本文關鍵詞：構建基于微生物三電極體系的微流控傳感芯片研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：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3 μL的基于M3C的微流控芯片。該芯片利用微通道中的層流分隔工作電極與參比電極,實現(xiàn)了微通道與M3C的整合。經(jīng)開路電勢測定,該體系中Ag/AgCl參比電極的電勢穩(wěn)定在0.275V。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Shewanella oneidensis 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(chǎn)生抑制作用�？股�(頭孢拉定、紅霉素)對G. sulfurreducens不產(chǎn)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)良好的線性關系。綜上所述,本文構建的基于M3C的微流控芯片可以為電化學活性細菌的研究和生物傳感提供一個良好的平臺。
【關鍵詞】：微生物三電極體系 層流 微流控芯片 生物傳感 微生物電化學系統(tǒng)
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP212.3;X832
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 1 緒論13-24
• 1.1 課題背景13
• 1.2 微生物電化學系統(tǒng)13-17
• 1.2.1 微生物電化學系統(tǒng)分類13-16
• 1.2.2 微生物電化學系統(tǒng)電子傳遞機制研究16-17
• 1.3 微生物兩電極體系在生物傳感上的應用17-19
• 1.4 微生物三電極體系在生物傳感上的應用19-20
• 1.5 小型化反應器的特點及其在生物傳感上的應用20-21
• 1.6 存在問題與研究思路21-22
• 1.7 研究內(nèi)容與技術路線22-24
• 1.7.1 研究內(nèi)容22
• 1.7.2 技術路線22-24
• 2 基于M3C微流控芯片的構建24-33
• 2.1 基于M3C微流控芯片設計參數(shù)的確定24-26
• 2.2 基于M3C微流控芯片的制作26-29
• 2.2.1 通道的制作26-27
• 2.2.2 電極的制作27-29
• 2.3 基于M3C微流控芯片中流體流態(tài)和參比電極電勢的確定29
• 2.4 結果與討論29-32
• 2.4.1 微流控通道中流體流態(tài)的確定29-31
• 2.4.2 微流控通道中參比電極電勢的確定31-32
• 2.5 本章小結32-33
• 3 基于M3C的微流控芯片中電化學活性細菌的確定33-45
• 3.1 S.oneidensis MR-1的培養(yǎng)33-36
• 3.1.1 實驗試劑及營養(yǎng)液組成33-34
• 3.1.2 細菌的接種和實驗條件的選擇34-36
• 3.2 G.sulfurreducens的培養(yǎng)36-38
• 3.2.1 實驗試劑與營養(yǎng)液組成36-37
• 3.2.2 細菌的培養(yǎng),接種和實驗條件的選擇37-38
• 3.3 結果與討論38-43
• 3.3.1 S.oneidensis MR-1的培養(yǎng)結果與討論38-40
• 3.3.2 G.sulfurreducens的培養(yǎng)結果與討論40-43
• 3.3.3 基于M3C的微流控芯片中參比電極運行穩(wěn)定性評價43
• 3.4 本章小結43-45
• 4 毫升級與微升級的M3C運行結果比較45-55
• 4.1 毫升級微生物三電極體系構建與運行45-47
• 4.1.1 毫升級微生物三電極體系的構建45-46
• 4.1.2 分析測試方法46-47
• 4.2 基于M3C的微流控芯片的構建與運行47
• 4.3 結果與討論47-54
• 4.3.1 毫升級微生物三電極體系運行結果分析47-51
• 4.3.2 基于M3C的微流控芯片運行結果分析51-54
• 4.4 本章小結54-55
• 5 基于M3C微流控芯片的生物傳感性能研究55-63
• 5.1 實驗試劑與實驗條件55
• 5.2 結果與討論55-62
• 5.2.1 細菌對電子受體的響應55-58
• 5.2.2 細菌對電子介體的響應58-59
• 5.2.3 細菌對重金屬的響應59-60
• 5.2.4 細菌對抗生素的響應60-61
• 5.2.5 細菌對殺蟲劑的響應61-62
• 5.3 本章小結62-63
• 6 結論與建議63-65
• 6.1 主要結論63-64
• 6.2 存在問題與建議64-65
• 參考文獻65-72
• 作者簡歷72
• 碩士期間科研成果72

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