便攜式福氏志賀菌檢測儀的研制.pdf

1、志賀菌屬細(xì)菌是常見傳染性疾病細(xì)菌性痢疾的病原菌。該病全世界年發(fā)病的病例數(shù)超過2億且主要流行于發(fā)展中國家，兒童感染后死亡率較高。我國由于每年細(xì)菌性痢疾發(fā)病率較高，已將其列為國家法定乙類傳染病。導(dǎo)致我國患者感染細(xì)菌性痢疾的主要病原菌是志賀菌屬的福氏志賀菌，目前臨床上對于該病的確診依據(jù)主要是通過病原學(xué)方法檢測出志賀氏菌。傳統(tǒng)的病原學(xué)檢測需要依賴細(xì)菌培養(yǎng)，流程比較繁瑣耗時且需要實(shí)驗(yàn)室的支持。開發(fā)研制快速、準(zhǔn)確、便捷的細(xì)菌檢測方法是目前亟待解決的

2、問題。本課題研究的主要目的是研制一種便攜式福氏志賀菌檢測儀，用于方便快捷的檢測福氏志賀菌。本文主要對檢測儀的組成、參數(shù)測試以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行描述。該檢測儀由傳感器和檢測系統(tǒng)兩部分組成。后者又包括硬件檢測電路和軟件控制系統(tǒng)兩部分。
　　傳感器的選擇首先通過檢測過氧化氫(H2O2)及福氏志賀菌(S.flexneri)濃度來測試傳感器性能。實(shí)驗(yàn)中分別使用裸電極和經(jīng)高純度羧基化多壁碳納米管聚乙烯醇(MWCNT/PVA)復(fù)合物修飾后的三通道絲

3、網(wǎng)印刷電極制作成無酶型傳感器，選擇循環(huán)伏安法作為該電流型傳感器的電化學(xué)測試方法，進(jìn)行H2O2濃度的檢測。經(jīng)過條件優(yōu)化后，選擇濃度為0.1mol/l pH5.0的醋酸醋酸鈉(HAc-NaAc)溶液作為緩沖液，濃度為5.0mmol/l硫堇作為電活性物質(zhì)用于檢測溶液中H2O2濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示H2O2濃度在2.0mmol/l-7.0mmol/l范圍內(nèi)與循環(huán)伏安法氧化峰峰電流值呈線性相關(guān)。裸電極線性回歸方程為Ip=11.667+0.180CH2

4、O2，相關(guān)系數(shù)為0.986，靈敏度為0.180μA/(mmol/l)；修飾電極線性回歸方程為Ip=15.929+0.369 CH2O2。相關(guān)系數(shù)為0.964，靈敏度為0.369μA/(mmol/l)。傳感器穩(wěn)定性和重復(fù)性較好，檢測結(jié)果比較滿意。通過在上述無酶型傳感器上修飾辣根過氧化物酶標(biāo)記的福氏志賀菌抗體，可以制作成用于檢測福氏志賀菌的免疫傳感器。辣根過氧化物酶的催化作用可以促進(jìn)H2O2與硫堇之間的氧化還原反應(yīng)，使得檢測的靈敏度更高。同

5、時福氏志賀菌抗原與抗體結(jié)合后對于酶活性中心的屏蔽使得催化作用減小。通過檢測該傳感器孵育結(jié)合福氏志賀菌前后電流的變化值，可以達(dá)到間接檢測福氏志賀菌的目的。經(jīng)過條件優(yōu)化后，選擇含5.0mmol/l硫堇、0.5mmol/l H2O2的pH5.0的HAc-NaAc緩沖溶液作為測試底液用于檢測福氏志賀菌濃度。采用循環(huán)伏安法掃描發(fā)現(xiàn)，孵育結(jié)合福氏志賀菌前后掃描產(chǎn)生氧化峰峰電流降低值(△Ip)與福氏志賀菌濃度對數(shù)值(1gCs.flexneri)在10

6、3-108/ml范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。其線性回歸方程為△Ip=0.297711gCs.flxneri-0.6074，線性相關(guān)系數(shù)為0.964，檢測限為1.64×103/ml(S/N=3)。傳感器穩(wěn)定性和重復(fù)性較好，檢測結(jié)果較為滿意。
　　硬件檢測電路采用基于STM32單片機(jī)構(gòu)建的便攜式福氏志賀菌檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在低頻/直流條件下完成基于循環(huán)伏安法的電流型電化學(xué)檢測，可以實(shí)現(xiàn)信號的發(fā)生、數(shù)據(jù)的采集等功能同時具有輕便、高集成度

7、及高精度的特點(diǎn)。系統(tǒng)主要由STM32開發(fā)板模塊、恒電位電路、微電流檢測單元、電化學(xué)反應(yīng)模塊和電源模塊等組成。STM32電路負(fù)責(zé)發(fā)出控制信號和處理接受到的測量信號，包括A/D采集、D/A控制輸出、數(shù)據(jù)存儲、液晶顯示、按鍵及串口通信等。測量信號電路直接與被測對象相連接，實(shí)現(xiàn)具體測量和控制。恒電位電路實(shí)現(xiàn)對工作電極電位的控制，給反應(yīng)池恒定的三角波電壓激勵。電化學(xué)反應(yīng)模塊由反應(yīng)池和三電極傳感器組成。微電流檢測模塊主要包括I/V轉(zhuǎn)換后的電壓放大電