基于微型表面等离子体共振系统的牛奶中抗生素残留检测研究

摘要

牛奶中的抗生素残留是关系人民安全的公共卫生事件,目前各国都高度关注牛奶中抗生素残留的危害性,对其实施检测和监控具有重要的现实意义。基于表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)检测技术具有测量时间短,无需标记,检测精度高等优点。因此,本课题对基于SPR测量牛奶中抗生素残留的方法进行了深入系统地研究。主要工作如下:
　　 分析了微型SPR在测量抗生素测量的最佳条件。本实验通过研究重建方法,液体流速、试剂的浓度等因素对实验结果的影响,根据实验结果制定一套最佳的实验测量条件和标准测量的具体步骤。以氨苄青霉素为例,研究不同试剂、流速等对测量的影响,制定了相应的流程给出最佳的测量条件,提高了测量精度和稳定性。如流速在10μl/min的流速,重建溶液以70mM的NaOH最佳的实验条件等。完成了基于SPR抗生素测量的最佳实验条件研究。
　　 研究了基于SPR的牛奶抗生素残留的直接测量法、间接测量法。采用表面等离子体共振的生物光学传感器的方法,利用生物分子相互作用分析原理及传感器对折射率的高度敏感性,结合传感器金膜表面绑定抗氨苄青霉素单克隆抗体的技术,实现了牛奶中氨苄青霉素含量的定量检测。实验中利用微型表面等离子体共振传感器构建了测量系统,介绍了传感器表面的处理方法,并对氨苄青霉素浓度为0ng/mL,10ng/mL,50ng/mL,100ng/mL的牛奶样品进行了测量,通过对测量结果进行分析,得到了不同氨苄青霉素浓度的传感器响应图,结果表明,基于表面等离子体共振的光学生物传感器在牛奶抗生素药物残留检测方面具有很好的应用前景,这两种方法都能够简单快速地对样品进行测量,克服了传统方法的缺点。直接测量法测量牛奶中氨苄青霉素的最低检测限达到33.6mg/dL,间接测量法对于氨苄青霉素的最低检测限达到50ng/mL。
　　 利用微型表面等离子体共振的生物传感器测量了残留在牛奶中的氨苄青霉素的浓度。采用竞争抑制试验的方法,即先将定量的单克隆抗氨苄青霉素抗体(3H295)和含氨苄青霉素的牛奶样品混合,样品中氨苄青霉素将和抗体结合,然后将该混合样品通入共价固定了氨苄青霉素分子的传感器表面,通过生物特异相互作用分析,样品中剩余的抗体将会被检出,从而得到氨苄青霉素的浓度。样品的测量时间为10分钟,最低检测限为2.5 ng/mL,低于欧盟标准4 ng/mL。该检测方法的测量时间短、重复性好,批间测量的变异系数为5.4％,表明该方法能满足实际测量要求。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1 牛奶中抗生素残留检测的意义

1.1.1 食品安全与检测

1.1.2 牛奶抗生素残留的来源及危害

1.1.3 牛奶抗生素残留检测的问题及要求

1.2 牛奶抗生素残留检测的研究进展

1.2.1 传统的检测方法

1.2.2 表面等离子体共振光学生物传感器检测方法的发展

1.2.3 表面等离子体共振生物传感器检测抗生素的发展

1.3 本课题的研究目的和意义

1.4 本论文的主要研究内容和结构安排

第二章 基于表面等离子体共振牛奶抗生素检测的基本理论

2.1 表面等离子体共振检测技术

2.1.1 表面等离子共振测量技术的现状

2.1.2 表面等离子共振测量的基本原理

2.1.3 棱镜型表面等离子共振测量系统的结构

2.1.4 光纤型表面等离子共振传感器

2.1.5 光栅型表面等离子共振传感器

2.1.6 表面等离子共振的测量方式

2.2 表面等离子共振中溶液浓度与折射率之间的关系

2.3 基于表面等离子共振技术测量牛奶中抗生素的原理

2.3.1 抗生素的基本概念

2.3.2 抗体抗原的基本概念

2.3.3 牛奶中的主要成分介绍

2.3.4 基于SPR的抗生素测量原理

2.3.5 基于SPR免疫检测的分类

2.4 本章小结

第三章 表面等离子共振实验系统及最佳实验条件研究

3.1 表面等离子体共振测量的硬件系统

3.1.1 测量系统的构成

3.1.2 Spreeta表面等离子共振传感器及评估模块

3.1.3 流体输送控制系统

3.1.4 样品池

3.1.5 注射泵及其控制

3.1.6 六通道选择阀

3.1.7 传感器的维护

3.1.8 样品的流动状态

3.1.9 微流体管路的设计

3.2 SPR测量软件系统

3.2.1 数据采集及评估软件系统

3.2.2 数据处理系统

3.2.3 数据处理的区域选择

3.2.4 初始化和修正

3.2.5 有效的传感区域

3.3 表面等离子体共振系统最佳实验条件的研究

3.3.1 样品流速对测量结果的影响

3.3.2 温度的漂移

3.3.3 基线选择对测量结果的影响

3.3.4 抗体绑定对测量结果的影响

3.3.5 重建方法对测量结果的影响

3.4 本章小结

第四章 表面等离子体共振直接、间接测量法研究

4.1 牛奶中抗生素残留测量的检测方法

4.1.1 直接测量法

4.1.2 直接法测量简单溶液

4.1.3 间接测量法

4.1.4 单克隆抗氨苄青霉素抗体蛋白

4.1.5 自组装技术

4.1.6 蛋白质在金膜表面的固定

4.2 基于SPR生物传感器的直接测量

4.2.1 牛奶折射率测量实验

4.2.2 直接测量法步骤

4.2.3 直接测量PBS溶液中的氨苄青霉素

4.2.4 直接测量法测量牛奶中的氨苄青霉素

4.2.5 两种溶液测量结果的比较分析

4.2.6 直接测量法的实验结论

4.3 基于SPR生物传感器的间接测量法

4.3.1 间接测量法的试剂及步骤

4.3.2 传感器表面蛋白层的修饰

4.3.3 氨苄青霉素抗体在SPR传感器上的固定

4.3.4 氨苄青霉素间接测量实验结果

4.3.5 间接测量法的实验结论

4.3.6 间接测量法和直接测量法的比较分析

4.4 本章小结

第五章 竞争检测法测量牛奶中抗生素的研究

5.1 竞争检测方法

5.1.1 竞争检测法的原理和步骤

5.1.2 待测物小分子的固定

5.1.3 竞争检测法的优缺点

5.1.4 抗体浓度的选择

5.2 竞争检测法测量牛奶中的抗生素

5.2.1 竞争检测法测量的步骤

5.2.2 氨苄青霉素在传感器的固定

5.3 竞争检测的实验结果

5.3.1 实验结果

5.3.2 竞争检测法的实验结论

5.3.3 传感器的重建方法

5.4 竞检测法和间接检测法比较

5.4.1 金膜表面的修饰

5.4.2 两种方法实验结果对比

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本论文的主要研究内容与结论

6.2 本论文的主要创新点

6.3 工作展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢