本文關(guān)鍵詞：構(gòu)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(xué)系統(tǒng)(Bioelectrochemical system, BES)的傳感器響應(yīng)時間長,干擾因素多的缺點,本文結(jié)合微生物三電極體系(Microbialthree-electrode cell,M3C)與微流控芯片構(gòu)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(yīng)同時提高輸出信號的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。首先,設(shè)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(jìn)行校準(zhǔn),結(jié)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(xué)活性細(xì)菌的生長情況。結(jié)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(yīng)元件。進(jìn)而根據(jù)G. sulfurreducens與金電極之間的電子傳遞機(jī)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(jié)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(jié)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(xué)活性細(xì)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(jìn)行了考察。結(jié)果表明該芯片與對照組以及文獻(xiàn)中報道的M3C具有相近的性能。由此證明本文構(gòu)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(yīng)用于生物毒性物質(zhì)的傳感研究。以幾種常見的電子受體、電子介體為傳感物質(zhì)對該芯片的傳感性能進(jìn)行初步評價,結(jié)果表明該芯片的響應(yīng)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(zhì)(Cu2+、抗生素和甲醛)在該傳感芯片中的響應(yīng)規(guī)律,結(jié)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(guān)系。綜上所述,本文構(gòu)建的基于M3C的微流控芯片可以為電化學(xué)活性細(xì)菌的研究和生物傳感提供一個良好的平臺。
【關(guān)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(xué)系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(xué)系統(tǒng)13-17
• 1.2.1 微生物電化學(xué)系統(tǒng)分類13-16
• 1.2.2 微生物電化學(xué)系統(tǒng)電子傳遞機(jī)制研究16-17
• 1.3 微生物兩電極體系在生物傳感上的應(yīng)用17-19
• 1.4 微生物三電極體系在生物傳感上的應(yīng)用19-20
• 1.5 小型化反應(yīng)器的特點及其在生物傳感上的應(yīng)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(shù)路線22-24
• 1.7.1 研究內(nèi)容22
• 1.7.2 技術(shù)路線22-24
• 2 基于M3C微流控芯片的構(gòu)建24-33
• 2.1 基于M3C微流控芯片設(shè)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(jié)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(jié)32-33
• 3 基于M3C的微流控芯片中電化學(xué)活性細(xì)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(xì)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(xì)菌的培養(yǎng),接種和實驗條件的選擇37-38
• 3.3 結(jié)果與討論38-43
• 3.3.1 S.oneidensis MR-1的培養(yǎng)結(jié)果與討論38-40
• 3.3.2 G.sulfurreducens的培養(yǎng)結(jié)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(jié)43-45
• 4 毫升級與微升級的M3C運行結(jié)果比較45-55
• 4.1 毫升級微生物三電極體系構(gòu)建與運行45-47
• 4.1.1 毫升級微生物三電極體系的構(gòu)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(gòu)建與運行47
• 4.3 結(jié)果與討論47-54
• 4.3.1 毫升級微生物三電極體系運行結(jié)果分析47-51
• 4.3.2 基于M3C的微流控芯片運行結(jié)果分析51-54
• 4.4 本章小結(jié)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(jié)果與討論55-62
• 5.2.1 細(xì)菌對電子受體的響應(yīng)55-58
• 5.2.2 細(xì)菌對電子介體的響應(yīng)58-59
• 5.2.3 細(xì)菌對重金屬的響應(yīng)59-60
• 5.2.4 細(xì)菌對抗生素的響應(yīng)60-61
• 5.2.5 細(xì)菌對殺蟲劑的響應(yīng)61-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 6 結(jié)論與建議63-65
• 6.1 主要結(jié)論63-64
• 6.2 存在問題與建議64-65
• 參考文獻(xiàn)65-72
• 作者簡歷72
• 碩士期間科研成果72

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