基于适配体传感器的牛奶中抗生素残留快速检测技术研究

发布时间：2017-05-14 10:18

  本文关键词：基于适配体传感器的牛奶中抗生素残留快速检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：牛奶中含有的抗生素残留,不仅对人的健康造成很大的危害,而且对乳品加工企业带来重大经济损失。因此必须严格控制牛奶中抗生素残留,除了从源头上控制抗生素的使用外,及时、准确地检测出动物源食品中的抗生素残留是保障畜产品安全的有效途径。本文研究目的是实现牛奶加工销售过程中对抗生素残留是否超标进行直接、快速检测,以保障消费者的身体健康以及乳品加工企业的经济利益。通过研究适配体在普通电极、微阵列电极及丝网印刷电极上的固定和修饰方法,明确适合现场快速检测的适配体传感器的制备方法。通过研究微弱电流信号的采集与处理技术,实现适配体传感器与微弱电流检测电路集成,进而研发适合现场快速检测的抗生素残留快速检测仪,实现牛奶中的抗生素残留现场快速检测。具体研究内容如下:(1)普通电极上适配体传感器的制备方法研究本文采用纳米金/亚甲基蓝复合修饰材料和多壁碳-壳聚糖/纳米四氧化三铁-壳聚糖复合修饰材料在普通电极表面构建了适配体传感器。对影响适配体传感器性能的参数:适配体浓度、测试底液的p H值,适配体与抗生素反应的孵育时间等参数进行优化,确定了适配体传感器的最佳测试条件。将制备的纳米金/亚甲基蓝复合修饰适配体传感器和多壁碳-壳聚糖/纳米四氧化三铁-壳聚糖复合修饰适配体传感器用于牛奶中的实际样品检测,加标回收率分别达到94%~108%和86%~104%。检出限分别为检出限为0.42×10-11M和1×10-9M。对两种适配体传感器综合性能对比发现,多壁碳-壳聚糖/纳米四氧化三铁-壳聚糖复合物修饰的适配体传感器,虽然检测限没有纳米金/亚甲基蓝修饰的适配体传感器低,但是样品孵育时间明显降低,只有14min,样品回收率达到检测要求,因此更加适合现场快速检测。(2)微阵列电极上适配体传感器制备方法研究在微阵列电极上,构建了多壁碳纳米管-壳聚糖修饰的适配体传感器和离子液-四氧化三铁修饰的适配体传感器。研究了两种电极修饰方法对微阵列适配体传感器检测效果的影响。在最优实验条件下制备的两种适配体传感器,分别对不同浓度的四环素进行测试,样品回收率均为95%~105%,获得适配体传感器电流变化与四环素浓度的线性关系,线性范围均为10-9~10-5 M,检测限为1×10-9M,明显低于国家限量标准。对两种适配体传感器综合性能对比发现,与多壁碳纳米管-壳聚糖修饰的微阵列电极适配体传感器相比,基于离子液-四氧化三铁修饰的微阵列适配体传感器接触抗生素前后阻抗变化显著。虽然线性范围没有多壁碳纳米管-壳聚糖修饰的微阵列电极适配体传感器宽。但从实际应用考虑,线性范围均能满足实际检测的要求。检测同样浓度的四环素,离子液-四氧化三铁修饰的微阵列适配体传感器获得阻抗变化信号大,这样在实际检测中更能抵抗背景噪声的干扰。因此从实际应用的角度考虑中,离子液-四氧化三铁修饰的微阵列适配体传感器制备方法更加实用。(3)丝网印刷电极上适配体传感器制备方法研究丝网印刷电极因其制作工艺简单,成本低,可一次性使用。适合抗生素残留的现场快速检测。本文在研究普通电极以及微阵列电极上适配体传感器的制备方法的基础上,将前述分析比较获得的检测性能较好的两种适配体传感器制备方法:多壁碳-壳聚糖/纳米四氧化三铁-壳聚糖复合物修饰适配体传感器和离子液、四氧化三铁复合纳米材料修饰的适配体传感器制备在丝网印刷电极上。将这两种适配体传感器用于实际牛奶样品的抗生素残留快速检测,结果表明:这两种适配体传感器的线性范围均为10-9~10-2M,检测限为1×10-9M,明显低于国家限量标准。对两种适配体传感器综合性能对比发现,与多壁碳纳米管-壳聚糖修饰的丝网印刷电极适配体传感器相比,基于离子液-四氧化三铁修饰的丝网印刷电极适配体传感器制备方法简单。检测的线性范围及检测限两者没有明显区别。从实际应用的角度考虑中,离子液-四氧化三铁修饰的丝网印刷所电极适配体传感器制备方法更加实用。(4)微弱电流信号检测技术的研究为了实现抗生素残留检测仪器的便携化,设计微弱电流信号的检测电路,包括I/V转换电路、差分放大电路、滤波电路、A/D转换电路,实现了微弱电流信号的实时显示、曲线绘制等。该检测电路较好地替代了电化学分析仪器。为实现抗生素残留检测仪器的便携化、智能化奠定了基础。(5)基于丝网印刷电极的抗生素残留快速检测仪的研制研制了抗生素残留快速检测仪,建立了四环素浓度与适配体传感器电流变化之间的数学模型,为准确定量检测牛奶中四环素残留提供计算依据。将研制的抗生素残留快速检测仪用于实际牛奶样品中的四环素残留测定,确定了检测仪器的检测限、准确度、精确度等指标。其检测限低于我国及主要发达国家对牛奶中抗生素残留检测中最低检测限的要求,能够满足常规抗生素残留的检测要求,而且制备的丝网印刷电极适配体传感器的性能优良,一次性使用,成本低,适合现场快速检测的要求。
【关键词】：抗生素残留 快速检测 适配体 生物传感器 丝网印刷电极
【学位授予单位】：东北农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S859.84
【目录】：

• 摘要12-14
• 英文摘要14-17
• 1 前言17-30
• 1.1 研究目的及意义17-18
• 1.2 兽用抗生素种类及其残留危害18-19
• 1.2.1 抗生素的种类18
• 1.2.2 四环素概述18-19
• 1.3 抗生素残留检测技术的研究现状分析19-22
• 1.3.1 仪器分析法19-20
• 1.3.2 免疫分析法20-21
• 1.3.3 生物传感器法21-22
• 1.4 用于抗生素残留检测的适配体传感器研究现状22-26
• 1.4.1 适配体的筛选技术22-23
• 1.4.2 适配体传感器的制备方法23-25
• 1.4.3 微生物法25-26
• 1.4.4 电化学适配体传感器的分类26
• 1.5 文献评述26-27
• 1.6 研究目标、内容、技术路线27-30
• 1.6.1 研究目标27
• 1.6.2 研究内容27-28
• 1.6.3 采取的技术路线28-30
• 2 普通电极上适配体传感器制备方法研究30-52
• 2.1 引言30-31
• 2.2 电化学检测方法31-34
• 2.2.1 循环伏安法31-33
• 2.2.2 差分脉冲伏安法33
• 2.2.3 交流阻抗法33-34
• 2.3 材料与仪器34
• 2.3.1 试验材料与试剂34
• 2.3.2 主要试验仪器和设备34
• 2.4 基于纳米金/亚甲基蓝修饰的适配体传感器制备方法研究34-44
• 2.4.1 电极材料的选择34-36
• 2.4.2 工作电极的预处理36
• 2.4.3 四环素适配体的配制36-37
• 2.4.4 基于纳米金/亚甲基蓝修饰的适配体传感器制备37
• 2.4.5 牛奶实际样品处理37
• 2.4.6 测试方法37-38
• 2.4.7 试验结果与分析38-44
• 2.4.8 小结44
• 2.5 基于多壁碳-壳聚糖/纳米四氧化三铁-壳聚糖修饰的适配体44-51
• 2.5.1 电极材料的选择44-45
• 2.5.2 工作电极的预处理45
• 2.5.3 四环素适配体的配制45
• 2.5.4 多壁碳-壳聚糖/纳米四氧化三铁-壳聚糖修饰适配体传感器的制备45-46
• 2.5.5 牛奶实际样品处理46
• 2.5.6 测试方法46
• 2.5.7 结果和实验分析46-51
• 2.5.8 小结51
• 2.6 本章小结51-52
• 3 微阵列电极上适配体传感器制备方法研究52-67
• 3.1 引言52
• 3.2 电化学检测方法52-53
• 3.3 材料与仪器53
• 3.3.1 主要材料和试剂53
• 3.3.2 主要试验仪器和设备53
• 3.4 微阵列电极的选择53-55
• 3.5 微阵列电极的清洗55-56
• 3.6 基于多壁碳纳米管-壳聚糖的微阵列适配体传感器的制备56-62
• 3.6.1 多壁碳纳米管-壳聚糖的制备56
• 3.6.2 适配体的配制56
• 3.6.3 适配体传感器的组装过程56
• 3.6.4 传感器微电极表面修饰的阻抗表征56-57
• 3.6.5 试验结果与分析57-62
• 3.6.6 小结62
• 3.7 基于离子液-四氧化三铁修饰的微阵列适配体传感器的制备62-66
• 3.7.1 离子液-四氧化三铁的制备62
• 3.7.2 适配体的配制62
• 3.7.3 适配体传感器的组装过程62-63
• 3.7.4 微电极传感器表面修饰的阻抗表征63
• 3.7.5 试验结果与分析63-66
• 3.7.6 小结66
• 3.8 本章小结66-67
• 4 丝网印刷电极上适配体传感器制备方法研究67-77
• 4.1 引言67
• 4.2 电化学检测方法67-68
• 4.3 材料与仪器68
• 4.3.1 主要材料和试剂68
• 4.3.2 主要试验仪器和设备68
• 4.4 电极的选择68-69
• 4.5 丝网印刷电极的活化69
• 4.6 基于多壁碳纳米管-壳聚糖/四氧化三铁-壳聚糖修饰的丝网印刷电极适配体传感器制备69-72
• 4.6.1 多壁碳纳米管-壳聚糖的制备69
• 4.6.2 四氧化三铁-壳聚糖的制备69
• 4.6.3 适配体的配制69
• 4.6.4 适配体传感器的组装过程69-70
• 4.6.5 基于多壁碳纳米管-壳聚糖/四氧化三铁-壳聚糖修饰的丝网印刷电极上适配体传感70
• 4.6.6 试验结果与分析70-72
• 4.7 基于离子液-四氧化三铁修饰丝网印刷电极适配体传感器制备72-76
• 4.7.1 离子液-四氧化三铁的制备72-73
• 4.7.2 适配体的配制73
• 4.7.3 适配体传感器的组装过程73
• 4.7.4 丝网印刷电极适配体传感器电化学特性表征73
• 4.7.5 试验结果与分析73-76
• 4.8 本章小结76-77
• 5 微弱电信号的检测技术研究77-91
• 5.1 引言77
• 5.2 检测电路总体设计77-85
• 5.2.1 恒电位电路设计78-79
• 5.2.2 三电极系统介绍79
• 5.2.3 I-V电路设计79-81
• 5.2.4 三电极系统设计81-82
• 5.2.5 电源电路设计82
• 5.2.6 低噪声处理82-83
• 5.2.7 A/D采样83-84
• 5.2.8 打印机电路设计84-85
• 5.2.9 外部RAM扩展85
• 5.3 单片机系统硬件设计85-87
• 5.3.1 LED显示接.电路86-87
• 5.4 系统软件设计87-89
• 5.4.1 A/D转换子程序87-89
• 5.4.2 LCD显示子程序89
• 5.5 本章小结89-91
• 6 基于丝网印刷电极的抗生素残留快速检测仪的研制91-99
• 6.1 系统制版和检测仪的便携式设计91-94
• 6.1.1 硬件设计91-92
• 6.1.2 外壳面板设计92-93
• 6.1.3 程序烧录93-94
• 6.2 电路的工艺设计94-95
• 6.2.1 接地处理94
• 6.2.2 外壳面板设计94-95
• 6.3 样机的实际制作95-97
• 6.4 基于丝网印刷电极的适配体传感器的制备97
• 6.5 牛奶实际样品处理97-98
• 6.6 使用该检测仪检测牛奶中的四环素残留结果98-99
• 7 结论与建议99-103
• 7.1 主要研究进展99-100
• 7.2 主要结论100-101
• 7.3 主要创新点概述101
• 7.4 论文存在的不足及今后努力方向101-103
• 致谢103-104
• 参考文献104-116
• 攻读博士学位期间发表的学术论文116-117
• 授权的发明专利117
• 主持或参与的课题117

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 孙霞;王相友;;免疫传感器在牛奶抗生素残留检测中的研究进展[J];食品科学;2010年13期

2 张怀;张云怀;李静;肖鹏;乔雷;李泽全;樊小燕;;DNA共价修饰单壁碳纳米管电极的制备及与VB_6相互作用的研究[J];分析测试学报;2008年08期

  本文关键词：基于适配体传感器的牛奶中抗生素残留快速检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：364919