基于手機的智能傳感技術(shù)及其海洋生物毒素現(xiàn)場快速檢測的研究.pdf

1、隨著人類社會現(xiàn)代化的快速發(fā)展，人類活動越發(fā)頻繁，導(dǎo)致海洋環(huán)境污染日趨嚴(yán)重，含有海洋生物毒素超標(biāo)的海洋水產(chǎn)品不斷增多，嚴(yán)重影響我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和進(jìn)出口貿(mào)易，甚至危害人類的公共安全。因此，急需一種簡便、快速，能用于現(xiàn)場檢測的技術(shù)手段來滿足海洋生物毒素日常監(jiān)測的需求。智能傳感技術(shù)集成了采集、處理、交換信息的功能，配合智能檢測方法可以模擬人的感官功能，具有非破壞性、分析速度快、易檢測、低成本、高靈敏度、高特異性和高重復(fù)性等特點，目前已廣泛應(yīng)用于臨

2、床診斷、生命分析、食品安全和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。因此，發(fā)展一種小型、便攜、操作簡單的光學(xué)檢測系統(tǒng)，結(jié)合生物傳感技術(shù)，并將其用于海洋生物毒素的現(xiàn)場快速檢測，具有巨大的科研、應(yīng)用、商業(yè)和社會公益價值。
　　本文以光致光學(xué)生物傳感檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計并實現(xiàn)了基于手機的智能高通量同時檢測光學(xué)系統(tǒng)仿生電子眼(Bionic e-Eye)和手持式智能快速檢測光學(xué)系統(tǒng)。本文將Bionic e-Eye與酶聯(lián)免疫檢測技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)了對貝類毒素的高通量快速

3、定量分析。此外，本文以細(xì)胞作為敏感元件研制了細(xì)胞活性傳感器，并將其與Bionic e-Eye結(jié)合，研究將細(xì)胞傳感器用于現(xiàn)場快速檢測的新方法。最后，本文研制了兩種定量膠體金免疫層析試紙條，并將其與手持式智能快速檢測系統(tǒng)相結(jié)合，研究了用于海洋生物毒素現(xiàn)場快速檢測并易于推廣的簡便方法。
　　本文的主要創(chuàng)新性研究工作包括:
　　1、提出了一種基于手機的智能檢測光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計方法，采用HSV仿生顏色模型用于比色分析，提高了系統(tǒng)檢測的靈

4、敏度
　　本文基于吸光光度分析檢測技術(shù)原理，結(jié)合圖像處理技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了基于手機的智能高通量同時檢測光學(xué)系統(tǒng)Bionic e-Eye。依據(jù)不同的檢測場景，完成了兩款智能手機移動應(yīng)用程序，iPlate和iPlate Monitor，分別實現(xiàn)了對顯色生化反應(yīng)的快速檢測及長時監(jiān)測。引入HSV（色調(diào)，飽和度，明度）顏色模型提高了系統(tǒng)儀器的靈敏度。同時以顏色通道強度時間穩(wěn)定性測試及二喹啉甲酸(BCA)蛋白檢測實驗來測試了系統(tǒng)性能。實驗結(jié)果

5、表明，Bionic e-Eye采用HSV模型較傳統(tǒng)RGB（紅，綠，藍(lán)）模型，在BCA檢測的靈敏度方面提高了3倍以上。
　　2、提出了一種基于Bionic e-Eye結(jié)合ELISA的檢測方法，實現(xiàn)了海洋生物毒素的高通量同時現(xiàn)場快速檢測
　　本文利用間接競爭性抑制免疫傳感檢測原理的試劑盒，對毒素分子特異性識別，再使用Bionic e-Eye進(jìn)行高靈敏高通量同時檢測。系統(tǒng)采用性能最好的S分量對腹瀉性貝毒大田軟海綿酸(OA)和麻痹性

6、貝毒石房蛤毒素(STX)檢測，檢測限分別為0.0854ng/mL和0.0092ng/mL，檢測范圍分別為0.2～5ng/mL和0.02～0.32ng/mL，回收率分別在95.20～109.72％和90.19～112.15％內(nèi)。加標(biāo)回收率及實際貝肉樣品檢測實驗的結(jié)果說明了Bionic e-Eye與標(biāo)準(zhǔn)儀器酶標(biāo)儀之間具有直接相關(guān)性，相對誤差對于OA和STX的檢測分別在5.30％和10.43％以內(nèi)。系統(tǒng)采用圖像檢測技術(shù)實現(xiàn)高通量同時檢測，降低

7、了傳統(tǒng)依靠機械移動平臺所造成的孔間誤差，并且系統(tǒng)具有低成本、便攜性和耗時短等特點，表明該方法適用于海洋生物毒素的高通量同時現(xiàn)場快速檢測。
　　3、提出了一種基于Bionic e-Eye結(jié)合細(xì)胞活性傳感器的檢測方法，提供了一種用于海洋毒素的現(xiàn)場快速檢測，具有生物毒性評價功能的可行方案
　　本文設(shè)計并研制了CVB，并與Bionic e-Eye結(jié)合，研究了一種具有生物功能性評價的現(xiàn)場快速檢測分析方法。CVB是以活細(xì)胞為敏感元件，細(xì)

8、胞計數(shù)試劑(CCK-8)為二級換能器，將細(xì)胞的活性參數(shù)轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號的細(xì)胞傳感器。采用人肝癌細(xì)胞株細(xì)胞(Hep G2)和人單核巨噬細(xì)胞(THP-1)分別構(gòu)建CVB，并對細(xì)胞培養(yǎng)密度優(yōu)化，得出最佳細(xì)胞接種密度為4000cells/well和8000cells/well。所構(gòu)建的HepG2-CVB和THP-1-CVB能夠在5～200ng/mL范圍內(nèi)特異性檢測OA，最佳檢測時間分別為2.87h和3.33h，檢測限分別為3.4083ng/mL和

9、13.4456ng/mL。結(jié)果表明CVB在活細(xì)胞選擇上，對貼壁細(xì)胞和懸浮細(xì)胞具有通用性，并且該方法是一種便攜、低成本、操作簡便和高效率的檢測方法，能用于海洋生物毒素的現(xiàn)場快速、高靈敏和高特異性的檢測。
　　4、研制了一種結(jié)合膠體金免疫層析試紙條的手持式智能快速檢測系統(tǒng)，滿足了海洋毒素現(xiàn)場檢測對操作簡便的實用性要求
　　本文依據(jù)競爭性免疫反應(yīng)，設(shè)計并制備了OA和STX兩類定量膠體金免疫層析試紙條。并且基于反射式光度計檢測原理，

10、為滿足基層對具有手持式、低成本和能用于現(xiàn)場檢測技術(shù)的需求，設(shè)計并實現(xiàn)了手持式智能快速檢測光學(xué)系統(tǒng)。系統(tǒng)檢測OA和STX的檢測范圍分別為3～20ng/mL和6.25～100ng/mL，檢測限分別為2.4516ng/mL和5.141ng/mL。與酶聯(lián)免疫檢測法對比，相對誤差在8％以內(nèi)。并且與小鼠生物法(MBA)、色譜質(zhì)譜聯(lián)用分析法(LC-MS/MS)等比較，系統(tǒng)具有成本低、集成度高、操作簡單和檢測速度快等優(yōu)勢。結(jié)果表明，結(jié)合膠體金免疫層析試