富集检测一体化量热式生物传感器系统设计与实验研究

论文摘要

食品卫生、人民的生活质量以及环境的问题在我国已经到了迫在眉睫的时刻,它也越来越受到人们重视。重金属离子对人体和环境都会造成不可挽回的危害,我国对重金属离子污染的研究较国外起步较晚,而且有很大差距。目前重金属离子的检测方法主要是色谱一质谱分析法和分光光度计法。色谱一质谱法,虽然灵敏度高但是耗时太长,费用高,需要专业人士操作分析,不适合现场使用。普通分光光度法需要环境条件较高,脱离了实际环境。现场不容易获得清澈的反应样品,且经常受到试剂中本来就存在的或者在反应过程中形成的光学干扰物质的影响,这极大的限制了色谱法在此领域的应用。本文探讨的是一种基于流动注射技术研发的新型富集、检测一体化量热式生物传感器,它利用酶化学反应中的反应热的吸收或释放来检测重金属离子量的大小。课题主要工作集中在：1.对微小温差变化测量的原理和方法研究,确定流动注射式量热方法的测量方案。对比初始量热式生物传感器,对新系统的流路及其检测过程进行改进。2.研究了量热式生物传感器的关键技术,如进样系统、小温差测量元件、恒温系统等。根据流动注射分析技术以及量热式生物传感传感器的特点,建立了新型量热式生物传感器快速检测实验台。3.检测了系统的各项性能,实验结果显示系统有良好的恒温性和保温性能；用半导体制冷片组成的换能器（热电堆）对温差变化为4mV/K,而且有良好的线性关系；流动状态下反应室可得到1.2mV的信号峰,重复结果基本一致,加入1g树脂后可得到约0.9mV的信号峰。4.优化新型量热式生物传感器系统参数,装置对小温差测量的灵敏性,说明用量热法测量的可行性。反应温度37℃,系统流速1mL/min,反应室1g树脂的最佳参数下,对铜离子进行初步检测实验。实验结果表明浓度分别为10-、104、10-2mol/L的铜离子相对抑制率分别为69%、73%、82%。分析得到量热式生物传感可以检测特定浓度范围内的重金属离子浓度。对重金属离子进行适当的富集,可以进行更低浓度重金属离子的检测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.1.1 重金属污染的危害
• 1.1.2 国内重金属污染及检测现状
• 1.2 重金属残留的检测方法概述
• 1.2.1 色谱分析法
• 1.2.2 分光光度计法
• 1.2.3 生物传感器法
• 1.3 量热式生物传感器
• 1.3.1 生物传感器的原理
• 1.3.2 量热式生物传感器的优点
• 1.3.3 量热式生物传感器的发展历程
• 1.4 国内外研究动态
• 1.5 展望
• 第二章 新型量热式生物传感器的建立
• 2.1 量热式生物传感器
• 2.2 新型量热式生物传感器检测系统流路设计
• 2.3 新型量热式生物传感器的建立
• 2.3.1 进样装置
• 2.3.2 分流装置
• 2.3.3 反应室与换能器
• 2.3.4 恒温器
• 2.3.5 信号采集处理
• 第三章 系统基本性能测试
• 3.1 系统恒温性能
• 3.2 半导体制冷片灵敏度
• 3.3 系统基线
• 3.4 非特异性干扰
• 3.5 反应室的性能测试
• 3.6 不同参数下系统输出信号
• 3.7 本章小结
• 第四章 新型量热式生物传感器实验研究
• 4.1 水解反应焓变的缓冲液放大作用
• 4.2 尿素与酶水解反应的量热测试
• 4.2.1 简单装置测量酶的水解反应信号输出
• 4.2.2 在反应室中测量酶水解反应信号输出
• 4.3 量热式生物传感器的酶水解反应
• 4.3.1 酶水解反应双峰的形成
• 4.3.2 不同流速酶水解反应曲线
• 4.3.3 量热式生物传感器酶水解反应
• 4.3.4 量热式生物传感器对铜离子的检测
• 4.4 反应室改进方案
• 第五章 结论及展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果
• 致谢