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一种SERS检测的光学反馈装置

申报人:杨可欣 申报日期:2024-05-29

基本情况

2024年批次
一种SERS检测的光学反馈装置 学生申报
创新训练项目
工学
仪器类
学生来源于教师科研项目选题
一年期
一种SE检测插片机构,包括插套和插卡式SE片,用于检测非常微小的分子,并且可以提供分子的结构信息。由于存在插入光谱仪后不方便调节检测位置等不足,为了更好的进行拉曼光谱仪对痕量物质的检测实验,为此进行改进。改进后通过调节插卡式SE片在插套内的位置来方便在插入后调节位置,也通过在插卡式SE片顶部的硅片槽的弹性件和夹持机构对硅片进行固定,便于拉曼光谱仪用于现场的痕量物质的检测。
作为项目负责人,我拥有丰富的科研经历,我积极参与了多次学术研讨会和技术交流活动,与业内专家进行深入探讨,不断拓展自己的学术视野,此外我还申请了实用性专利1项,并且参与过中国国际互联网+创新创业大赛、数学建模比赛并获奖,些经历不仅提升了我的专业素养,也锻炼了我的团队协作和项目管理能力。
中共党员,化学专业学生,博士在读。在校期间参加第五届全国高等师范院校大学生化学实验比赛中获国家级二等奖,曾在2018.09-至今期间依托讲授课程发明两个发明专利、7个实用新型专利、一个软件著作权,参与1个区级课题,申报5个校级课题,公开发表论文10余篇,获国家级奖项1项,区级奖项10余项,获崇左市优秀共青团干部,高校创业指导师等多个荣誉称号。依托分校区级众创空间资源培育孵化了四家企业创业成功,年均利润达300万元。带领学生社会实践达万余人,服务近十个农村,3个社区,受益人群达5000余人。

1.    及时指导创新课题的研究思路及方法。

2.   项目实施过程中技术指导,给予资料调研,平台搭建。

3. 实验室资源,校外资源共享。
校级

项目成员

序号 学生 所属学院 专业 年级 项目中的分工 成员类型
杨可欣 南宁分校 城乡规划 2022 主要负责项目进程安排
张胜俐 南宁分校 市场营销 2022 主要负责申报书填写
韦丽婕 南宁分校 会计学 2023 主要负责文书,查资料等
周霞 南宁分校 市场营销 2023 主要负责答辩
杨海英 南宁分校 会计学 2023 主要负责画图,流程图等

指导教师

序号 教师姓名 所属学院 是否企业导师 教师类型
甘彩丰 南宁分校

立项依据

该项目目的是提供一种SERS检测插片机构,通过将插卡式SERS片安装在插套内,然后将插套直接插入拉曼光谱仪,方便拉曼光谱仪用于现场痕量物质的检测,通过调节插卡式SERS片在插套内的位置,便于在插入后调节位置,此外,通过在硅片槽的内部设置有弹性件和夹持机构,可以对硅片进行固定。

通过引入插套和插卡式SERS片,对现有的SERS检测光学反馈装置进行改进,以提升其性能、效率和便捷性。SERS技术作为一种高灵敏度的分子检测技术,在生物医学、环境监测等领域具有广泛应用前景。然而,传统的SERS检测装置在操作过程中存在操作繁琐、检测效率低下等问题,为推动SERS技术的实际应用,所述拉板的表面设置有橡胶防滑套,且橡胶防护套的表面设置有防护凸纹,具有防滑效果,所述通孔的位置与硅片槽的位置相对应,便于调节位置,所述插卡式SERS片的边缘设置有刻度线,便于快速准确地测量出长度,所述夹持机构呈弯曲设置,提高加持力进行固定,保证精度,所述硅片槽的内部还设置有垫圈,保护被连接件的表面不受擦伤。

  在国内SERS检测插片机构的研究主要集中在理论计算和实验手段上,以探究其物理机制和影响因素。例如,南开大学等研究团队对银纳米颗粒表面吸附的分子的SERS增强效应进行了深入研究,揭示了分子与纳米颗粒之间的距离对SERS增强效应的影响。此外,研究还关注于SERS材料的合成与设计,以提高SERS技术的灵敏度和稳定性。在国外,对SERS检测插片机构的研究同样深入。研究者们不仅在理论层面进行了深入探讨,还在实验和应用方面取得了显著进展。尤其是关于贵金属纳米颗粒作为SERS基底的研究,如金、银、铜等,它们在SERS增强效应和催化性能方面表现出色。然而,高成本和稳定性问题仍然是这些材料面临的挑战。发展动态:SERS技术最初的发展主要依赖于纳米材料的研究和应用。尤其是金属纳米颗粒(如银、金等)SERS中起着关键作用。这些纳米颗粒能够显著增强拉曼散射信号,使得分子级别的检测成为可能。随着插片机构的设计与优化,其设计直接影响到检测的稳定性和灵敏度。同时,精密加工和微纳加工技术的进步,插片机构的设计越来越复杂、功能越来越强大。例如,通过精确控制纳米颗粒的排列和间距,可以实现更高的SERS增强效果。后来为了提高SERS检测的准确性和可靠性,研究人员开始将SERS与其他检测技准术相结合,如荧光光谱、红外光谱等,这种多模态检测技术的融合可以提供更加丰富的分子信息,大大提升了其准确性。此外SERS检测技术在生物医学领域的应用也不断拓展,常常利用SERS技术可以实现对生物分子、细胞、组织等的无损检测,为疾病诊断和治疗提供有力支持。技术的进步和应用的拓展,使便携式和集成化的SERS检测设备成为研究的热点。这些设备具有体积小、重量轻、操作简单等特点,可以满足现场快速检测的需求。SERS检测插片机构的发展涉及多个领域和方面,其发展趋势是向着更加精密、高效、可靠的方向发展。随着现代技术的进步和应用的拓展,SERS检测技术在未来将有更广阔的应用前景。
本项目采用了一种独特的结构设计,通过将插卡式SERS片安装在插套内,然后将插套直接插入拉曼光谱仪,方便拉曼光谱仪用于现场痕量物质的检测,通过调节插卡式SERS片在插套内的位置,便于在插入后调节位置,此外,通过在硅片槽的内部设置有弹性件和夹持机构,弹性件和夹持机构共同提供了强大的夹持力,确保SERS片在硅片槽内稳定且不易脱落。这种稳固的夹持有助于防止在检测过程中SERS片的移动或倾斜,从而确保拉曼光谱数据的准确性。同时支持适应不同尺寸的SERS片,这意味着同一硅片槽可以适用于多种不同规格的SERS片,提高了设备的通用性和灵活性。通过设计合理的夹持机构和弹性件,可以实现SERS片的快速安装和拆卸。这大大节省了实验时间,提高了工作效率。弹性件和夹持机构的设计通常考虑到了对SERS片的保护,避免在夹持过程中对SERS片造成损伤或污染。这有助于保护SERS片的表面,维持其性能和检测准确性。简单的夹持机构和弹性件设计使得操作人员可以容易地进行SERS片的安装和拆卸,同时也方便进行设备的日常维护和清洁。通过稳定的夹持和适当的保护,插卡式SERS片的硅片槽内部设置弹性件和夹持机构还可以提高设备的安全性,减少由于SERS片脱落或不稳定引起的事故风险。因此插卡式SERS片具有方便携带性,垫圈对硅片进行边缘密封或封装,能够有效防止硅片脱落。拉板的表面设置有橡胶防滑套,且橡胶防护套的表面设置有防护凸纹,能够提供稳固的握持力、舒适的握持体验、减震缓冲、防汗防滑等特点,这些特点共同增强了拉板的使用性能和用户体验,为SERS片的操作和应用提供了便利。所述插卡式SERS片的边缘设置有刻度线。其边缘的刻度线可以提供精确的定位参考,帮助实验者准确地将SERS片插入到相应的设备或夹具中,确保SERS片的位置和角度是正确的,从而避免由于位置不当引起的误差。刻度线的存在使得实验者可以在多次实验中重复相同的插卡位置和角度,确保实验条件的一致性和可重复性。刻度线提供了一个可视化的指示,使得实验者可以更容易地将SERS片插入到设备中,而不需要依赖其他辅助工具或方法。这种直观的操作方式降低了操作的难度,提高了实验效率。不同的设备可能需要不同尺寸的SERS片,而刻度线可以作为一个标准的对齐方式,确保SERS片与设备之间的兼容性。这对于实验室中使用的多种设备来说特别重要。同时正确的插卡位置和角度有助于确保SERS片在设备中的稳定性和安全性。刻度线提供了这些信息的直观指示,减少了由于不当操作或不稳定位置可能导致的潜在风险。

1.技术路线:

前期准备工作:

a)   市场调研:深入了解SERS检测技术的市场现状和发展趋势,包括市场规模、主要竞争者、技术进展等

b)   需求分析;明确目标用户的需求和痛点,分析现有光学反馈装置在性能、效率、便捷性等方面存在的问题,确定项目的改进方向和目标。

c)   技术调研:收集并分析关于插套和插卡式SERS片的相关技术资料,了解国内外研究现状和发展趋势。

d)   技术评估:评估现有技术资源和技术能力是否能够满足项目的需求,确定技术实施的可行性和难易程度。

方案设计:

a)   概念设计:提出初步的改进方案,包括插套和插卡式SERS片的设计思路、结构特点等。

b)   详细设计:根据概念设计,细化设计方案,包括材料选择、尺寸确定、制造工艺等,确保方案的技术可行性和实用性。

 

方案实施:

通过将插卡式SERS200安装在插套100内,然后将插套100直接插入拉曼光谱仪,方便拉曼光谱仪用于现场痕量物质的检测,通过调节插卡式SERS200在插套100内的位置,便于在插入后调节位置,此外,通过在硅片槽230的内部设置有弹性件240和夹持机构250,可以对硅片进行固定。

2.拟解决问题:

a)   维护操作困难:SERS检测光学反馈装置在使用过程中可能需要进行清洁、保养和更换部件等维护操作。项目将设计易于清洁和保养的插套和插卡式SERS片,降低维护操作的难度和复杂性。

b)   系统稳定性与耐久性:项目将关注系统的长期稳定性和耐久性,通过优化设计和材料选择,确保插套和插卡式SERS片能够经受住长时间的使用和恶劣环境的考验。

3.预期成果:

a)   装置改进:项目将SERS检测的光学反馈装置改进,具备高灵敏度和稳定性,能够显著提升SERS检测的性能。

b)   拓展应用领域:通过改进光学反馈装置的性能和便捷性,项目将推动SERS检测技术在更多领域的应用,如生物医学、环境监测、食品安全等。

c)   提高社会效益:改进后的光学反馈装置将为环境监测、生物医学等领域提供更加准确、可靠的检测手段,有助于提升公共卫生安全水平,保护生态环境,提高人民生活质量。

  1. 项目研究进度安排

1.资料准备阶段:20243-20244月。依托专利设计,搜索国内外与SERS检测插片机构研究内容有关的主要文献,搜集重点研究材料,进行相关课题的分析与总结,确定项目发展方向。

2.项目调研阶段:20244-20245月。通过对市场上的SERS检测插片机构的深入调研和对SERS检测插片机构的反复实验,剖析此项目的不足与优势,结合实践情况进行数据分析,并且有针对性地对项目的研究进行改进。

3.项目构建阶段:20235-202312月。在项目的发展过程中,通过分析SERS检测插片机构的实验数据,并不断进行优化实验,更新数据,提高技术水平,不断记录分析数据,对项目的研究进行正向调整,完善项目体系。

4.项目结题阶段:202312-20243月。在此前的研究与实践基础上,通过对项目的充分研讨,形成本项目的结论、观点、撰写研究报告,申请结题并进行总结论文的发表。

  1. 与本项目有关的研究积累和已取得的成绩

1)研究积累:

为了满足实际应用需求,本产品提供一种SERS检测插片机构,在使用的过程中,方便拉曼光谱仪用于现场痕量物质的检测,同时便于在插入后调节位置,且可以对硅片进行固定。这种改进装置显著提高了检测灵敏度。通过优化纳米材料的设计和制备,以及改进光学系统的配置,装置能够实现更高的增强因子,从而捕捉到更低浓度的目标分子信号,这使得SERS检测在痕量分析领域具有更高的应用价值。

2)已有成绩:

已有一个实用新型专利支撑,本实用新型属于检测插片技术领域,具体为一种SERS检测插片机构,包括插套和插卡式SERS片;所述插套的一侧设置有第一连接板,所述第一连接板的两侧设置有拉板,所述插套的顶部设置有通孔,所述插套的一侧设置有开口槽;所述插卡式SERS片位于插套的内部,所述插卡式SERS片的一端贯穿插套设置有第二连接板,所述第二连接板的一端设置有拉环,所述插卡式SERS片的顶部设置有硅片槽,所述硅片槽的内腔侧壁设置有弹性件,所述弹性件的一端设置有夹持机构;其结构合理,在使用的过程中,方便拉曼光谱仪用于现场痕量物质的检测,同时便于在插入后调节位置,且可以对硅片进行固定。


2.已具备的条件,尚缺少的条件及解决方法

1)具备的条件:

该产品具备了高灵敏度检测、快速更换与集成、高稳定性与可靠性以及多样化的应用场景等多项功能。这些功能共同提升了装置的检测性能和使用体验,使其在分子检测领域具有更高的应用价值。

高灵敏度检测:改进后的SERS检测光学反馈装置显著提高了检测灵敏度,能够捕捉到更低浓度的目标分子信号。这得益于对纳米材料和光学系统的优化,实现了更高的SERS效应和信号增强。

快速更换与集成:通过引入增加插套和插卡式SERS片的技术方案,装置实现了SERS基底的快速更换和集成。这种设计不仅简化了操作步骤,还提高了检测效率,使得装置能够迅速适应不同的检测需求。

高稳定性与可靠性:通过优化纳米材料的制备工艺和光学系统的稳定性,装置能够在长时间使用中保持稳定的性能。同时,对装置的校准和维护也更为便捷,降低了使用成本和维护难度。

多样化的应用场景:由于具备高灵敏度、快速更换、实时反馈等多项功能,改进后的SERS检测光学反馈装置适用于多种应用场景,包括环境监测、食品安全、生物医学等领域。这使得装置具有更广泛的商业化和产业化应用前景。

2)产品不足及解决方法:

在实际使用的过程中,仍然存在着一些不足,比如在插入光谱仪后不便于调节检测的位置,为此我们对其进行进一步的改进,为光学反馈装置设计一个可调节的支架,该支架应具有多个自由度,包括水平、垂直和旋转调节。这样,用户可以根据需要灵活地调整装置的位置和角度,确保精确对准目标检测区域。

经费预算

开支科目 预算经费(元) 主要用途 阶段下达经费计划(元)
前半阶段 后半阶段
预算经费总额 2000.00 用于项目过程中各种开支 950.00 1050.00
1. 业务费 950.00 实验前期准备工作,和实验基础费用 500.00 450.00
(1)计算、分析、测试费 150.00 收集整理产品材料来源、计算插片大小设计合理性、评估插片优劣势 100.00 50.00
(2)能源动力费 150.00 实验室水电费 50.00 100.00
(3)会议、差旅费 100.00 工厂联系、生产考察费 0.00 100.00
(4)文献检索费 50.00 文献查找、论文查重 50.00 0.00
(5)论文出版费 500.00 论文编辑、论文版面、论文检索 300.00 200.00
2. 仪器设备购置费 400.00 设备保管费、设备租赁费 200.00 200.00
3. 实验装置试制费 500.00 实验室测试费用、实验辅料费用、报废损失无 200.00 300.00
4. 材料费 150.00 构配件、零件半成品费用 50.00 100.00
结束