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用于有机磷农药检测的微流控芯片

作　者: 郭红斌
导　师: 刘冉
学　校: 复旦大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: PDMS 微流控有机磷农药 SU-8
分类号: TN492
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来,有机磷化合物,如甲基对硫磷,因毒性高,环境中持久性低等特点替代了有机氯在农业生产中作为农药广泛使用。有机磷农药的使用范围从杀虫剂扩展到杀菌剂、除草剂、杀鼠剂等各种用途,造成了环境中地下水、地表水等水资源和土壤的污染,并且其在食物中的残留严重威胁到人类健康。因此,研制出检测有机磷农药快速、可靠、灵敏和实用的分析方法,对人类健康和生态平衡都有至关重要的作用。常规检测有机磷农药的方法需要对样品进行繁琐的预处理,成本高,所需的仪器昂贵且笨重,并且需要专业人员维护,不适合于现场检测。PDMS 微流控芯片由于所用样品剂量少,检测便捷,分析时间短,设备简单,广泛应用在生物和化学的各种场合。本文成功制出一种用于有机磷农药检测的微流控芯片,该蕊片将光纤和有机磷水解酶、微流沟道集成在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底材料上。在微流沟道内部通过光刻技术制作大量SU-8圆柱阵列,有机磷水解酶以吸附方式固定于圆柱阵列上,固定化酶水解有机磷,根据反应产物对光的吸收实现对有机磷农药进行检测。实验结果显示该器件在10-6～10-1mol/L内具有良好的线性关系(线性相关系数为0.99)。本文还搭建了用于检测光吸收的实验平台,并对大体量有机磷农药进行实验。研究酶溶液状态下和固定酶状态下的水解反应,研究在不同缓冲液下的实验结果。另外,本文还研究了PDMS微流控蕊片的加工工艺。研究SU-8SU-8母板的制备工艺,PDMS固化条件,以及PDMS和基片的不同键合方式。

全文目录

目录  3-5
摘要  5-6
Abstract  6-7
第1章绪论  7-16
  1.1 微流控芯片  7-12
    1.1.1 微流控芯片简介  7-8
    1.1.2 微流控芯片的制备方法  8-11
    1.1.3 微流控芯片的功能部件  11-12
    1.1.4 微流控芯片的应用  12
  1.2 有机磷农药检测  12-14
    1.2.1 光谱法  13
    1.2.2 酶抑制法  13-14
    1.2.3 活体生物测定法  14
    1.2.4 色谱法  14
  1.3 课题意义和本文的组织结构  14-16
    1.3.1 课题意义  14-15
    1.3.2 本文的组织结构  15-16
第2章大体量有机磷农药检测实验  16-36
  2.1 检测原理  16-21
    2.1.1 甲基对硫磷及水解反应  16-17
    2.1.2 光学Lambert-Beer吸收定律  17-19
    2.1.3 Ni-NTA固定酶  19-21
  2.2 实验系统设计  21-28
    2.2.1 实验系统概述  21-23
    2.2.2 CMOS光电探测器  23-25
    2.2.3 模数转换ADC及控制器  25-26
    2.2.4 串口通信发射模块  26
    2.2.5 PC端软件设计  26-27
    2.2.6 数据处理  27-28
  2.3 有机磷水解酶充分反应实验  28-32
  2.4 Ni-NTA固定酶实验  32-35
  2.5 本章小结  35-36
第3章 PDMS微流控芯片制备与实验  36-51
  3.1 PDMS材料性质  36-37
  3.2 PDMS工艺  37-44
    3.2.1 掩模板的设计制作  37
    3.2.2 SU-8母版的制作  37-40
    3.2.3 PDMS浇注母版  40-41
    3.2.4 PDMS的表面改性键合  41-44
  3.3 用于检测有机磷农药的微流控芯片设计  44-46
  3.4 微流控芯片工艺  46-49
    3.4.1 光刻掩模板的制备  46-47
    3.4.2 沟道母版制备  47
    3.4.3 PDMS微流沟道制备  47-48
    3.4.4 SU-8圆柱母版制备  48
    3.4.5 键合  48-49
  3.5 有机磷农药检测实验  49-50
  3.6 本章小结  50-51
第4章总结与展望  51-53
  4.1 全文总结  51-52
  4.2 展望  52-53
参考文献  53-58
攻读硕士期间发表的论文情况  58-59
致谢  59-60

用于有机磷农药检测的微流控芯片

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