检测贝类大田软海绵酸毒素的便携式分析系统设计

作     者：万梓健 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王平

授予年度：2018年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 083204[工学-水产品加工及贮藏工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：便携式分析系统 智能手机检测系统 大田软海绵酸 ELISA方法 前处理系统 

摘      要：良好的海洋环境无疑能为国家的发展带来便利,但随着工业和社会的发展,海洋的污染问题日益加剧,引发了一系列生态和经济问题。因此,实现对海洋环境的定期监测十分必要。贝类水产品作为重要的经济产物,受海洋污染的影响,时有贝类毒素超标的情况发生,可能导致食物中毒和贸易损失:其中大田软海绵酸毒素(OA)在我国的分布广泛,危害较大。但传统的大田软海绵酸检测方法专业性强,检测周期长,且实验室远离海岸线,无法满足现场监测的需要。所以,实现对大田软海绵酸毒素的便携式检测将极大地改善以上问题。本文设计并实现了用于大田软海绵酸毒素的便携式分析系统,包括贝类样品便携式前处理系统和基于智能手机的便携式检测系统。首先对海洋环境的现状以及污染情况进行了简要介绍,并介绍了与贝类毒素相关的背景知识,以及相应的富集与检测方法;然后分别从需求分析和系统设计对分析系统进行了介绍;最后对仪器的相关性能指标进行了测定,通过贝肉的加标样品和实际样品对分析系统进行了验证实验。该系统可应用于大田软海绵酸毒素的现场检测,为海洋环境监测和检验检疫提供了新的方法,有利于更好地监测海洋环境。论文完成的主要工作和创新点如下:1、完成了贝肉样品大田软海绵酸毒素的便携式现场检测前处理系统设计为了减小因实验操作习惯对实验结果带来的影响,提高现场检测时贝肉样品的前处理效率,设计并实现了便携式前处理系统。依据行业标准并结合现场检测需求,确定了前处理流程;依据确定下的前处理流程,为每个前处理操作设计了相对应功能模块,并由微控制器进行控制;设计了上位机控制软件并定义通信协议,用户可从用户端实现对前处理系统各模块的工作控制并了解当前前处理系统的工作状态。最后测试了前处理系统的性能指标,结果表明由前处理系统处理的贝肉样品中OA的回收率与手工前处理一致,当贝肉样品中OA的加标浓度为80μg/kg时,仪器的回收率为90.8%。2、完成了基于智能手机结合ELISA方法的OA现场检测系统设计基于智能手机的集合ELISA试剂盒检测系统提供了实现了 OA的光学检测方法,提供了恒温环境供试剂盒的孵育,实现ELISA试剂盒的检测。在检测系统的硬件设计中,包含了适用于多孔板的结构、窄带光源和温控系统。结合智能手机检测软件,通过实验验证了检测系统与酶标仪之间的一致性,同时也完成了对加标样品和实际样品中OA含量的检测,通过计算可以得出检测系统的检测下限为0.196μg/L,准确度误差不超过10%,精密度为5%。3、完成了基于智能手机的多孔板图像识别检测算法及数据通讯设计了智能手机的检测软件,通过ELISA试剂盒的显色反应进行检测。使用手机的摄像头拍摄反应终止时刻的多孔板图像,根据溶液的颜色的互补色选择合适的颜色通道并分割多孔板图像进行分析。在使用空白校准去除背景干扰后,可以根据一系列浓度的OA标准物质溶液建立标定曲线,利用标定曲线对未知样品中OA的浓度进行计算和分析。所得的结果以文档格式保存在手机内,并通过邮件的方式进行远程分享和归档。4、完成了对加标贝肉样品和实际贝肉样品中OA含量的检测使用OA便携式分析系统对加标样品和实际样品进行了性能测试。首先使用OA便携式分析系统对加标浓度分别为20μg/kg,40μg/kg,80μg/kg,160μg/kg,200μg/kg的贝肉样品进行加标回收实验,确定贝肉基质对OA回收率的影响。对现场采集的贝肉样品进行检测,与实验室标准的酶标仪比较,实验结果表明,本文所设计的OA便携式现场分析系统的检测结果与标准仪器具有一致性,满足现场使用的需求。