基于微纳传感器的海洋生物毒素检测技术

海洋生物毒素是有毒赤潮藻类产生的一类小分子化合物，可通过食物链在生物体内富集，对人类健康和环境安全造成很大威胁。本书是作者课题组十五年来研究成果的总结，介绍微纳传感技术在海洋生物毒素检测中的应用；阐述不同类型微纳传感器的检测机理、开发过程、主要性能指标，比较和分析优缺点，探讨重要应用场景的最优方案；最后，对其发展趋势和潜在的应用前景进行展望。本书相关内容可为微纳传感器的研发及应用提供理论与技术支撑。本书可供海洋生物毒素、生物传感技术、食品安全、环境保护、微纳传感器研发等领域的高等院校师生、科研工作者、工程技术人员阅读和参考。

前言
第1章 绪论 1
1.1 海洋生物毒素概述 1
1.1.1 腹泻性贝类毒素 2
1.1.2 麻痹性贝类毒素 3
1.1.3 记忆丧失性贝类毒素 4
1.1.4 神经性贝类毒素 5
1.1.5 其他海洋生物毒素 7
1.2 海洋生物毒素检测技术 9
1.2.1 生物学检测技术 9
1.2.2 化学检测技术 10
1.3 微纳传感器在海洋生物毒素检测的应用 11
1.3.1 光学生物传感器 12
1.3.2 电化学生物传感器 14
1.3.3 电化学发光生物传感器 15
1.3.4 场效应晶体管生物传感器 15
1.3.5 声表面波生物传感器 16
1.4 微纳传感器的发展趋势 18
1.4.1 石英晶体微天平的发展趋势 19
1.4.2 光寻址电位传感器的发展趋势 21
1.4.3 石墨相氮化碳的发展趋势 23
参考文献 24
第2章 电化学传感器在海洋生物毒素检测中的应用 31
2.1 电化学检测的基本原理 31
2.1.1 电化学电池及电极反应 31
2.1.2 电化学检测方法 32
2.2 基于 g-C3N4的电化学适配体传感器在冈田酸检测中的应用 35
2.2.1 g-C3N4的合成和氨基化修饰 37
2.2.2 电化学适配体传感器的构建与表征 39
2.2.3 电化学传感器的性能测试 41
iv 基于微纳传感器的海洋生物毒素检测技术
2.2.4 贝肉样品中冈田酸的检测 42
2.3 基于 g-C3N4-Th的电化学适配体传感器在冈田酸检测中的应用 43
2.3.1 功能化C3N4的合成 45
2.3.2 电化学适配体传感器的构建与表征 47
2.3.3 电化学传感器的性能测试 49
2.3.4 贝肉样品中冈田酸的检测 51
参考文献 51
第3章 细胞电子阻抗传感器在海洋生物毒素检测中的应用 54
3.1 细胞电子阻抗传感器检测原理 55
3.1.1 细胞阻抗模型 55
3.1.2 细胞阻抗检测原理 57
3.1.3 细胞阻抗芯片的设计加工 58
3.2 细胞电子阻抗传感器在腹泻性贝类毒素检测中的应用 59
3.2.1 细胞电子阻抗传感器的构建与优化 60
3.2.2 海洋生物毒素对细胞形态的影响 61
3.2.3 细胞电子阻抗传感器的性能测试 62
3.2.4 贝肉样品中腹泻性贝类毒素的检测 66
3.3 细胞电子阻抗传感器在麻痹性贝类毒素检测中的应用 67
3.3.1 细胞电子阻抗传感器的构建与优化 69
3.3.2 海洋生物毒素对细胞形态的影响 70
3.3.3 细胞电子阻抗传感器的性能测试 72
3.3.4 贝肉样品中麻痹性贝类毒素的检测 74
参考文献 75
第4章 电解质-绝缘层-半导体传感器在海洋生物毒素检测中的应用 78
4.1 电解质-绝缘层-半导体传感器检测原理 78
4.1.1 电化学双电层 78
4.1.2 绝缘层的表面修饰 79
4.1.3 免标记检测带电分子 81
4.2 PAH 修饰的EIS传感器在石房蛤毒素检测中的应用 86
4.2.1 PAH 修饰的EIS传感器的设计与加工 87
4.2.2 PAH 修饰的EIS传感器的修饰与表征 87
4.2.3 PAH 修饰的EIS传感器的性能测试 91
4.2.4 贝肉样品中石房蛤毒素的检测 96
4.3 PAMAM修饰的EIS传感器在石房蛤毒素检测中的应用 97
4.3.1 PAMAM修饰的EIS传感器的设计与加工 97
4.3.2 PAMAM 修饰的EIS传感器的修饰与表征 98
4.3.3 PAMAM 修饰的EIS传感器的性能测试 101
4.3.4 贝肉样品中石房蛤毒素的检测 104
参考文献 105
第5章 光寻址电位传感器在海洋生物毒素检测中的应用 108
5.1 光寻址电位传感器检测原理 108
5.1.1 半导体材料 109
5.1.2 光寻址电位传感器的典型结构 110
5.1.3 光寻址电位传感器的检测原理及模型 112
5.1.4 光寻址电位传感器的测量模式 114
5.1.5 光寻址电位传感器测量的时空分辨率 116
5.2 光寻址电位传感器在冈田酸检测中的应用 118
5.2.1 光寻址电位传感器的设计与加工 119
5.2.2 适配体传感器的制备与表征 120
5.2.3 适配体传感器的性能测试 124
5.2.4 贝肉样品中冈田酸的检测 125
参考文献 126
第6章 石英晶体微天平器件在海洋生物毒素检测中的应用 132
6.1 石英晶体微天平检测原理 132
6.1.1 石英晶体的压电效应 132
6.1.2 石英晶体微天平的工作原理 133
6.1.3 石英晶体微天平的应用模型 135
6.2 石英晶体微天平器件在冈田酸检测中的应用 137
6.2.1 金纳米颗粒的合成和修饰 137
6.2.2 石英晶体微天平器件的修饰和表征 139
6.2.3 石英晶体微天平传感器的性能测试 141
6.2.4 贝肉样品中冈田酸的检测 144
参考文献 145
第7章 声表面波器件在海洋生物毒素检测中的应用 148
7.1 声表面波检测原理 148
7.1.1 声表面波器件简介 148
7.1.2 声表面波的工作原理与类型 148
7.2 基于声表面波器件的免疫传感器在冈田酸检测中的应用 151
7.2.1 声表面波器件的设计与加工 151
7.2.2 声表面波传感器检测系统 153
vi 基于微纳传感器的海洋生物毒素检测技术
7.2.3 免疫传感器的构建与表征 154
7.2.4 传感器的性能测试 155
7.2.5 贝肉样品中冈田酸的检测 159
7.3 基于声表面波器件的适配体传感器在冈田酸检测中的应用 161
7.3.1 声表面波器件的设计与加工 161
7.3.2 声表面波传感器检测系统 163
7.3.3 适配体传感器的构建与表征 164
7.3.4 传感器的性能测试 166
7.3.5 贝肉样品中冈田酸的检测 169
参考文献 171
第8章 光学生物传感器在海洋生物毒素检测中的应用 173
8.1 光学生物传感器检测原理 173
8.1.1 光学生物传感器简介 173
8.1.2 光学生物传感器的分类和工作原理 174
8.2 便携式智能高通量光学检测系统开发 180
8.2.1 吸光度分析检测技术 180
8.2.2 Bionic e-Eye总体设计 181
8.2.3 Bionic e-Eye硬件设计 181
8.2.4 Bionic e-Eye软件设计 183
8.2.5 Bionic e-Eye的性能测试 185
8.3 Bionic e-Eye在冈田酸现场快速检测中的应用 186
8.3.1 冈田酸标准曲线标定 188
8.3.2 冈田酸加标回收 190
8.3.3 贝肉样品检测冈田酸 191
8.4 Bionic e-Eye在石房蛤毒素现场快速检测中的应用 191
8.4.1 石房蛤毒素标准曲线标定 192
8.4.2 石房蛤毒素加标回收 194
8.4.3 贝肉样品检测石房蛤毒素 195
参考文献 196
第9章 总结与展望 202