基于磁信号的黄曲霉毒素检测方法研究

作     者：赵旭燕 

作者单位：河南工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牛群峰

授予年度：2020年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0802[工学-机械工程] 

主      题：黄曲霉毒素B1(AFB1) 磁性纳米颗粒(MNPs) 磁性层析试纸 TMR传感器 COMSOL仿真 

摘      要：黄曲霉毒素因污染范围广、毒性大等原因,在食品中的含量受到严格限制,现有高效液相等荧光定量检测方法存在操作复杂、检测周期长、成本高等不足,不能满足现场高效便捷检测需要。本文提出了一种基于磁信号的新型黄曲霉毒素检测方法,使用表面修饰抗体的磁性纳米颗粒(MNPs)作为标记物制备磁性层析试纸,在外加励磁场下激励MNPs产生响应信号并使用TMR传感器检测其磁信号,实现黄曲霉毒素B1(AFB1)的快速定量检测。本文的主要研究内容有:首先结合磁性层析试纸反应原理和流体动力学方程建立生化反应模型并根据线磁偶极子理论建立磁信号检测数学模型。使用COMSOL软件对检测系统建模仿真,仿真比较了三种不同的匀强磁场励磁源,确定实验最佳励磁元件。分析了磁信号随位置、反应时间和样品浓度的变化关系,并优化了励磁电流和传感器提离距离。其次制备MNPs标记物和磁性层析试纸,搭建系统硬件平台,使用C型电磁铁提供励磁场,通过TMR传感器检测层析试纸T线和C线MNPs的响应磁信号。使用LabVIEW编写上位机软件,构建直观人机交互界面,实现对采集系统的控制、信号接收与保存。最后对采集到的磁信号进行小波降噪和最小二乘法校正基线,提取磁信号特征量T/C值,根据T/C值随AFB1浓度变化趋势绘制标准曲线,实现AFB1定量检测,并对检测系统的准确性和重复性进行评价。研究结果表明:设计的AFB1定量检测系统仅需40 s即可完成一次扫描,相比常规荧光检测大大缩短了检测时间;小波变换降噪技术有效降低了信号噪声实现了信号滤波处理;最小二乘法解决了基线漂移问题,提高了数据可信度;标准曲线在0.01ug/mL—10 ug/mL间线性度良好,检测限为0.008 ug/mL,检测系统具有较好的准确度和重复性。