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《浙江大学》 2019年
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基于光谱仪的量子点荧光仪器研究及其在致病菌与抗生素检测中的应用

陆湛  
【摘要】:食品安全问题与人们的日常生活息息相关,如今已经成为最严重的全球化问题之一,得到了越来越多的关注。然而针对该问题,传统的检测方法与仪器大多针对实验室使用设计,体积大、耗时长,难以实现在现场的实时检测。而在众多快速检测方法中,基于量子点荧光标记方法不仅具有检测限低、精度高等优点,而且能够实现多种目标的同时检测,可显著提高检测效率。本文以微型光谱仪作为核心器件,针对量子点荧光标记检测方法进行仪器化研究,以期能够实现该方法在现场的快速检测应用,共包含以下内容:1.研究开发了一套基于USB4000小型光谱仪的荧光检测仪,包括光学测量单元、机械测量单元和基于LabVIEW控制软件,初步解决了实验室仪器由于体积大、成本高难以配合量子点荧光法用于现场检测的问题。这台小型荧光仪具有检测精度高(三种食源性病菌同时检测时的检测限为98-350 CFU/mL)、可重复性好等优点,并且在现场完成了多元食源性病菌同时检测;2.搭建了一个微型光谱仪性能评估平台,对市面上四种典型微型光谱仪(C12666、C12880、Spark和INSION)的量子点荧光检测性能进行评估比较。该平台包括光路、电路与软件。在光路研究中,采用LED作为激发光源,设计了开口式的光路避免了光纤的使用,并减小了整体体积。在光学器件与光路设计的优化中,根据发光单色性与稳定性对四种LED进行了优选研究,根据对目标荧光信号的增强与对噪声信号的抑制作用对七种类型透镜、二十种透镜与试管以及与光谱仪的距离和七种反光面的布置方式做了组合优选,根据底噪强弱对三种一次性玻璃试管进行了优选,最终根据以上结果确定了四台光谱仪各自的最优检测光路;3.在C12666、C12880、Spark和INSION四种微型光谱仪的量子点荧光检测性能评估研究中,使用四种量子点(发射波长分别为530 nm、577 nm、623 nm以及657 nm)的单一溶液与混合溶液作为检测对象。对比C12666与C12880光谱仪发现,两者检测结果的线性度与可重复性相差不大,但光敏感度上C12666比C12880光谱仪低1个数量级左右,导致C12666光谱仪在相同目标的检测中需要更长的积分时间,使其检测信噪比较低;对比C12880、Spark与INSION三种光谱仪,在单种量子点荧光的检测性能方面,C12880光谱仪除了对发射波长为657 nm的量子点的检测时有着比较大的波动,对另外三种量子点检测时都有更优的检测限、线性度以及可重复性;而在四种量子点混合液的检测中,三台光谱仪都可以对四种量子点的混合荧光峰进行区分,使用多峰高斯拟合算法处理实现分峰的曲线拟合决定系数均在0.99以上。结合三者的价格综合考虑,C12880光谱仪有着明显更优的检测效果与较低的成本;4.研发了基于C12880微型光谱仪的荧光检测仪与基于Android智能手机端的交互应用。在典型抗生素样品恩诺沙星的检测中,本仪器与实验室酶标仪检测结果的皮尔逊相关系数超过了0.99;两台仪器的检测结果均能使用四参数Logstic模型取得较好的拟合效果(决定系数均在0.99以上);线性段数据的线性拟合结果,两台仪器也有着相近的决定系数(0.93左右)。两台仪器使用本方法对于恩诺沙星的检测限也十分近似,分别为2.52与2.84 ng/mL,满足农业部规定的恩诺沙星在肉鸡肌肉中最高残留限量(?g/kg)的检测需求。在可重复性的测试中,微型荧光仪无论是组内检测还是组间检测的变异系数的绝对值都在0.5%-2.5%之间,可重复性良好。仪器整体十分便携,质量仅为350 g,与智能手机搭配使用,具有推广现场检测使用的巨大潜力。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:TH744.1

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