
9.1.2固体电解质界面 230
9.1.3FET 的检测机制 234
9.2用于生物素特异性检测的高灵敏度石墨烯场效应管生物传感器 237
9.2.1生物素的特异性与GFET 238
9.2.2制作材料与方法 239
9.2.3结果与测试 240
9.3感测血清样品中唾液酸的场效应管生物传感器 244
9.3.1唾液酸与基本构成 244
9.3.2OECT 制造过程 245
9.3.3基于OECT 的SA 生物传感器的设计及其性能 246
9.4快速测定流感的双通道场效应晶体管生物传感器 250
9.4.1流感病毒及其FET 测定 250
9.4.2制造过程 251
参考文献 252

第10章可穿戴传感器 254
10.1可穿戴传感器概述 254
10.1.1健康监测传感器 255
10.1.2智能假肢 260
10.1.3辅助机器人 262
10.2高可拉伸的超灵敏的可穿戴传感器 264
10.2.1可拉伸传感器的分类与应用 264
10.2.2运动监测 266
10.2.3生命体征监测 267
10.2.4周围环境监测 272
10.2.5可拉伸传感器设计中常用的材料与策略 273
10.3非侵入性的可穿戴的葡萄糖传感器 275
10.3.1组织液中的葡萄糖水平监测 276
10.3.2汗液中葡萄糖的监测 277
参考文献 280


第三篇生化传感系统的广义应用282
第11章智慧医疗 282
11.1智慧医疗：让医疗更智能 282
11.1.1智慧医疗的理念 282
11.1.2智慧医疗的典型应用 283
11.2医疗物联网（IoMT） 285
11.2.1IoMT 构成 285
11.2.2IoMT 使能技术 286
11.2.3IoMT 在医疗保健中的应用 288
11.3实例：基于可穿戴设备和云计算的智能孕产妇保健服务系统 291
11.3.1系统的作用与意义 291
11.3.2孕妇可穿戴设备 292
11.3.3IoMT 平台 292
参考文献 296