固态纳米孔传感器的噪声分析与降噪处理

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固态纳米孔传感器可以实现生物分子特性的分析、生物分子的筛选、直接测序等,这一过程中信号检测是最为关键的。而经研究发现,与有用信号相当的高噪声引起的低信噪比是固态纳米孔传感器用于实际检测急需解决的问题之一。  本课题的研究目的就是为了提高固态纳米传感器信号检测的信噪比,为此我从降低实验中的背景噪声出发,分析了固态纳米孔的孔径、离子溶液的种类、离子溶液的浓度、离子溶液的pH值以及表面修饰、偏置电压和电极等方面对纳米孔的背景噪声的影响。研究结果表明:  ①固态纳米孔的孔径越大,高频噪声就越大。  ②溶液的种类、浓度和pH值对背景噪声都有较大影响,例如与MgCl2、NaCl和CaCl2三种盐溶液相比,KCl溶液作为实验溶液是最好的;不同孔径的纳米孔对应着不同的浓度c0,在浓度为c0的盐溶液中纳米孔的背景噪声最小;在KCl溶液中,纳米孔的背景噪声会在pH值约为7.3时出现最大值。  ③修饰有时是能够改善纳米孔的噪声性质的,但这取决于修饰分子的紧密程度。  ④施加偏置电压只会增加系统的l/f噪声,对热噪声几乎没有影响。  ⑤在不考虑机械噪声的前提下,不同电极下的背景噪声几乎相近。  同时为了验证实验结果,我通过Matlab对各种噪声的理论值进行了拟合。理论值和真实值的比较表明氮化硅纳米孔的噪声在低频部分与载流子和表面电荷二者共同作用的模型相匹配。  最后使用了在KCl溶液中添加甘油或适量CTAB的方法,实现降低噪声的目的。并且对比了易位信号和背景噪声的频带分布,使用Matlab对信号进行了数字滤波处理,取得了一定的成效。
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