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光纤生物传感器是生物传感器的一个重要分支,在生物医学、食品工程和环境监控等方面有重要的应用。本论文研制基于酶化学-荧光猝灭联用原理的葡萄糖光纤生物传感器和尿酸光纤生物传感器,应用于葡萄糖和尿酸的检测。本论文主要包括以下内容:
首先,以正硅酸乙酯TEOS为前驱体,采用溶胶凝胶法包埋联吡啶钌和尿酸酶制备光学尿酸传感材料,考察溶胶凝胶反应参数对生物传感材料性能的影响。通过荧光分析和酶活性测试讨论不同联吡啶钌和尿酸酶含量对荧光响应性能的影响并提出采用初始荧光强度变化速率表征浓度的计算模型。在优化条件下,尿酸传感器测试的线性范围为0-2.89mM,线性相关度R2=0.987。该传感器pH适用范围为中性到碱性区域,对果糖、脲有较好的抗干扰能力,时间稳定性好,在30天后能保持66％的荧光响应。
其次,制备丙酮-醋酸纤维素包埋联吡啶钌的氧敏感膜,并在其上通过戊二醛交联葡萄糖氧化酶得到复合葡萄糖传感膜。讨论不同基底及不同成膜方法对葡萄糖传感膜性能的影响。在优化条件下,该传感器对葡萄糖浓度响应的线性范围为0-6raM,线性相关度R2=0.978。
同时,采用聚乙烯醇PVA改性的溶胶—凝胶法制备光学葡萄糖传感材料。通过形貌分析和酶活性测试讨论不同PVA掺杂量和葡萄糖氧化酶含量对葡萄糖传感材料性能的影响。在优化条件下,该传感器对葡萄糖浓度响应的线性范围为0-6raM,线性相关度R2=0.989。该传感器pH适用范围宽;对果糖、脲和维生素C有较好的抗干扰能力;时间稳定性好,在100天后保持70％的荧光响应。
在传感材料制备的基础上,采用光源、光纤、可见光测量板、信号采集卡和计算机搭建基于光电转换的光纤生物传感系统;编制测试软件,求得测试得到的强度随时间变化曲线的斜率,并代入标准方程,实现对尿酸和葡萄糖的检测;得到的葡萄糖浓度检测的标准公式为:Y=2.711×X3-2.234×X2+3.414×X-0.066,R2=0.993,测试范围为0-12mM。尿酸浓度检测的标准公式为:Y=13.373×X-2.112,R2=:0.948,测试范围为0.9-5.5mM。该光纤生物传感系统有良好的稳定性、实用性和重复性。将光纤生物传感系统作为“家用保健智能检测系统”的一部分,提出应用于“智能卫生间”的初步方案,将其应用于尿糖检测时结果与尿糖试纸相符合,重复测试的相对误差为29％。