基于磁致伸缩材料的生物传感器灵敏度特性研究

随着工业的快速发展，人类对健康的关注度与日俱增，对生活中随处可见的食品、服装、饰品、医用设备等中的金属离子、致病细菌等影响人类生活的指标的高精度检测提出了越来越严格的要求。
　　 本论文中提到的磁致伸缩传感器约出现于20世纪90年代，该种生物传感器以其小尺寸、检测便捷快速、样品取用量小、样品处理操作简单等被广泛应用于化学、生物、医学等众多领域。本论文拟采用磁致伸缩生物传感器来对重金属离子进行检测，改善现阶段离子检测的成本高、样品处理复杂、用时长等问题，具体内容如下:
　　 1、本论文中重点对制备磁致伸缩生物传感器所用的敏感元件材料进行了研究。由于传感器的敏感材料是传感器中进行信号的感知和转换的重要元件，现阶段的磁致伸缩生物传感器中敏感元件均采用的是非晶合金Metglas2826 MB，传感器质量轻，检测灵敏度高。然而这种高磁性能的材料合成工艺复杂，对设备要求较高，因而材料的成本较高且在国内并不常见。FeGa合金是一种常见的广泛用于磁致伸缩换能器中的磁致伸缩材料，在水声换能器即声纳中表现出了磁-机械能转换效率高，磁致伸缩系数高的优良性能，而且较容易合成，成本较非晶合金Metglas2826低，因此本文对FeGa材料和传统的非晶合金Metglas2826 MB用于磁致伸缩生物传感器的敏感材料作了研究和测试。
　　 2、本论文分别中对两种磁致伸缩此材料进行了研究，首先利用一维弹性理论对两种材料的磁性性质和磁致伸缩的振动频率进行分析、计算。然后通过有限元仿真软件对Metglas2826 MB和FeGa材料的本振频率进行数值模拟计算，并对实验测试中的铜线线圈的匝数、需要通入的电流值大小等也进行数值计算。
　　 3、最后，通过矢量网络分析仪对采用两种磁致伸缩材料加工成的传感器进行检测，比较了两种材料的频率响应以及相对应的品质因数大小，同时，采用了三种不同介质:空气、自来水、酒精对两种磁致伸缩传感器进行了比较。验证了FeGa材料作为磁致伸缩生物传感器的敏感元件材料的可行性。