随着SARS-CoV-2病毒持续变异，Delta和Omicron等高传播力毒株相继出现。基于表面等离子共振（SPR）的无标记免疫传感器可实时监测传感表面发生的配体-分析物或抗体-抗原相互作用。本文提出一种结合纳米盘阵列的SPR生物传感器，用于增强病毒检测灵敏度。纳米盘阵列通过增强SPR局域场，提高传感界面对分子的吸附能力，从而改善检...
在纳米流体中加入旋转趋性微生物，可提升微生物燃料电池、细菌驱动微混合器、微流控器件、酶生物传感器及芯片式生物微系统等的热效率；多孔介质也有助于增强热效率。本文针对含旋转趋性微生物的纳米流体在多孔介质中、伴随热辐射、经过非线性收缩/拉伸表面的生物对流问题开展新研究。建立耦合非线性控制方程，采用逐次超松弛（SOR）方法求解，考察各参数对...
异质免疫分析是一种高效的生物医学检测手段，可用于检测分析物存在或测定其浓度，并应用于细胞操控和癌细胞分离等。免疫传感器性能提升的关键在于抗体在更短时间内更高效地捕获抗原。本文报道了对交流电动力学效应，尤其是交流电渗流（ACEO），在流动系统中对抗原–抗体结合动力学影响的数值研究。当流体从外加电场吸收能量时，ACEO力可在流体中产生涡...
本研究针对用于骨质疏松管理的电化学生物传感器，考察多入口微流控器件中入口与出口微通道位置对样品预处理识别腔内流场、速度场和压力分布的影响。作者采用COMSOL Multiphysics和Fluent对三维不可压缩Navier–Stokes流动进行数值模拟，并使用显式双相体积流体（VOF）方程描述两相流。模拟表明，在注射泵驱动下，微通...
离子敏感场效应晶体管（ISFET）是构建生物场效应晶体管（BioFET）生物传感器的基本结构。为优化 BioFET 设计与制备工艺，需要建立工艺参数与器件电学响应的关联，器件级模拟可提供有效手段。本文提出利用 Synopsys Sentaurus TCAD 工具对用于生物传感的 ISFET 结构进行数值模拟。由于标准 TCAD 材料...
本研究考察交错人字形微混合器（staggered herringbone mixer, SHM）用于提高平面生物传感器表面分析物传递效率的数值方法。虽然SHM在混合领域已有大量优化研究，但用于传感增强的工作较少。作者采用有限元法计算微通道内速度场，并用粒子追踪法模拟分析物在对流、扩散和表面捕获作用下的输运，以Sherwood数（Sh...
本文研究在内部与外部扩散限制条件下，如何从存在偏差的生物传感器响应中基于优化方法定量测定多分析物浓度。作者采用单酶催化（非特异性）竞争转化两种底物的生物催化安培生物传感器计算模型，生成化合物混合物的伪实验响应，并考察白噪声及温度诱导趋势对浓度测定精度的影响。模型包含酶层、外部扩散层和对流区，采用反应-扩散方程与有限差分法模拟瞬态电流...
本文对一种安培型葡萄糖生物传感器进行数值建模，重点评估有氧条件下介质被氧气氧化对传感器响应的影响。模型基于非稳态反应-扩散方程，将传感器分为四层：直接位于工作电极表面的酶层、聚乙烯醇（PVA）层、涤纶（terylene）膜层以及按 Nernst 方法处理的扩散层。酶层中固定可溶性 PQQ 依赖葡萄糖脱氢酶（sPQQ-GDH），葡萄糖...
本文针对表面等离子共振（SPR）生物传感器中引入亚波长介质光栅后灵敏度提升的等离激元机制尚不明确的问题，开展数值研究。研究目的为阐明光栅周期、厚度等几何参数对 SPR 响应放大的影响，并揭示灵敏度增强背后的物理机制。数值结果表明，在 SPR 基底表面构建介质光栅能够提高传感器灵敏度，其增强来源于结合区域表面反应面积增大与局域等离激元...