纳米ZnO电化学生物传感器的构建研究

发布时间：2019-07-21 11:12

【摘要】：电化学生物传感器以检测速度快、灵敏度高、性能稳定等优势,在食品安全领域具有巨大的应用价值。针对牛奶质量检测问题,构建了P-选择素和纳米氧化锌(Zn O)薄膜修饰的电化学生物传感器。主要研究内容如下:1)采用光刻法制作了叉指宽度和间距为30μm、50μm、70μm的金叉指电极,用电化学方法在电极表面沉积纳米Zn O薄膜,最后用生物性结合在Zn O薄膜表面修饰P-选择素。2)分别用循环伏安法、电镜扫描仪和电子显微镜对传感器的修饰结果进行了表征。3)以纯牛奶作为测试样品对10m V~500m V范围的交流电压幅值进行测试,100m V~500m V范围测试性能稳定,选择300m V作为测试信号幅值。以磷酸缓冲盐溶液和纯牛奶为测试样品对传感器进行了预试验,频率设置在10Hz~1MHz之间。4)应用电化学阻抗测试技术,将构建的9种传感器应用于0万/ml~160万/ml细胞浓度牛奶样品的阻抗测量。建立等效电路模型对阻抗谱进行等效拟合与分析。与裸传感器相比,修饰了纳米Zn O以及P-选择素后传感器的灵敏度和检测精度均显著提高,并且宽度与间距为70μm传感器对七个浓度牛奶样品的区分度最好。在10KHz频率下,纳米Zn O传感器和P-选择素传感器的细胞与电极间双电层的阻抗模值与浓度为10万/m L~70万/m L均有较好的线性关系。检测阈值设为5%,决定系数R2分别为0.996、0.981。利用细胞与电极间双电层的阻抗行为能够对奶牛乳腺炎判断N、T、1级进行较好的预测。
【图文】：
生物传感器原理

华北理工大学硕士学位论文物传感器传感器是生物信息学、仿生学、物理学、分析化学等众多学科交 1967 年 Updike 和 Hicks[10]采用酶固化技术成功研制出世界上第一传感器以其高选择性、高灵敏度和可连续测定等突出优点受人关注测、食品质量、生物医学等领域的重要分析技术与手段。传感器主要由生物敏感元件和信号转换装置组成，并且根据其不同同的分类[11]。生物敏感元件可以是酶、细胞、抗体等，可固定在膜表面；信号转换器可以是电极、光纤、压电晶体等。图 1 为生物作原理[12]：被测分析物通过扩散或特异性吸附进入到生物敏感膜别后发生物理或化学反应，产生一系列物理信号，通过对应的换能量处理的电信号，最后通过数据分析，得到检测结果。
牛奶的主要成分Fig.2Themaincompositionofmilk

图 2 牛奶的主要成分Fig.2 The main composition of milk表 2 所示[36]，奶牛乳腺受到感染后，，牛奶中过高的体细胞数，中乳糖和酪蛋白含量降低，钠元素和乳清蛋白含量升高。这些成检测的测试电参数造成不同程度的影响，而乳非脂固体物、脂肪本不会影响检测。表 2 高体细胞数对牛奶主要成分的影响Table2 Effects of high somatic cell count on main components of milk成份高细胞牛奶物质含量 A（%）正常牛奶物质含量 B（%）固体物 8.80 8.90 肪 3.52 3.50 糖 4.40 4.90 蛋白 2.30 2.80 蛋白 1.30 0.80 0.105 0.057
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212

【参考文献】