基于混沌磁控捕获的水产致病菌微流控检测方法研究
发布时间：2021-08-30 19:43
水产品中的致病菌污染贯穿于水产养殖、生产、流通等各个环节,水产致病菌超标引起的食源性疾病对大众健康危害巨大,因此研究高效快速的水产致病菌检测方法是保障水产品安全重要手段。然而,现有的水产致病菌检测方法如平板菌落计数法、流式细胞仪法以及分子生物学检验法,都存在着检测时间长、目标菌捕获难、试剂量大以及自动化程度低等问题,严重制约致病菌实时检测与监控水平的提高。基于微流控芯片的水产致病菌检测方法具有耗材量小、检测速度快、检出限低及自动化程度高等诸多优点,是未来水产致病菌检测的发展趋势。通常水产品所处的水环境中致病菌种类繁多,成分复杂,这使得水产致病菌微流控检测方法需要解决如下的技术难点和关键问题才能满足水产品安全检测要求:一、在微尺度条件下如何克服层流系统的束缚,实现目标菌从样本中特异性捕获和分离;二、如何将目标菌捕获与检测一体化,减小捕获与检测干扰和误差,实现致病菌微流控芯片上的高精度高速度定量检测。根据上述关键问题,本文在对国内外致病菌微流控捕获方法和阻抗检测技术等相关研究进行归纳、总结的基础上,提出了基于混沌磁控捕获的水产致病菌微流控检测方法,并针对实现该方法存在的问题进行了理论和实验...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微流控SCI文献年度分布图
江苏大学博士学位论文393()2ReDEPmiFRKEE（2-88）式中：εm是表示包含粒子的缓冲液介电常数，R是粒子的半径，E是矢量电场，ω为介电电场的角频率，Ki(ω)称之为Clausius-Mossotti因子（简称为KCM）是表征粒子极化率的关于ω的函数，Re(KCM)定义为Clausius-Mossotti因子的实部，由上式可知，当其他参数确定后，介电泳力主要是由电场梯度和Re(KCM)来决定。图2.7介电泳力原理图Fig.2.7Dielectrophoresisforcestotheparticle(a)均匀电场粒子不受力(b)非均匀电场粒子受介电泳力对于均质球形粒子具有以下形式：****2mpmpCMK（2-89）式中：*m和*p分别表示缓冲液和粒子的复合介电常数，即：jiimpii,*（2-90）式中：i为介电常数，i代表电导率（下标i为p和m分别代表致病菌和缓冲液介质）。介电泳力的方向性完全由KCM因子正负i来决定，即粒子与其所处缓冲液的复合介电常数的大小决定粒子介电泳力的方向。而外加电场强度和电场不均匀程度则决定了介电泳力的大校因此，比周围缓冲液更易极化的粒子（Re(KCM)在0~1之间变化），通过正向DEP（简称pDEP）向电场梯度较高的区域迁移，而具有较低极化性的粒子（Re(KCM)在-0.5~0之间变化）使通过负向DEP（简称nDEP）向电场梯度较低区域运动。致病菌细胞介电泳极化频谱示意图如图2.8所示，在致病菌微流控阻抗测量
江苏大学博士学位论文43及其排列角度配置的不同对进入微通道的磁珠的捕获效率是不相同的。其中（c）和（d）磁极排列方式捕获磁珠效果最好，（a）和（f）排列方式次之，（b）和（e）排列方式最差。然而该研究结果磁极采用的是永磁磁铁，磁场强度和特性完全依赖于磁极的排布方式而定，并不能采用振荡磁场方式实现磁珠混沌捕获，更不能针对不同致病菌灵活改变捕获磁场[26]。Fig.3.1Effectsofdifferentpermanentmagnetarrangementonthetrappingefficiencyofmagneticbeads因此针对本文研究的微尺度混沌磁控捕获致病菌动力学机理，建立致病菌微流控磁控混沌捕获物理模型结构如图3.2所示。致病菌入口免疫磁珠入口磁控捕获室12捕获出口电磁磁极电磁磁极电磁磁极磁控捕获室致病菌入口磁珠入口捕获出口电磁磁极1致病菌磁珠杂质2Fig.3.2Thesimulationmodelofchaoticallymagneticcaptureofpathogensinmicrofluidicchannels图3.1不同的永磁体排布方式对磁珠捕获率的影响图3.2微流控混沌磁控捕获致病菌物理模型(a)(b)(c)(d)(e)(f)18002250
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于细胞检测的微叉指电极阻抗生物传感器研究进展[J]. 何宁,崔传金,龚瑞昆,赵雨秋,陈宏硕,田景瑞. 食品安全质量检测学报. 2018(06)
[2]微流控芯片中颗粒/细胞磁操控的研究进展[J]. 黄爽,何永清,焦凤. 分析化学. 2017(08)
[3]水及水产品中微生物快速检测技术研究进展[J]. 向文瑾,徐瑗聪,许文涛. 中国渔业质量与标准. 2016(01)
[4]食源性病原菌快速检测技术研究进展[J]. 刘旭,张望,徐小平,杜晶辉. 中国卫生检验杂志. 2015(08)
[5]微流控芯片中磁珠表面免疫反应动力学研究[J]. 韩雪,庞代文,张志凌. 分析科学学报. 2015(02)
[6]微流控芯片中磁免疫荧光法检测新城疫病毒[J]. 李安珺,张瑞巧,庞代文,张志凌. 分析科学学报. 2013(04)
[7]基于叉指阵列微电极的阻抗免疫传感器研究进展[J]. 颜小飞,汪懋华,安冬. 分析化学. 2011(10)
[8]计算最大Lyapunov指数的推广小数据量法[J]. 张勇,陈天麒,陈滨. 电子科技大学学报. 2004(03)
博士论文
[1]基于免疫磁泳的病原微生物分离与富集技术研究[D]. 王禹贺.中国农业大学 2017
[2]用于希瓦氏菌操控及检测的微流体平台研制与应用研究[D]. 陈翔宇.中国科学技术大学 2017
[3]基于微流控磁分离技术的肿瘤细胞捕获研究[D]. 喻小磊.武汉大学 2016
[4]磁靶向系统中磁流体动态特性和行为控制研究[D]. 曹全梁.华中科技大学 2013
[5]电控混合微流控芯片免疫凝集定量检测关键技术研究[D]. 杨宁.江苏大学 2013
[6]磁动力微流控芯片内磁珠动力学行为及其强化混合与分离机理研究[D]. 吴信宇.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]三种致病菌的微流控芯片阻抗检测研究[D]. 传娜.重庆大学 2014
本文编号：3373387
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
微流控SCI文献年度分布图
江苏大学博士学位论文393()2ReDEPmiFRKEE（2-88）式中：εm是表示包含粒子的缓冲液介电常数，R是粒子的半径，E是矢量电场，ω为介电电场的角频率，Ki(ω)称之为Clausius-Mossotti因子（简称为KCM）是表征粒子极化率的关于ω的函数，Re(KCM)定义为Clausius-Mossotti因子的实部，由上式可知，当其他参数确定后，介电泳力主要是由电场梯度和Re(KCM)来决定。图2.7介电泳力原理图Fig.2.7Dielectrophoresisforcestotheparticle(a)均匀电场粒子不受力(b)非均匀电场粒子受介电泳力对于均质球形粒子具有以下形式：****2mpmpCMK（2-89）式中：*m和*p分别表示缓冲液和粒子的复合介电常数，即：jiimpii,*（2-90）式中：i为介电常数，i代表电导率（下标i为p和m分别代表致病菌和缓冲液介质）。介电泳力的方向性完全由KCM因子正负i来决定，即粒子与其所处缓冲液的复合介电常数的大小决定粒子介电泳力的方向。而外加电场强度和电场不均匀程度则决定了介电泳力的大校因此，比周围缓冲液更易极化的粒子（Re(KCM)在0~1之间变化），通过正向DEP（简称pDEP）向电场梯度较高的区域迁移，而具有较低极化性的粒子（Re(KCM)在-0.5~0之间变化）使通过负向DEP（简称nDEP）向电场梯度较低区域运动。致病菌细胞介电泳极化频谱示意图如图2.8所示，在致病菌微流控阻抗测量
江苏大学博士学位论文43及其排列角度配置的不同对进入微通道的磁珠的捕获效率是不相同的。其中（c）和（d）磁极排列方式捕获磁珠效果最好，（a）和（f）排列方式次之，（b）和（e）排列方式最差。然而该研究结果磁极采用的是永磁磁铁，磁场强度和特性完全依赖于磁极的排布方式而定，并不能采用振荡磁场方式实现磁珠混沌捕获，更不能针对不同致病菌灵活改变捕获磁场[26]。Fig.3.1Effectsofdifferentpermanentmagnetarrangementonthetrappingefficiencyofmagneticbeads因此针对本文研究的微尺度混沌磁控捕获致病菌动力学机理，建立致病菌微流控磁控混沌捕获物理模型结构如图3.2所示。致病菌入口免疫磁珠入口磁控捕获室12捕获出口电磁磁极电磁磁极电磁磁极磁控捕获室致病菌入口磁珠入口捕获出口电磁磁极1致病菌磁珠杂质2Fig.3.2Thesimulationmodelofchaoticallymagneticcaptureofpathogensinmicrofluidicchannels图3.1不同的永磁体排布方式对磁珠捕获率的影响图3.2微流控混沌磁控捕获致病菌物理模型(a)(b)(c)(d)(e)(f)18002250
【参考文献】：
期刊论文
[1]用于细胞检测的微叉指电极阻抗生物传感器研究进展[J]. 何宁,崔传金,龚瑞昆,赵雨秋,陈宏硕,田景瑞. 食品安全质量检测学报. 2018(06)
[2]微流控芯片中颗粒/细胞磁操控的研究进展[J]. 黄爽,何永清,焦凤. 分析化学. 2017(08)
[3]水及水产品中微生物快速检测技术研究进展[J]. 向文瑾,徐瑗聪,许文涛. 中国渔业质量与标准. 2016(01)
[4]食源性病原菌快速检测技术研究进展[J]. 刘旭,张望,徐小平,杜晶辉. 中国卫生检验杂志. 2015(08)
[5]微流控芯片中磁珠表面免疫反应动力学研究[J]. 韩雪,庞代文,张志凌. 分析科学学报. 2015(02)
[6]微流控芯片中磁免疫荧光法检测新城疫病毒[J]. 李安珺,张瑞巧,庞代文,张志凌. 分析科学学报. 2013(04)
[7]基于叉指阵列微电极的阻抗免疫传感器研究进展[J]. 颜小飞,汪懋华,安冬. 分析化学. 2011(10)
[8]计算最大Lyapunov指数的推广小数据量法[J]. 张勇,陈天麒,陈滨. 电子科技大学学报. 2004(03)
博士论文
[1]基于免疫磁泳的病原微生物分离与富集技术研究[D]. 王禹贺.中国农业大学 2017
[2]用于希瓦氏菌操控及检测的微流体平台研制与应用研究[D]. 陈翔宇.中国科学技术大学 2017
[3]基于微流控磁分离技术的肿瘤细胞捕获研究[D]. 喻小磊.武汉大学 2016
[4]磁靶向系统中磁流体动态特性和行为控制研究[D]. 曹全梁.华中科技大学 2013
[5]电控混合微流控芯片免疫凝集定量检测关键技术研究[D]. 杨宁.江苏大学 2013
[6]磁动力微流控芯片内磁珠动力学行为及其强化混合与分离机理研究[D]. 吴信宇.上海交通大学 2012
硕士论文
[1]三种致病菌的微流控芯片阻抗检测研究[D]. 传娜.重庆大学 2014
本文编号：3373387
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