基于智能手机的简易型荧光检测装置的研制及其应用

摘要

随着科技的快速发展，智能手机上集成了高分辨率的触摸屏，强劲的处理器，多样的传感器和应用软件，拥有强大的数据分析处理能力和信号传输能力。这使得智能手机的功能越来越强大，近年来使用智能手机作为检测器的应用令人瞩目。本论文开展了智能手机在荧光、共振光散射检测方面的应用，侧重于建立双通道比率方法提高响应信号的稳定性，主要研究内容如下： 1、基于智能手机的比率荧光法检测癌胚抗原 高灵敏检测癌症生物标志物对于癌症的早期诊断和治疗评估具有重要价值。荧光法是免疫分析中最常用的检测手段，具有很高的灵敏度。但荧光光谱仪较为昂贵、笨重。在该工作中，我们研制了一款基于智能手机的双通道荧光检测装置，若不包括智能手机，该简易测量装置的总成本约500元，主要构件包括激光棒、双池比色皿，聚光镜，避光暗盒。利用智能手机所配的内置摄像头，同时拍摄样品和参考区域的荧光图像，使用所开发的智能手机应用程序计算亮度比，以此作为检测信号。以 2,3-二氨基吩嗪(DAP)作为模型荧光体，测试了相机的曝光时间、感光度对检测灵敏度的影响。结果表明，采用亮度比可提高荧光信号的稳定性，有助于提高检测灵敏度。为展示该装置的应用性，建立了催化荧光的Cu2+分析法，即在Cu2+的催化作用下，溶解氧能够将非荧光的邻苯二胺氧化为强荧光的DAP，该方法对Cu2+的检测下限为0.03 nmol/L。使用CuS纳米粒子标记的二抗作为信标，在完成免疫分析后，以酸溶解夹心式免疫复合物中的CuS，通过测定荧光强度比定量目标抗原的浓度。在优化的实验条件下，该方法测定癌胚抗原的检出限为0.05 pg/mL。 2、智能手机共振光散射法测定甲胎蛋白 共振光散射(RLS)是一种弹性散射，当入射光的波长接近粒子的分子吸收峰时产生强的共振散射。基于 RLS的分析检测技术，具有操作简便、分析速度快、灵敏度高的特点，已经获得广泛分析应用。在该工作中，搭建了一种以智能手机为检测器的简易双通道共振光散射测定装置，采用所开发的手机 APP 应用软件从相机拍摄的图像中测量RLS强度。利用样品与参考通道之间的亮度比为分析信号，可以有效地减小光源强度漂移引起的基线漂移，以及相机拍摄参数调整所造成的信号变化。在抗坏血酸的存在下，Pb2+与 I-形成［PbI4］2- ，该阴离子可进一步与阳离子表面活性剂（十六烷基三甲基溴化铵）反应形成具有强共振光散射的离子缔合物，由此建立了测定Pb2+的共振光散射法。在优化的实验条件下，Pb2+检测下限为 0.7?g/L。在此基础上，用 PbS 纳米颗粒标记二抗用于免疫分析。在完成免疫识别反应后，以酸溶解夹心式免疫复合物中的PbS，通过测定Pb2+定量目标抗原的浓度。在优化的实验条件下，该方法测定甲胎蛋白的检出限为0.1 pg/mL。该基于智能手机的DLS检测装置具有简单、廉价和小型化的优点。 3、一种便携的智能手机检测平台用于环境水样中Cu2+的检测 铜是一种重金属元素，对生物体而言虽然是必需的元素，但铜过量又会对生物体造成很大的危害。因此，建立灵敏检测Cu2+的方法用于环境水样分析是一项有意义的工作。本工作建立了一种用于现场快速分析环境水样中的铜离子的方法。所搭建的基于智能手机的荧光测量装置，小巧便携，抗干扰能力强，适用于野外分析。若不包括智能手机，该检测装置的总成本约750元，主要包括一个365 nm LED手电筒及锂电池移动电源、石英双通道测量池、聚光镜、滤光片，暗箱。以氮掺杂碳量子点为荧光体，其荧光能被Cu2+猝灭。以智能手机相机拍摄样品池和参考池的荧光图像，用所开发的手机APP应用软件测量并计算其亮度比。采用亮度比作为信号，可有效地减少激发光源强度、拍摄参数、摄像机焦点、环境温度的变化所引起的测量误差，有助于提高简易便携式探测装置的稳定性和可靠性。采用三点平衡校准法可进一步提高浓度测定的准确度。在优化条件下，所构建装置与方法检测Cu2+，测定范围为1～200 nmol/L，检出下限为0.5nmol/L，可用于环境水样中Cu2+的现场检测。

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