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新型气体传感器及呼吸诊断电子鼻设计

徐良  
【摘要】: 无创伤诊断技术一直是生物医学工程领域研究的一个热点。呼吸气体中苯乙烯,癸烷,十一烷等22种有机挥发性(VOCs)特征气体浓度测试便是一种很有前景的肺癌无创伤诊断与监护方法。 本文主要介绍了一种新型的声表面波气体传感器。该传感器具有灵敏度高、集成度高、一致性和重复性好等特点,可用于多种领域。根据声表面波延迟线的质量沉积效应,我们优化设计出一种中心频率为51.9MHz,带宽为2.1MHz,高的Q值(24.36),低的插入损耗(-7.86dB)的声表面波传感器。并将其应用于呼吸气体的检测。 根据肺癌病人呼出的22种VOCs特征气体,我们研究和筛选出4种敏感性膜检测呼吸气体中的有机成分。同时也摸索出一套较好的成膜厚度达到500nm左右的敏感膜固定化技术——旋转涂膜法。 课题的重点是设计肺癌病人呼吸检测的电子鼻系统,研制出的系统由采样、测试和计算识别三部分组成。采样部分应用了预富集和分离技术,测试部分由单片机系统完成频率采集、计算、传输,用人工神经网络作为计算识别部分。并且还建立了一套准确而有效的气相色谱和固相微萃取定标系统。同时,我们与浙江邵逸夫医院合作,采集了医院肺癌病人的样本,得到特征气体与肺癌的初步相关性,从而证实了用呼吸气体检测肺癌可行性。此外,采用我们研制的传感器和电子鼻系统进行对苯乙烯,癸烷等气体的响应实验,从实验结果可看出这一传感器和电子鼻响应结果是令人满意的,检测灵敏度达1ppm级,具有实际应用前景。


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