構建基于微生物三電極體系的微流控傳感芯片研究.pdf

1、針對目前基于微生物電化學系統(tǒng)(Bioelectrochemical system，BES)的傳感器響應時間長，干擾因素多的缺點，本文結合微生物三電極體系(Microbialthree-electrode cell，M3C)與微流控芯片構建一個基于M3C的微流控傳感芯片，以實現(xiàn)信號的快速響應同時提高輸出信號的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。
　　首先，設計組裝了一個體積為3μL的基于M3C的微流控芯片。該芯片利用徼通道中的層流分隔工作電極與參比電極

2、，實現(xiàn)了微通道與M3C的整合。經開路電勢測定，該體系中Ag/AgCl參比電極的電勢穩(wěn)定在0.275 V。同時，利用[Fe(CN)6]3-/[Fe(CN)6]4-對參比電極的電勢進行校準，結果與開路電勢測定一致。
　　然后，在該微流控芯片中考察了Geobacter sulfurreducens和Shewanellaoneidensis MR-1兩種模型電化學活性細菌的生長情況。結果表明S.oneidensisMR-1無法在金電極表面

3、生長，最終選擇G.sulfurreducens作為該芯片的生物感應元件。進而根據(jù)G.sulfurreducens與金電極之間的電子傳遞機制和Ag/AgCl參比電極在不同工作電勢下的運行壽命，優(yōu)化確定了最佳啟動電勢。在最佳啟動電勢條件下用G.sulfurreducens接種芯片并運行，結果顯示運行30天之后Ag/AgCl參比電極的開路電勢與運行前相比的變化僅為0.7％。上述實驗結果表明該芯片成功實現(xiàn)了M3C和微流控芯片的整合，并具有良好的

4、運行穩(wěn)定性。
　　在選定G.sulfurreducens作為電化學活性細菌并成功啟動該芯片后，以同樣接種G.sulfurreducens的毫升級M3C作為對照組，從電流密度、起始電位和中點電位等方面對其性能進行了考察。結果表明該芯片與對照組以及文獻中報道的M3C具有相近的性能。由此證明本文構建的基于M3C的微流控芯片能在微升級的尺度上實現(xiàn)毫升級M3C的功能。
　　最后，基于M3C的微流控芯片被應用于生物毒性物質的傳感研究。以

5、幾種常見的電子受體、電子介體為傳感物質對該芯片的傳感性能進行初步評價，結果表明該芯片的響應時間小于10分鐘，并且輸出信號具有良好的穩(wěn)定性。隨后研究了典型生物毒性物質（Cu2+、抗生素和甲醛）在該傳感芯片中的響應規(guī)律，結果表明0.3-7 ppm Cu2+和0.01-0.1％甲醛能對G.sulfurreducens產生抑制作用?？股兀^孢拉定、紅霉素）對G.sulfurreducens不產生抑制作用。而且輸入輸出信號在一定的濃度區(qū)間呈現(xiàn)良