基于纳米探针和外电场作用下的ATP生物发光检测系统研究

摘要

随着社会经济的不断进步，人们对健康饮食的意识在不断地加强，现如今人们对饮食的习惯已经发生了巨大的改变，对“吃”的要求更已经不再仅仅停留在温饱阶段，同时更是对食品的安全提出了越来越高的要求，面对着人们对食品安全要求的不断提高，传统的细菌检测方法越来越无法满足人们的需要，使得设计一种快速准确的食品安全检测系统成为一个重要课题，由此我们提出这种基于纳米探针和石墨烯透明电极技术的ATP生物发光检测系统。 纳米探针技术是一种纳米技术与生物技术相结合的综合性交叉学科技术，也是日前国际生物技术研究领域中的热点前端技术，在医药卫生、基因工程、微生物识别等领域都有着十分明确的产业化背景。尤其是在医药卫生的检测方面，纳米探针技术能够实现对细菌进行特异性的识别和富集，能够极大地提高细菌检测的检测精度。石墨烯透明电极(GTE)是一种新型的透明柔性电极材料，具有透明度高、重量轻、柔韧性好、制备量大、成本低等优点，并广泛应用于电子设备、光电设备、储能设备等领域。三磷酸腺苷（ATP）生物发光技术是一种快速的细菌检测系统，由于ATP广泛存在于各种细菌当中，所以该方法普遍适用于大多数细菌及细胞的检测，其检测时间可以控制在二十分钟内，因此在细菌的快速检测领域具有广泛的应用前景。 本设计是以ATP发光技术为基础，通过纳米探针技术与石墨烯电极技术改进的生物检测系统，能够快速准确地检测食品中的细菌。该系统不但利用纳米探针通过抗原和抗体之间的特异性连接捕获和富集大肠杆菌，同时利用石墨烯透明电极产生的弱电场催化ATP荧光反应，进一步提高系统的检测精度，实验结果表明该方法与传统检测方法具有很好的相关性，线性相关度可达0.972，同时本设计还包含了一套试剂加注单元，提高了系统的检测效率，使得检测时间可以控制在20分钟内。通过纳米探针的富集作用也使得系统的检测范围得到了提高，检测范围达到102~106CFU/mL。此外通过检测不同食品污染物测得该系统具有令人满意的性能，可以满足现场快速检测的要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文研究内容

第二章 检测系统技术概述

2.1 ATP发光反应机理

2.2 免疫磁分离技术

2.3石墨烯透明电极

2.4本章小结

第三章 菌落快速检测系统设计

3.1检测系统设计框架

3.2光学检测单元

3.2.1富集反应单元

3.2.2光学采集单元

3.2.3 试剂加注单元

3.3 数据处理单元

3.4本章小结

第四章 实验平台及主要硬件设计

4.1 实验试剂及实验平台设计

4.1.1 实验设备及细菌原液

4.1.2石墨烯检测管的设计与制备

4.1.3 免疫磁珠的制备

4.2 系统硬件设计

4.2.1 主控芯片

4.2.2 光电倍增管

4.2.3 信号放大电路

4.2.4 A/D转换电路

4.2.5 LCD 显示模块

4.2.6键盘电路

4.3本章小结

第五章 软件设计

5.1 编译环境

5.2程序流图

5.3主要模块代码

5.3.1系统主程序

5.3.2测量程序

5.3.3 A/D转换代码

5.3.4键盘控制

5.3.5 LCD显示代码

5.4 本章小结

第六章 实验结果与分析

6.1系统噪声

6.2磁性免疫测定纳米颗粒的捕获效率

6.3 ATP荧光检测

6.4 pH值对试验结果的影响

6.5 系统的稳定性

6.6 发光强度与浓度的关系

6.7 检测精度

第七章 总结展望

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论著

致谢