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基于微流控芯片的压载水中细菌快速检测

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摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1 课题来源

1.1.2 压载水中微生物的检测

1.1.3 微流控芯片技术

1.2 本文主要研究内容

第2章 基于微流控芯片的压载水中细菌快检测系统设计

2.1 检测原理

2.2 检测系统硬件设计

2.2.1 弱光检测模块

2.2.2 微流控芯片设计

2.2.3 检测系统集成

2.3 检测系统软件设计

2.3.1 LabVIEW开发环境概述

2.3.2 脉冲序列转换为光强表征值的软件实现

2.3.3 数据读取与显示程序设计

2.4 本章小结

第3章 检测系统性能测试

3.1 检测系统本底测试

3.2 微流控芯片测试

3.2.1 玻璃-PDMS混合芯片测试

3.2.2 双层PDMS芯片测试

3.3 检测系统准确性测试

3.3.1 动态检测曲线分析

3.3.2 不同浓度ATP溶液检测及分析

3.4 检测系统检测范围及灵敏度分析

3.5 本章小结

第4章 实验研究与结果分析

4.1 大肠杆菌的检测及分析

4.2 压载水模拟溶液的检测及分析

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

作者简介

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摘要

随着我国航运事业的发展,船舶压载水中细菌的危害问题也越来越显著。传统的压载水中细菌检测方法及设备主要包括流式细胞仪、荧光显微镜、生化方法等,但这些方法通常都存在着设备体积庞大、操作复杂、费时耗力、无法现场实时检测等缺点。
  鉴于此,本文提出了一种基于全PDMS微流控芯片的细菌快速检测方法。在该方法中,以微流控芯片作为细菌检测平台,通过检测细菌中ATP含量来表征细菌含量。本文完成了基于微流控芯片的压载水中细菌快速检测系统的设计,并通过大量的实验验证了系统的准确性,主要工作内容包括:
  (1)通过对检测原理的分析,完成了检测系统的设计与搭建。检测系统主要包括硬件和软件两个部分,硬件部分主要包括:微弱光检测模块、微流控芯片、系统机械结构等;软件程序设计通过图形化编程软件LabVIEW来完成,主要包括:软件脉冲计数与光强转换、数据采集处理显示等。
  (2)完成了检测系统的性能测试,主要包括检测系统本底测试、不同类型微流控芯片测试以及标准ATP溶液检测测试。检测系统本底测试主要考查系统的背景噪声;在微流控芯片测试中,主要测试芯片荧光效应对检测结果的影响;标准ATP溶液测试,主要对系统检测准确性、灵敏度进行分析。检测结果表明:检测系统能够快速、准确地检测出细菌的浓度。
  (3)完成了对不同细菌样品的检测与分析。对不同浓度的大肠杆菌溶液进行检测及分析,通过结合浓缩的办法,本系统可以有效地检测出的原溶液浓度为200cfu/100mL,符合D-2标准,同时考查了在有藻细胞存在条件下对检测特性的影响。

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