多通道串联式压电传感器在微生物检测中的应用研究

论文摘要

多通道串联式压电传感器（MSPQC）是以串联式压电传感器为基础构建的能够同时在线检测多个样本的新型传感器。该传感器具有操作简便、灵敏度高、适用范围广、可进行在线检测等优点。在分析化学、生命科学、临床医学、环境监测等众多领域均有着广泛应用。本文充分利用多通道串联式压电传感器的响应特性,结合细菌新陈代谢特征,通过引进叉指电极修饰导电聚合物无机纳米复合材料与串联式压电传感器联用技术及新型固体培养基技术,拓宽了此传感器在临床医学领域的应用,使临床常见细菌的检测工作更加快速、准确、易行。鉴于此开展了以下研究工作:第一,本论文提出了一种新型聚苯胺/二氧化钛-PQC氨气传感器。该传感器对氨气的响应灵敏,检测限可以达到1.2 ppm。实验中讨论了聚苯胺及聚苯胺/二氧化钛敏感膜对氨气频率响应曲线,对不同浓度氨气的频率曲线以及两修饰电极对相同浓度肺炎克雷伯菌检测进行研究,结果表明聚苯胺/二氧化钛修饰电极对氨气的响应情况明显的优于聚苯胺修饰电极。并且通过对肺炎克雷伯菌的检测情况验证了聚苯胺/二氧化钛修饰电极更优于聚苯胺修饰电极。从以上实验结果看出聚苯胺/TiO2-PQC修饰电极是一种制备简单,灵敏,准确,快速检测氨气的新型方法。第二,本论文运用自制的聚苯胺/二氧化钛-PQC氨气传感器快速检测临床菌株肺炎克雷伯菌。实验原理是利用肺炎克雷伯菌属于尿素酶细菌,在有尿素存在下该菌在代谢过程中能够产生大量的氨气和二氧化碳。通过自制的新型聚苯胺/二氧化钛-PQC氨气传感器检测代谢过程中的氨气从而达到快速检测肺炎克雷伯菌的目的。本论文中通过讨论聚苯胺/TiO2氨气传感器检测肺炎克雷伯菌的响应曲线分析;该传感器在检测肺炎克雷伯菌中对氨气的响应,且不受二氧化碳的影响;不同浓度肺炎克雷伯菌的检测;不同培养基对该传感器在检测肺炎克雷伯菌影响的研究。实验结果表明聚苯胺/TiO2-PQC氨气传感器与SPQC相比,该方法更加灵敏,不需要专门的培养基,而且可以更快速的检测细菌,并且对肺炎克雷伯菌的检测范围在3.3×10-3.3×107cfu/ml得到检出时间FDT与初始浓度的对数lgC之间存在的线性关系,从而可实现定量检测细菌。因此该传感器具有制备简单,检测限低,能迅速检测细菌的特点。这项研究工作对肺炎克雷伯菌的及时治疗和降低死亡率具有重要意义,并且该传感器有望运用到结核分枝杆菌的检测鉴定,为临床结核病诊断作出贡献。第三,本文提出了一种新型的MSPQC明胶固体培养基检测金黄色葡萄球菌。该实验原理是利用金黄色葡萄球菌能够分解明胶,而大肠杆菌不能够分解明胶,从而该传感器能够达到选择性的检测金黄色葡萄球菌的目的。并且可以运用该传感器选择性鉴别能分解明胶菌和不能分解明胶的细菌。文中讨论了该传感器对能分解明胶的菌株金黄色葡萄球菌,路邓葡萄球菌和不能分解明胶的大肠杆菌进行检测及对不同浓度金黄色葡萄球菌的检测进行研究。实验结果表明该传感器是能够很好的区别分解明胶菌和不能够分解明胶菌,并且对金黄色葡萄球菌的检测下限能够达到103 cfu/ml。因此,该传感器具有制作简单,响应灵敏,能实现在线、无损检测,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 压电传感器的非质量响应
• 1.1.1 压电传感器非质量响应的发展
• 1.2 串联式压电传感器的研究进展
• 1.2.1 串联式压电传感器的提出
• 1.2.2 串联式压电传感器的响应原理及其应用
• 1.3 微生物的检测技术
• 1.3.1 压电生物传感器在微生物检测中的检测技术
• 1.3.2 聚合酶链式反应（PCR）及其衍生技术
• 1.3.3 酶联免疫（ELISA）
• 1.4 导电聚合物纳米复合材料的气体微传感器
• 1.4.1 气体微传感器简介
• 1.4.2 导电聚合物纳米复合材料在气体微传感器中的应用与发展
• 1.5 论文构思和展望
• 第2章 新型聚苯胺/二氧化钛IDE-PQC 氨气传感器的构建及其性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验装置
• 2）复合材料的合成'>2.2.3 聚苯胺（PANI）和聚苯胺/二氧化钛（PANI/TiO₂）复合材料的合成
• 2 修饰电极对NH3 的响应'>2.2.4 PANI 和PANI/TiO₂ 修饰电极对NH3 的响应
• 2 修饰电极对肺炎克雷伯菌检测'>2.2.5 PANI 和PANI/TiO₂修饰电极对肺炎克雷伯菌检测
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 实验原理
• 2 的敏感电极表征及分析'>2.3.2 修饰有PANI 和PANI/TiO₂的敏感电极表征及分析
• 2.3.3 聚苯胺-PQC 传感器检测氨气的典型响应曲线
• 2-PQC 传感器检测氨气的典型响应曲线'>2.3.4 聚苯胺/TiO₂-PQC 传感器检测氨气的典型响应曲线
• 2 修饰电极对不同浓度的响应'>2.3.5 聚苯胺修饰电极和聚苯胺/ TiO₂修饰电极对不同浓度的响应
• 2 修饰电极检测肺炎克雷伯菌的响应曲线'>2.3.6 聚苯胺和聚苯胺/TiO₂修饰电极检测肺炎克雷伯菌的响应曲线
• 2.4 小结
• 第3章 新型聚苯胺/二氧化钛IDE-PQC 氨气传感器迅速检测肺炎克雷伯菌
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 培养基
• 3.2.2 细菌和化学试剂
• 3.2.3 实验装置
• 3.2.4 聚苯胺和聚苯胺/二氧化钛复合材料的合成
• 3.2.5 实验过程
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 响应原理
• 2-PQC 氨气检测过程中二氧化碳的影响'>3.3.2 聚苯胺/TiO₂-PQC 氨气检测过程中二氧化碳的影响
• 2 修饰电极检测肺炎克雷伯菌的响应曲线'>3.3.3 PANI/TiO₂修饰电极检测肺炎克雷伯菌的响应曲线
• 2 修饰电极对不同浓度肺炎克雷伯菌的响应曲线'>3.3.4 PANI/TiO₂修饰电极对不同浓度肺炎克雷伯菌的响应曲线
• 2 修饰电极检测肺炎克雷伯菌的影响'>3.3.5 检测培养基对PANI/TiO₂修饰电极检测肺炎克雷伯菌的影响
• 3.4 小结
• 第4章 明胶固体培养基检测金黄色葡萄球菌
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验菌株
• 4.2.2 培养基
• 4.2.3 实验内容
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 多通道串联式压电传感器（MSPQC）
• 4.3.2 MSPQC 系统的响应原理
• 4.3.3 MSPQC 系统明胶培养基检测细菌的响应曲线
• 4.3.4 不同浓度金黄色葡萄球菌的响应曲线
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 本文作者相关论文题录
• 致谢