针对目前凝血检测仪器存在的成本昂贵操作复杂等问题, 制作了一种基于丝网印刷技术的多壁碳纳米管(MWCNTs)增强型电化学传感器用于凝血酶原时间(PT)测量。利用凝血酶切割凝血酶底物实验验证了计时电流法检测凝血酶原时间原理的可行性。接着对血浆凝血酶原时间参数进行测量, 并用SYSMEX CS 5100光学凝血仪验证测量结果。经过测试, 凝血酶验证性实验中MWCNT型电化学传感器的电流响应强度较普通电化学传感器增加了(36±1)%, 重复实验出峰时间和峰值电流变异系数分别为2.99%和3.27%。测试不同血样PT值, 能够清晰的显示出区分度, 且挑选三组血样进行PT重复实验, 出峰时间变异系数分别为2.26%、3.22%和2.96%, 实验结果与医院的临床结果线性拟合决定系数R2为0.986。MWCNTs增强型型电化学传感器用于PT测试具有良好的重复性和一致性, 易于批量生产, 大大降低了凝血测量的成本, 且适合多种场合的测量, 在即时检测领域具有极大潜力。

房颤、血栓等患者抗凝药物日常口服等场景迫切需要凝血参数快速检测, 本文设计和制作了一种Parylene-C增强型石英晶体微天平(QCM)传感器及其耗散因子检测系统用于凝血测量。首先使用Parylene-C有效增加石英晶体微天平传感器的峰峰值和有效使用次数, 基于传感器耗散因子对血液凝固过程血液粘弹性变化敏感, 设计电导谱分析法的压电传感器耗散因子快速测量系统, 对血浆部分凝血活酶时间(aPTT)进行测量。并用SYSMEX CS 5100光学凝血仪、Lambda 950分光光度计验证系统测量结果。实验表明, Parylene-C增强型QCM传感器信号峰峰值增加8±1%, 传感器aPTT实验有效重复使用次数为30次, 系统30 ℃温差最大耗散偏移2.09×10-6。aPTT耗散曲线与光学法(lambda 950)吸光度曲线变化趋势一致。与SYSMEX CS 5100临床结果线性拟合决定系数R2为0.99。同样本10次重复实验结果变异系数为1.48%。Parylene-C增强型QCM传感器与耗散分析法的联合应用具备多场景下凝血参数快速检测的能力, 系统温度稳定性好, 具有满足即时检测应用的潜力。

为满足大规模胃癌早期筛查对胃蛋白酶原I(PGI)检测高灵敏度、高效率、操作简单、样品量少的需求, 本文构建了一种PGI抗体功能化薄膜型Lamb波生物传感器。对传感器检测腔薄膜进行PGI抗体自组装修饰, 传感器检测腔表面修饰的PGI抗体将样品中PGI抗原特异性的捕获并固定在检测腔薄膜表面, Lamb波传感器薄膜表面质量增加导致其A0模式中心频率发生移动, 且频率移动量与检测腔表面吸附物质质量增加量正相关, 实现对样本中PGI抗原浓度的检测。实验结果表明: PGI抗体功能化薄膜Lamb波生物传感器对PGI抗原实测灵敏度约为102.114 Hz/ng/mL, 理论最低检测限(LOD)为0.176 ng/mL, 单个样本检测时间为40 min, 与现有基于光学检测法PGI检测技术相比, 具有检测系统简单、操作简单、不需要专业人员操作等显著优势, 且比多数光学检测法LOD更低, 比电化学法PGI检测技术LOD低两个数量级。结果表明, 本文提出的PGI抗体免疫功能化薄膜型Lamb波生物传感器对PGI检测且具有检测下限低、灵敏度高、检测效率高、操作简单、无需样品预处理等特点, 满足大规模早期胃癌筛查的基本需求。

针对Lamb波压电声波传感器高品质因数（Q值）、低检测极限（LOD）和易集成的性能要求，本文基于SOI（Silicon-on-insulator）硅片，通过底层硅（Handling layer）干法刻蚀和中间层（Boxing layer）自截止的方法实现2 μm超薄均一的硅衬底结构，然后沉积2 μm厚具备高C轴择优取向的氮化铝（AlN）压电薄膜。传感器薄膜区域外设置双端增强反射栅结构用于提高Q值，从而有效降低器件的检测极限，并通过微量水分测试验证性能。该谐振器零阶反对称模式（A0）和零阶对称模式（S0）的谐振状态的实测结果和COMSOL二维模型仿真结果一致，所制作的Lamb波谐振器A0模式的主峰Q值为703，S0模式的主峰Q值为403。微量水分测试S0模式的检测极限优于A0模式，最低检测极限值为0.06%RH。结果表明，氮化铝超薄硅衬底Lamb波压电谐振器能够实现微量水分等高精度检测。

针对液体流速测量领域中微型流量传感器高品质因数、高灵敏度的性能要求。本文设计一种双端增强型薄膜谐振结构实现Lamb波传感器的高品质因数, 利用传感器反对称模式(A01模式)在薄膜-液体界面处的消逝波实现液体流速矢量测量。所制作的双端增强型薄膜谐振Lamb传感器A01模式的主峰品质因数为703, A01模式的频率移动量与液体流速大小存在线性关系, 频率移动方向与液体流动方向存在对应关系。流速实测灵敏度约为270 Hz/mm/s, 传感器稳定性噪声小于02 Hz, 流速最低检测极限值(LOD)为2.2 μm/s, 流量最低检测极限值(LOD)为18.3 nL/min。结果表明, 双端增强型薄膜谐振Lamb波传感器可以实现液体流速高灵敏度矢量测量。