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青霉素-ISFET生物传感器及信号调理电路研究

林国锋  
【摘要】: 青霉素类抗生素作为一种广谱抗菌药物,由于其价格低廉、使用方便、抗菌作用强,因此被广泛的用于治疗动物炎症、感染。如果将停药期间内的动物屠宰或挤取尚在停药期间奶牛的牛奶,就会造成动物性食品中青霉素的残留。人们食用残留有青霉素的食品后,会诱导耐药菌株的产生,敏感的人群会产生过敏反应。工业发酵乳中残留青霉素会抑制生产菌的生长。因此,建立针对青霉素残留的快速检测方法对控制动物性食品的卫生质量、保障消费者健康、保证工业生产等方面都具有比较重要的社会经济意义。 本文针对以往青霉素残留检测方法的不足之处,提出了一种新的测量方法-离子敏场效应管(Ion-Sensitive Field-Effect Transistor,ISFET)生物传感器法。该测量方法具有操作简单、样品不需要预处理、检测速度快、准确度高等优点。本文从ISFET的结构着手,从化学的角度分析了ISFET的敏感机理,推导出了界面势与氢离子活度的关系式,从中得出了影响ISFET生物传感器灵敏度和线性响应范围的因素。在ISFET特性分析上,通过与MOSFET进行比较,推导出了ISFET的电压、电流方程,并在通用电路模拟程序(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,SPICE)内部的MOSFET模型基础上进行扩展,建立了描述ISFET电学特性的SPICE模型,并对模型进行了仿真验证,结果表明本模型能够很好的反映ISFET的电压、电流等特性。在传感器测量模式中,通过对几种方法的比较,最终选择了电流法,并设计了信号调理电路。 青霉素-ISFEF生物传感器作为生物传感器的一个分支,集生物传感器高灵敏度、高选择性和场效应管器件易集成化、微型化等优点于一体,使它在智能化、在线、实时分析等方面具有较大的优势。


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