纳米修饰微叉指电极细胞传感器的构建研究

发布时间：2020-08-26 10:20

【摘要】：新鲜牛奶中体细胞的含量是衡量牛奶质量和奶牛健康状况的重要指标之一,实现其准确快速检测有重要的意义。构建灵敏、快速、准确、稳定的微叉指电极细胞传感器是很好的实现方法,首先制作出微叉指电极,然后在该电极表面修饰纳米氧化锌(Zn O)薄膜和P-选择素,最后获得检测牛奶体细胞的微叉指电极细胞传感器。主要研究内容如下:1)设计宽度和间距为50μm、100μm的氧化铟锡(ITO)微叉指电极,先后在电极表面电沉积纳米ZnO及P-选择素生化修饰。通过循环伏安法和扫描隧道电子显微镜对纳米修饰的电极表面进行表征。然后再进行P-选择素修饰。交流电压幅值设置在1mV~600mV、频率范围设置在10Hz~1MHz之间进行奶样测试实验,同时添加细胞培养液对照实验,确定最佳测试信号为300mV。2)对电极的尺寸、表面结构的修饰、多细胞浓度牛奶样品、电极材料四个方面进行阻抗测量并讨论,然后建立等效电路模型对阻抗谱拟合分析。最终发现100μm尺寸修饰纳米ZnO以及P-选择素后微叉指电极的灵敏度和检测精度最好,能够正确区分几个浓度牛奶样品,且测量阻抗与奶样浓度呈现一定的线性关系。具体体现在10kHz频率以下时,传感器经过不同修饰后检测的阻抗模值在0~80万/mL浓度之间呈现一定的线性相关。将检测阈值的参数设置为5%,P-选择素修饰和纳米ZnO修饰的决定系数R~2分别为0.909、0.874,该传感器能够对奶牛乳腺炎等级进行较好的预测,同时也能检测出国家规定标准40万/mL。图46幅;表10个;参58篇。
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S858.23;TP212
【图文】：

物质,奶牛,乳腺炎,白细胞

其中包含 87%～88％的水（乳浆）和 12%～13%的干物质（也称总固体，Total Solid，TS），组成物质如图1 所示。图 1 牛奶中所含物质Fig.1 The substance contained in milk牛奶中这些物质的含量的变化受体细胞数量的影响，由于体细胞主要由白细胞组成，当奶牛乳头感染发炎时白细胞会增多以对抗疾病和修复被破坏的组织。健康奶牛与患有阴性乳腺炎的奶牛所产的牛奶通常无法从直观上判断其质量，奶牛患有乳腺炎后，牛奶中的体细胞数增多导致牛奶中的脂肪、蛋白质、糖类含量都会产生一定变化。例如感染后蛋白水解酶活性提高，牛奶中的钠离子和氯离子增多影响牛

模型图,叉指电极,模型,传感器

酪蛋白 2.81 2.32 0.82清蛋白 0.82 1.33 1.62钠离子 0.05 0.11 1.91 微叉指电极工作原理在电化学生物传感器中，由相对交叉排列的微叉指电极之间产生一个平行板电，由打开的电极，向被测材料提供单边测试区域，如图 2 所示。图中给出了两板和叉指传感器的电场线。.1 工作原理传感器产生的电场线穿透到被测物中并改变传感器的阻抗，由于传感器表现为，容抗则成为系统性能的函数。因此，通过测量被测物对传感器的电容电抗，评估系统的性能。由于叉指传感器的电极是共面的，因此被测电容会给出很高噪比，为了获得较强的信号，该传感器的电极重复平面阵列。

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图 3 微叉指电极电场分布图ig.3 Electric field distribution of interdigitated microelectr的电场包括两种，一种是由微叉指电极之间的生的电场称为静电场，另一种是电荷性质或大极间若存在均匀电介质则会产生均匀电场，图1）进行说明：dUE 强度，伏特/米；降，伏特；距离，米。

【参考文献】