【摘要】：我國(guó)工業(yè)實(shí)力快速發(fā)展的同時(shí)也帶來一系列的環(huán)境問題。工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的一系列污染物質(zhì)隨著廢氣、廢水和廢渣等進(jìn)入到周圍的環(huán)境中,對(duì)人們的健康安全構(gòu)成了潛在威脅。利用發(fā)光細(xì)菌法進(jìn)行水質(zhì)急性毒性檢測(cè),可以直觀全面的反應(yīng)污染物對(duì)人體的毒性作用。發(fā)光細(xì)菌法不僅簡(jiǎn)便快速,而且操作簡(jiǎn)單,容易和多種光學(xué)元件耦合,還具有良好的重現(xiàn)性。但是現(xiàn)有設(shè)備操作復(fù)雜,檢測(cè)耗時(shí)長(zhǎng),并且不適用于在線連續(xù)監(jiān)測(cè)。此外復(fù)蘇后的發(fā)光細(xì)菌發(fā)光強(qiáng)度不穩(wěn)定,使檢測(cè)結(jié)果存在較大誤差。本課題旨在以青�；【鶴67作為受試對(duì)象,建立一套基于微流控技術(shù)的新型水質(zhì)急性毒性分析檢測(cè)裝置,推動(dòng)發(fā)光細(xì)菌水質(zhì)急性毒性檢測(cè)方法向在線連續(xù)檢測(cè)方向的發(fā)展。本文首先建立了以2ml離心管作為樣品池的水質(zhì)急性毒性檢測(cè)裝置,以此裝置作為對(duì)比檢測(cè)系統(tǒng)。通過完善樣品室設(shè)計(jì)、光檢測(cè)系統(tǒng)和采樣系統(tǒng)使裝置能夠穩(wěn)定高效運(yùn)行。用該裝置對(duì)不同OD600值的菌液發(fā)光強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定,從而確定其對(duì)光信號(hào)的分辨能力,并通過3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.1%。此外,還確定了青�；【罴寻l(fā)光的基本檢測(cè)條件,即以生理鹽水作為懸浮液,調(diào)節(jié)待測(cè)水樣p H為7.0~9.0,菌液用量控制在200μl。利用該裝置檢測(cè)不同濃度的Zn2+和Cd2+對(duì)青海弧菌Q67的水質(zhì)急性毒性,獲得了Zn2+和Cd2+的半致死濃度EC50值。論文重點(diǎn)設(shè)計(jì)制作了一種毒性分析微流控芯片,優(yōu)化了微混合器,提高了混合性能。芯片兩入口角度為90°,通道寬度為100μm,芯片厚度為100μm。芯片通過COMSOL軟件模擬兩流體組分在通道X-Y截面上的濃度部分情況確定了混合性能較優(yōu)的微混合器結(jié)構(gòu)。比較了不同長(zhǎng)度直通道和兩種不同結(jié)構(gòu)彎道的混合性能差異,選擇了圓角彎道作為芯片的混合結(jié)構(gòu),并確定了混合結(jié)構(gòu)的單元數(shù)。兩流體組分充分混合后進(jìn)入芯片檢測(cè)區(qū)域,檢測(cè)區(qū)域?yàn)榱呅谓Y(jié)構(gòu),長(zhǎng)約10mm,寬約10mm,檢測(cè)結(jié)束后通入生理鹽水沖洗檢測(cè)芯片。最終建立了基于微流控芯片的新型水質(zhì)急性毒性分析檢測(cè)裝置。測(cè)試了幾種典型污染物對(duì)青�；【募毙远拘浴ｒ�(yàn)證了該新型裝置對(duì)于不同OD600值的菌液發(fā)光強(qiáng)度的分辨能力及其三次檢測(cè)結(jié)果的重現(xiàn)性(相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.7%)。隨后,建立了該新型裝置對(duì)5種重金屬、3種抗生素和3種染料的水質(zhì)急性毒性檢測(cè)方法,獲得了這11種污染物對(duì)青�；【鶴67的劑量效應(yīng)曲線,得出了各個(gè)污染物分別在5min、10min和15min時(shí)的EC50。掌握了這幾種污染物的毒性強(qiáng)弱規(guī)律如下:Cu2+Pb2+Cd2+Zn2+Ni2+,環(huán)丙沙星諾氟沙星青霉素G,羅丹明B橙黃G亞甲基藍(lán)。明確了重金屬、抗生素和染料這三類物質(zhì)對(duì)青�；【a(chǎn)生毒性的不同機(jī)理,重金屬主要是通過抑制熒光素酶的合成來抑制青海弧菌的發(fā)光反應(yīng),抗生素主要是通過破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌死亡或抑制細(xì)菌活性來抑制青�；【陌l(fā)光反應(yīng),而染料分子的毒性作用方式主要與染料類型、分子大小和官能團(tuán)性質(zhì)有關(guān)。該裝置的檢測(cè)結(jié)果在時(shí)間上的穩(wěn)定性較好,且檢測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較低。
【圖文】：

其中常用的細(xì)菌狀態(tài)主要有兩種：一種是使細(xì)菌懸浮于微型生物反應(yīng)器中的液態(tài)相中，另一種是將細(xì)菌固定在一次性樣品池中。圖1-1 三種用于水質(zhì)毒性檢測(cè)的新型生物傳感器：（A）細(xì)菌懸浮型生物傳感器[16];（B）凍干細(xì)菌型生物傳感器[17]；C）細(xì)菌固定型生物傳感器[18]，（1）細(xì)菌固定在一次性樣品池中，（2）細(xì)菌固定在光纖上，（3）細(xì)菌固定在生物芯片中。

對(duì)它們的性能進(jìn)行了比較[18]。兩套系統(tǒng)均封閉在一個(gè)暗箱中，利用 CCD 相機(jī)中對(duì)細(xì)菌發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行圖像捕捉并記錄。這兩套系統(tǒng)的區(qū)別之處在于細(xì)胞的保存方式不同（如圖 1-2 A），Lumisens Ⅲ系統(tǒng)中的細(xì)菌懸浮液 4%的瓊脂糖溶液混勻后固定在微井中，保持著較高的生物活性；而 Lumisens Ⅳ系統(tǒng)中使用的細(xì)菌在 96 孔微板中經(jīng)過了冷凍干燥過程，活性相對(duì)較低。作者用這兩套系統(tǒng)在 10 天時(shí)間里連續(xù)檢測(cè)了蒸餾水或環(huán)境樣品中的汞（Hg），每天將細(xì)菌暴露于含有 500 nM Hg 的樣品中 100 min，剩下的時(shí)間持續(xù)通入細(xì)菌培養(yǎng)液。結(jié)果表明，，Lumisens Ⅲ系統(tǒng)自啟動(dòng) 6 h 后產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)（如圖 1-2 B），并且在測(cè)試的 10 天時(shí)間里，生物發(fā)光水平是不穩(wěn)定的，變化率達(dá) 40%，固定化細(xì)菌在第 3~6 天處于穩(wěn)定的生長(zhǎng)階段，生物發(fā)光信號(hào)的重現(xiàn)性和重復(fù)性接近 5%，；Lumisens Ⅳ系統(tǒng)能夠在 10 天時(shí)間里對(duì)蒸餾水樣品或污水廠樣品中的汞（Hg）進(jìn)行穩(wěn)定檢測(cè)，啟動(dòng) 1.5 h 后便可獲得響應(yīng)信號(hào)，生物發(fā)光信號(hào)的重現(xiàn)性達(dá) 3%。在 Lumisens Ⅲ系統(tǒng)中，細(xì)菌在測(cè)試過程中會(huì)受到之前暴露的污染物的影響，導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)中的細(xì)菌活性降低，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性。而在 LumisensⅣ系統(tǒng)中，細(xì)菌被限定在微孔板中的各個(gè)微孔中，執(zhí)行獨(dú)立地單次分析，但是操作相對(duì)較為繁瑣，重復(fù)性也有所降低。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X832

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2666058