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磁弹性无线微生物传感器研究

【摘要】: 本论文研究了基于无线磁传感技术的磁弹性无线微生物传感器。无线磁传感技术是基于磁致伸缩原理设计,传感器由非晶态磁性材料和激励/检测线圈组成。在外加交变磁场中,磁性膜片受磁场激发产生磁矩,将磁能转换为机械能,并产生沿长度方向的伸缩振动,即磁致伸缩。当交变磁场的频率与磁性膜片机械振动频率相等时,膜片会产生共振,具有最大振幅,此时的振动频率即为磁性膜片共振频率。当磁性膜片传感器所浸入的检测溶液的性质(黏度、密度等)或传感器表面负载质量发生变化时,其共振频率也会随之改变。由于磁性膜片本身是磁性的,其伸缩振动产生的磁通可由检测线圈检测。磁弹性传感器中信号的激发与传送通过磁场进行,传感器与检测仪器之间没有任何物理连接,属于无线无源传感器。磁弹性传感器这一特征使其在活体、在体分析、密闭容器中的无损检测等领域具有广泛的应用前景。基于这一原理,本文主要做了以下三方面应用研究工作: (1)磁弹性藤黄微球菌无线传感器的研制:制备了磁弹性藤黄微球菌无线传感器;研究了传感器对藤黄微球菌在培养过程中培养基性质(如黏度、密度等)改变的响应,研究了含有不同浓度的盐(NaCl)的培养基对藤黄微球菌的抑制作用。细菌生长时消耗培养基,将大分子的蛋白质分解为小分子导致培养液粘弹性减小,从而引起磁弹性传感器共振频率增大;细菌生长过程中在传感器表面有一定吸附,相反引起传感器共振频率减小,溶液性质变化和细菌吸附程度共同影响共振频率的变化。该传感器可以测定的藤黄微球菌浓度为103~107 cells ml–1。 (2)检测不同液体介质中(牛奶和培养基中)乳酸菌(保加利亚乳酸杆菌和嗜热链球菌混合菌)的磁弹性无线传感器的研制:研制了磁弹性乳酸菌无线传感器;深入研究了乳酸菌在培养基或牛奶中培养时,传感器对液体介质(培养基或牛奶)性质改变的响应,获得了乳酸菌在培养基或牛奶中的生长曲线;乳酸菌的新陈代谢引起溶液黏度变化,导致磁弹性传感器共振频率变化。在液体培养基中,溶液黏度减小引起传感器共振频率增大;牛奶中,牛奶黏度先减小后增大,导致传感器共振频率先增大后减小。该传感器可以测定的乳酸菌的浓度,在培养基中是103~107 cells ml–1,牛奶中是102~107 cells ml–1。同时也考察了牛奶发酵过程中加入有害菌对牛奶发酵的影响,据此可以进行牛奶腐败程度的预测。 (3)首次采用磁弹性无线传感器检测表面活性剂对绿脓杆菌生长的影响。在含有一定浓度绿脓杆菌的标准培养基中加入不同浓度的表面活性剂,细菌的新陈代谢引起溶液黏度的变化,导致磁弹性传感器共振频率变化,通过频移-时间(Δ?-time)响应曲线间接的反映出阳离子、阴离子和非离子三种类型表面活性剂的离子类型、浓度对绿脓杆菌生长的影响,该论文对指导表面活性剂的使用和研究具有重要意义。

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