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基于微电极阵列电致发光氧气传感器的研究

作　者: 谢思佳
导　师: 张新荣
学　校: 清华大学
专　业: 化学
关键词: 电致发光微电极气体传感器超透镜高分辨
分类号: TP212.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

化学传感器的小型化是传感器研究的重要方向之一。传统的光学传感器需要额外的入射光源，不利于光学传感器件的小型化。因此研究不需要光源的光学传感器件，使传感器小型化，是一个重要的课题。本论文利用微机电系统技术，设计并制备了一种新型的基于电致发光微电极阵列的气体传感器。该传感器将发光/敏感材料覆盖在梳状微电极阵列表面，与发光/敏感材料位于电极之间的传统夹心结构相比，这种新型的器件结构增加了气体分子与传感材料的接触比表面积，从而提高了基于电致发光器件的气体传感器的响应速度，并且使得器件的制备过程更加简单。论文评价了不同类型的发光材料如聚乙烯咔唑：八乙基卟啉铂、联吡啶钌及其他荧光或磷光材料在该微电极上的电致发光性能，并针对获得了最好传感性能的联吡啶钌类配合物进行了条件优化，获得了电致发光性能更好的六氟磷酸联吡啶钌，进而评价和讨论了使用该材料的氧气传感器的分析性能，并对此类材料在微电极上工作的机理进行了讨论。结果表明，此类基于电致发光的氧气传感器可在低电压下工作，并且具有肉眼可见的电致发光信号，使得该传感器具有可视化的潜能。电致发光信号强度对不同浓度的氧气的响应具有良好的可逆性与重复性，线性范围可达三个数量级，盲样检测结果显示该传感器可以用于未知样品的测定。此外，电致发光强度与电流强度对不同浓度的氧气可以发生同步的响应，说明该传感器还具有光电双通道同时检测的潜能。本文还对基于微球超透镜的微区高分辨成像进行了初步的探究。根据近两年来最新提出的基于固体微球超透镜的高分辨显微成像展开了进一步的研究，通过实验证实了二氧化硅和聚苯乙烯固体微球在白光源显微镜下的超透镜作用，还将高分辨功能拓展到荧光高分辨成像，用二氧化硅微球观察到100nm大小的具有荧光的多孔结构，初步结果表明固体微球超透镜具有实现荧光分子高分辨的可能。此外，设计并制备了微流控芯片，在利用微流控体系制备液体微球超透镜方面进行了初步的尝试。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章引言  8-18
  1.1 电致发光与电致发光器件  8-9
  1.2 电致发光器件在分析化学中的应用  9-16
    1.2.1 有机电致发光器件作为光学传感器光源  9-12
    1.2.2 电致发光器件直接作为传感器件  12-15
    1.2.3 电化学发光应用于气体传感  15-16
  1.3 本文各部分的主要内容  16-18
第2章微电极阵列电致发光氧气传感器  18-39
  2.1 引言  18-19
  2.2 实验部分  19-24
    2.2.1 主要仪器与试剂  19
    2.2.2 电极微阵列的设计与制备  19-21
    2.2.3 传感材料的制备  21-22
    2.2.4 传感器件的制备  22
    2.2.5 检测盒的设计和组装  22-23
    2.2.6 传感装置的搭建  23-24
    2.2.7 传感器发光及传感性能测试  24
  2.3 结果与讨论  24-37
    2.3.1 传感材料的优化  24-28
    2.3.2 电致发光的干扰因素研究  28-30
    2.3.3 联吡啶钌六氟磷酸盐配合物的发光性能  30-32
    2.3.4 联吡啶钌六氟磷酸盐配合物对氧气的传感性能  32-36
    2.3.5 联吡啶钌六氟磷酸盐配合物对氧气响应的机理探究  36-37
  2.4 本章小结  37-39
第3章结束语  39-40
附录微球超透镜高分辨成像的初步研究  40-55
  1 引言  40-46
    1.1 超透镜的研究背景  40-41
    1.2 微球超透镜的高分辨成像  41-45
      1.2.1 固体微球超透镜  41-43
      1.2.2 液体透镜与液体微球的制备  43-45
    1.3 本部分主要内容  45-46
  2 实验部分  46-49
    2.1 主要仪器与试剂  46
    2.2 样品制备  46
    2.3 微流控芯片设计与制备  46-49
  3 结果与讨论  49-54
    3.1 白光源金相显微镜观察结果  49-52
    3.2 激光共聚焦显微镜观察结果  52-54
    3.3 微流控芯片制备液体微球的条件优化  54
  4 小结  54-55
参考文献  55-60
致谢  60-62
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  62

基于微电极阵列电致发光氧气传感器的研究

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