阵列式多层纸基微流控芯片农药检测方法

发布时间：2020-06-14 19:29

【摘要】：近年来,我国的水果产量和蔬菜种植面积逐年增长,与此同时,农药的使用量与果蔬产量呈正比增长的,而果蔬中的农药残留量在μg/kg~mg/kg之间,且种类繁多,因此需要实现对农残快速、低成本、可视化的特异性检测。本文从基于适配体的荧光法特异性检测和高效混合结构设计两个方面,设计了一种高灵敏度的,可实现对两种农药的特异性检测的阵列式纸基微流控芯片。研究内容和结果总结如下:(1)将能识别目标农药的适配体与基于荧光内滤效应(IFE)的金纳米(AuNPs)-量子点(CdTe QDs)体系相结合,构建了农药残留荧光检测方法。制备了金纳米和绿色量子点并对其进行表征。AuNPs最大吸收峰在520nm处,CdTe QDs最大发射峰在535nm处,AuNPs的吸收光谱与CdTe QDs的发射光谱有足够的重叠;分析了啶虫脒与适配体的特异性结合影响AuNPs在NaCl溶液中团聚和分散,其农残检测的高灵敏度的归因于IFE效应,并证实AuNPs猝灭CdTe QDs仅受IFE的影响;最后测量不同啶虫脒的浓度(0μM、0.5μM、1μM、3μM、5μM、7μM)在AuNPs-NaCl-适配体-CdTe QDs体系中的荧光响应,测得啶虫脒在0.5-7μM范围内与荧光增长率成线性相关。(2)分析了混合通道的结构对混合效果的促进作用。基于迫使流体层拉伸、折叠、分割与合并以加强混合的设计思路设计了三类混合结构,分别是迫使流体层拉伸与折叠以加强混合的设计思路设计三种管壁障碍物结构(半圆环式交错结构、截圆式交错结构和圆环式堆叠结构);迫使流体层分割与合并以加强混合的设计思路设计两种内部障碍物结构(圆形障碍物混合和方形障碍物混合);以及结合上述两种思路设计的复合结构。使用COMSOL对每种类型每个结构各个几何参数逐一仿真,定义混合强度值I_e来评价每种结构的混合效果,仿真得出“d_2-1700μm型”截圆式交错结构的微混合通道混合效果最佳,I_e值为0.92441,相对于空白对照组的提升率为231.698%。最终选用截圆交错结构作为纸芯片混合区的混合结构。(3)利用显色剂对仿真优化的结果进行试验,通过颜色分析其混合效果,证实了仿真结果。结合荧光检测方法和最优的混合区通道,设计可同时检测两种农药的阵列式纸基传感器,此传感器通过农药检测区与对照区荧光强度的差异来半定量判断农药残留。结果显示:此检测系统对啶虫脒的检测范围是50~600μg/kg;对丙溴磷的检测范围是60~480μg/kg,低于国标中的农药最大残留限量。纸基阵列式荧光法农残检测传感器具有高灵敏性,具备同时对两种或拓展至更多种农药的特异性检测,为食品和环境安全中的多目标物精确检测提供方法。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S481.8
【图文】：

生物传感器,检测原理

图 1.2 生物传感器检测原理Fig. 1.2 Principle of biosensor detection J 等[21]基于有机磷农药抑制胆碱酯酶催化活性的能于分子转导的原理检测胆碱酯酶的活性，固定的过直接电子转移催化过氧化氢的电解还原。在优化浓M。22]为检测甲基对硫磷农药，利用黄杆菌设计了一种有有机磷水解酶，可以水解甲基对硫磷并产生对硝个细胞固定在玻璃纤维过滤器上，并储存在 4℃直至检出限为 0.3μM，与其配套的检测装置简单、操作磷农药(OPs)的酶传感器，都是基于酶抑制反应，同一样品中的有机磷和氨基甲酸酯类农药区分开，法忽视的障碍。此外与电化学检测的生物传感器相

原理图,农药残留检测,适配体,原理

阵列式多层纸基微流控芯片农药检测方法测定，检出限为 0.096 ng/mL，线性检测范围为 0.98 ~ 8.29 ng 法生物传感器虽然具有良好的特异性，可以选择性检测农药，但大，且不同批次的抗体的性能也会有差异。ng 等[24]开发了一种用于检测有机磷农药的 DNA 传感器。如图标（MB）与特异性 DNA 适体结合，从而激活荧光信号。当目配体与目标农药的特异性结合，使得分子信标猝灭。该方法通过的方式对农药进行微量检测，能够特异性检测出甲拌磷，丙溴乐果的定量值。

【参考文献】