电分析技术用于微生物和生物生化过程动力学研究

论文摘要

压电体声波传感技术因具有灵敏度高、响应谱广、易于实现数字化、结构简单和成本低廉等独特优点而被广泛应用于分析化学、生物化学、环境监测、生命科学及分子生物学等众多领域。电化学方法,尤其是溶出伏安法,由于具有使用费用低、易于操作、选择性良好、灵敏度高等优点,被广泛用于金属离子的痕量分析。本文利用压电体声波传感技术对溶液中粘度、密度的响应以及溶出伏安法对金属离子灵敏的检测性,对几个新体系中微生物和生物生化过程的动力学开展了以下几方面的研究工作:1.根据微生物生长过程中体系的粘度和密度的改变,首次采用压电阻抗分析技术考察了在突变剂NNK存在的条件下茶多酚抑制鼠伤寒沙门氏营养缺陷型菌株TA100突变生长的动力学过程。通过考察茶多酚用量与生长动力学参数（A、μm和λ）之间的关系,建立了一个反映茶多酚对由NNK引起的TA100突变生长抑制作用的阻抗响应模型。2.根据巯基乙磺酸钠（MES）修饰金电极结合阳极溶出伏安法可监测大分子污染物存在下的重金属离子的特性,首次采用方波阳极溶出伏安法测定了非活性铜绿假单胞菌菌体同时吸附Cd2+和Cu2+过程中自由金属离子的含量。基于电化学检测结果,研究了吸附的动力学过程和吸附平衡。通过非线性拟合,对Cd2+和Cu2+在单独存在和共同存在两种情况下与铜绿假单胞菌结合的动力学参数和最大吸附量进行了讨论。3.首次使用压电阻抗-紫外可见分光光度联用技术对茶多酚抗菌过程的动力学进行了研究。基于这种联用技术所得结果,建立了抗菌过程中微生物生长的阻抗响应模型和茶多酚自身代谢的动力学模型。通过非线性拟合,获得了相应的动力学参数。此外,还对铜绿假单胞菌和金黄色葡萄球菌混合体系中微生物生长过程的动力学进行了讨论。4.基于人血清白蛋白的变性及复性过程会引起压电石英晶体传感器表面的密度/粘度变化的特性,首次利用HSA / Au纳米粒子和1,6-己二硫醇修饰的PQC传感器对尿素诱导人血清白蛋白变性及其通过EDTA复性过程的动力学进行了研究。通过拟合实验数据,得到了相应的压电响应模型和动力学参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 压电生物传感器的发展历程和最新进展
• 1.1.1 压电效应
• 1.1.2 压电气相传感及应用
• 1.1.3 压电液相传感及应用
• 1.1.4 压电体声波生物传感器
• 1.2 微生物测定方法
• 1.2.1 生物电化学方法
• 1.2.2 非生物电化学法
• 1.2.3 细胞成分分析法
• 1.3 微生物致突变生长的研究与发展
• 1.3.1 细菌回复突变与Ames 试验
• 1.3.2 大肠杆菌SOS 显色法
• 1.3.3 生物微生物发光法
• 1.3.4 微生物传感器法
• 1.4 生物吸附及自组装膜在电化学分析中的应用
• 1.4.1 微生物吸附重金属的研究概况
• 1.4.2 生物吸附的特点
• 1.4.3 生物吸附的机理
• 1.4.4 自组装膜应用于金属元素的电化学分析
• 1.5 本文构思
• 第2章 压电阻抗分析技术用于茶多酚抑制致突变过程的特性研究
• 2.1 前言
• 2.2 压电阻抗技术的响应原理
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 试剂与溶液
• 2.3.2 原种培养
• 2.3.3 材料和仪器
• 2.3.4 实验方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 菌株的自发回变生长和由NNK 引起的突变生长的响应曲线
• 2.4.2 抗突变物茶多酚作用下细菌生长响应曲线
• 2.4.3 抗突变物剂量对ΔR1 响应曲线的影响
• 2.4.4 阻抗模型的建立和细菌生长过程中动力学参数的估计
• 2.5 小结
• 第3章 方波阳极溶出伏安法同时测定微生物吸附过程中的镉离子和铜离子
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 细菌培养
• 3.2.3 生物吸附剂的制备
• 3.2.4 MES 修饰电极的制备
• 3.2.5 测试程序
• 3.3 结果和讨论
• 3.3.1 镉和铜在MES 修饰金电极上的伏安响应和工作曲线
• 3.3.2 微生物吸附重金属离子的动力学模型
• 2+和Cu²⁺'>3.3.3 MES 修饰金电极分别测定P. aeruginosa 菌悬液中Cd²⁺和Cu²⁺
• 3.3.4 MES 修饰金电极同时测定P. aeruginosa 菌悬液中Cd2+和Cu2+
• 3.3.5 微生物吸附过程中动力学参数的估计
• ²⁺和Cu²⁺吸附等温线的研究'>3.3.6 P. aeruginosa 对Cd²⁺和Cu²⁺吸附等温线的研究
• 3.4 小结
• 第4章 茶多酚对混合微生物生长体系抑制作用的动力学研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与溶液
• 4.2.2 材料和仪器
• 4.2.3 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 压电阻抗分析和紫外可见分光光度联用技术的特性
• 4.3.2 单种细菌生长的阻抗响应曲线
• 4.3.3 单种细菌存在下细菌生长和茶多酚代谢的动力学及参数估计
• 4.3.4 铜绿假单胞菌与金黄色葡萄球菌混合体系中微生物生长的研究
• 4.4 小结
• 第5章 HSA/金纳米颗粒/1,6-己二硫醇修饰的 PQC 传感器用于 HSA 变性和复性的动力学研究
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 金溶胶的制备
• 5.2.3 金溶胶在电极上的自组装
• 5.2.4 人血清白蛋白（HSA）在电极上的自组装
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 HSA/金纳米颗粒/1,6-己二硫醇修饰的PQC 传感器的制备
• 5.3.2 尿素诱导的HSA 变性和用EDTA 复性的动力学过程
• 5.3.3 尿素与HSA 的结合比
• 5.3.4 尿素诱导HSA 变性的压电响应模型
• 5.3.5 用EDTA 复性的压电响应模型
• 5.3.6 PQC 电极的使用寿命
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 致谢