微流控分析芯片上生化反应技术研究进展

综述了近几年来在微流控芯片上以检测或动力学研究为目的而进行的各种生物化学反应技术,包括酶反应、免疫反应、酶联免疫反应、PCR反应,含氮氧化物释放反应。对非均相反应的蛋白质在微管道中的固定技术,均相反应的管道设计技术,以及在微流控芯片上集成生化反应的优越性等问题做了详细的讨论。     

基于Fenton试剂和微型光谱仪实现水质COD和总磷的在线测定

基于Fenton试剂和微型光谱仪,实现了水质化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)和总磷(total phosphorus, TP)的在线测定。该系统结合超声辅助,基于Fenton试剂实现了常温常压下水中有机化合物和有机磷化合物的在线消解。系统基于微型光谱仪实现了可见光光谱探测并采用多波长分光光度法分析光谱数据。结果表明,系统具有测定时间短,低功耗,结构简单和二次污染少的优点。同时,系统测定相对误差小于10%,COD和总磷检测限分别为2和0.008 mg·L-1,灵敏度分别为0.021 3和0.452 6,标准偏差分别为5.6%(15.0 mg·L-1 COD标样)和5.8%(0.010 mg·L-1 总磷标样)。实际水样测定结果与国家标准分析方法比较无显著差异。     

采用曲线拟合消除探测器阵列非线性对吸收光谱的影响

在微型光谱分析系统中,光电探测器阵列像元的非线性响应对光谱信号有着很大的影响,尤其是吸收谱的测量中,将导致吸收谱的畸变和假谱线的出现。文章对这一影响进行了深入的分析,并提出了根据线性像元输出信号,利用曲线拟合的方法对线性较差的像元输出进行矫正,减小非线性对光谱信号的影响。采用该方法对实验中获取的吸收谱信号进行了矫正,得到了理想的效果。     

微型近红外光谱仪分析系统的研制

近红外光谱技术是光谱测试技术、化学计量学技术与计算机技术的有机结合,文章立足于食品有效成分无损定量检测的目标,介绍了微型近红外光谱分析系统的研制过程。作为系统测试的基础, 文章重点研究了适用于在线实时分析的微型化近红外光谱仪,研制出的微型近红外光谱仪样机工作波长:850～1 690 nm,分辨率小于10 nm。通过对样机主要参数的测试表明,性能接近国外同类产品水平。另外, 化学计量学与计算机技术的结合是系统的核心,提出了基于最小二乘的局部加权回归(LS-LWR)的建模方法。最后,应用研制出的系统对葡萄糖水溶液定量测试实验表明,其预测集的相关系数达到了0.995, 预测标准偏差为0.06。     

微型近红外光纤光谱仪用于奶粉中蛋白质脂肪的定量检测研究

提出利用微型近红外光谱仪、结合Y型光纤探头,在900～1 700 nm范围内对奶粉中蛋白质、脂肪含量进行快速、无损检测的漫反射光谱检测方法。基于Unscrambler 9.7化学计量学软件,选择合适的光谱波段,通过PLS算法分别建立了蛋白质、脂肪的校正模型,得到蛋白质、脂肪校正模型的决定系数R2分别为0.987和0.986,均方根误差RMSC分别为0.385和0.419。利用所建模型对预测样本数据集进行预测验证,得到蛋白质的标准差SEP_Protein=0.768、脂肪的标准差SEP_Fat=1.109,表明所建模型具有较高的预测能力,已基本达到实用化要求。     

用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅的模拟与设计

针对近红外光谱分析属于微弱信号与多元信息处理的特点,基于全息凹面光栅理论,采用光学设计软件CODE V,从初始结构出发,利用软件强大的全局优化功能,设计出一种用于近红外光谱仪的平场全息凹面光栅,成功地减小了像 差,解决了宽光谱、窄谱面展宽的矛盾,并充分利用了光谱信息,是一种高效率的分光光学系统结构。利用CODE V软件,不需要求解复杂的高级像差方程,能对结果进行迅速评价,并可在设计中同时兼顾平场和提高分辨率的要求,极大地 提高了工作效率。最后,给出了实例,设计出的全息凹面光栅工作波长范围为900～1700 nm、直径ф=25 mm、F/#=1.5,对设计结果分析表明：在宽度为50 μm缝光源再现情况下,理论分辨率优于6.3 nm。     

基于神经网络的光谱识别系统的设计与分析

光谱识别技术是光谱定性分析的基础。随着模式识别技术的发展,光谱识别技术已成为医药、环保、石化等行业进行快速检测的重要的手段。神经网络具有非线性映射、自适应学习、鲁棒性和容错性等特点,在信号处理、知识工程、模式识别等领域有着广泛的应用。文章以符合朗伯-比尔定律的光谱信号为研究对象,概述了运用神经网络进行模式识别的基本原理,随后根据光谱识别的具体要求,提出了基于多特征和神经网络的光谱识别方案,并进行了系统设计,建立了基本的模型框架。最后运用实例对该方法进行了说明。     

基于连续光谱分析的微型生化分析仪及临床试验

介绍了一种基于连续光谱分析的微型生化分析仪及其相应的临床试验。该微型生化分析仪采用后分光设计,具有杂散光小、连续光谱(340～770 nm)实时测量、体积小、重量轻、样品和试剂消耗量小、检测快速直观等优点,在急诊、中小医疗机构和战地救护、医学研究中有很好的应用前景。试验中选取了临床检验中具有代表性的检测项目(如尿酸,总胆固醇和血清白蛋白等),以医院当日的检验标本为试验样本,与医院的标准生化分析仪器(OlympusAU2700全自动生化分析仪、美国雷杜公司半自动生化分析仪RT-1904C,Beckman公司LX-20全自动生化分析仪)进行对比测试和分析。试验结果表明,该微型生化分析仪器已达到临床应用的要求。     

电泳芯片计算机辅助设计研究进展

在简单综述了微流控芯片发展的基础上,详细讨论了芯片电泳过程数学模型包括电场、流场、浓度分布弯管道传质控制方程的建立及其求解方法,进而讨论了借助计算机模拟计算辅助芯片电泳系统网络管道设计的研究进展,重点包括进样管道及分离管道设计。     

超声辅助Fenton试剂消解-光谱分析法快速测定水质总磷

针对目前国家标准分析方法检测水质总磷的技术不足,提出一种常温常压条件下基于超声辅助Fenton试剂消解样品与光谱分析的水质总磷快速测定方法,设计了在线分析实验系统,研究了测定实验方法与技术,针对实际环境水样,展开了与国家标准分析方法的现场对比测试实验,实验结果表明该消解方法在13.5 min内即可达到国家标准分析方法的消解率(97%～100%),检测周期为16 min, 解决了现有国家标准分析方法存在的技术不足,对水质总磷快速在线监测仪器的研发提供了重要的实验基础与技术支持。