食物致病菌快速检测系统的设计与实现

摘要

微生物污染食物是造成食品卫生安全的主要因素,细菌性食物中毒近几年来占总中毒人数的一半以上。目前质检部门细菌检测方法普遍采用细菌培养和标准菌落计数方法,不仅步骤繁琐、对样本试剂的耗费量大,而且检测周期较长,大约24～48个小时。为了实现细菌的快速检测,本论文依托于浙江省科技计划项目“用于快速检测食品致病菌的阻抗纳米生物传感器(2008C23011)”,提出了用于食品安全检测的纳米微生物免疫传感器的设计和系统研制,对食物致病菌传感器及其检测方法进行了研究。
　　 论文在分析了免疫传感器的国内外相关研究现状的基础上,基于抗原一抗体特异性结合的原理,采用TiO2纳米线束为敏感元件制作微生物免疫传感器,设计了一套食物致病菌快速检测系统;对阻抗测量方法和纳米线制备方法进行了详细的研究和分析后,以高集成度芯片AD5933设计阻抗检测电路,通过电化学阻抗谱法测量该传感器中TiO2纳米线束的阻抗变化量,可对多种食物致病菌实现快速检测。论文完成了食物致病菌快速检测系统的软硬件设计,并调试运行成功。硬件系统主要包括串行通信模块、步进电机驱动模块、直流电机驱动模块、阻抗测量模块和核心控制处理模块。软件系统采用Visual Basic6.0和KeilμVision4分别对上下位机进行程序设计。
　　 论文分别进行了以下实验:(1)验证性实验:将被抗体修饰的TiO2纳米线束在捕获细菌前后用扫描电子显微镜拍摄图片进行对比分析,可以看出TiO2纳米线束能够捕获大小约为2.0μm的致病性大肠杆菌,表明了基于TiO2纳米线束的微生物免疫传感器是可行的。(2)有效性实验:在加入大肠杆菌前后分别进行传感器检测,系统可以检测出大肠杆菌的存在,检测周期约为50分钟,表明设计的检测系统是快速且有效的。(3)复用性实验:用同一传感器对相同浓度的致病性大肠杆菌测试3次,结果表明在频率1kHz～10kHz的范围内传感器的复用性较好。(4)灵敏度实验:将6瓶不同浓度的大肠杆菌溶液用平板计数得出细菌数量,然后用设计的检测系统测量它们的阻抗值,建立细菌数量和阻抗值之间的函数关系,并且得出系统的检测下限为4.5×102cfu/mL。