基于柔性电极的廉价便携智能传感器构建及其对植物生长调节剂电化学快检研究

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植物生长调节剂是一类能调节植物生理活动的物质,在植物整个生长发育过程中起着重要调节作用。然而随着现代农业的快速发展,越来越多的植物生长调节剂被发现和合成,这种披着“绿色生物农药”外衣的植物生长调节剂引起农产品安全事件与犯罪案件,尤其一些具有潜在致癌致畸毒性的调节剂对人体健康和环境污染造成潜在隐患,传统检测方法存在设备笨重、成本高昂等缺陷,多数仅限于实验室检测。因此,建立一种廉价、便携、智能、户外快检方法具有重要的理论意义与现实价值。本研究结合便携智能电化学检测设备,构建基于柔性电极的廉价便携传感平台对植物生长调节剂进行电化学快检,同时利用机器学习实现电化学快检智能分析。本文的主要研究内容如下:(1)自制激光直写仪对多孔石墨烯柔性电极的制备及性能研究:参照商用激光直写仪设计成功制备了自制计算机控制的激光直写微加工系统,采用单因素试验对影响聚酰亚胺(PI)膜表面激光诱导多孔石墨烯(LIPG)柔性电极制备的参数进行优化,在5 m M[Fe(CN)6]3-/4-体系中测试DPV的响应电流作为参照结果,最终确定激光功率为60,移动速度为20,打印填充度为3时,是制备LIPG柔性电极的最佳参数,采用SEM、TEM、Raman和XRD等技术对LIPG柔性电极进行表征,表现出典型的类石墨烯性质,使用该电极在p H=8.0的0.1 M PBS溶液中对6-苄基腺嘌呤(6-BAP)进行伏安检测,在0.9μM-130μM浓度范围内表现出良好的线性关系,在进一步的研究中发现该电极有着良好的重现性和重复性,但其抗干扰能力限制了进一步的实际应用。(2)一次性多孔石墨烯柔性电极对水杨酸的便携无线智能传感:本研究提出一种基于一次性LIPG电极的无线智能柔性微型传感器,用于实际样品中水杨酸(SA)的伏安智能分析。一次性LIPG柔性电极通过简单的一步激光诱导法在PI薄膜上打印,显示出较好的柔韧性、高孔隙率、良好的导电性和稳定性。在p H=3.0的0.1 M PBS溶液中对SA进行伏安检测,在0.5μM-500μM浓度范围内表现出良好的线性关系。通过对传统模型的比较,选择机器学习模型,采用最小二乘支持向量机(LSSVM)算法和人工神经网络(ANN)算法,实现人工智能分析。采用蓝牙无线通信的便携式微型恒电位器与平板电脑和LIPG电极相结合,组装出一种无线智能柔性微型传感器,可替代传统的台式电脑与玻碳电极相结合的大型工作站。(3)机器学习辅助Ag-BP-HNT传感器的构建及其对马拉酰肼智能便携快检:本研究提出一种机器学习辅助制备Ag-BP-HNT纳米复合材料的方法,并基于传统玻碳电极和丝网印刷电极,分别构建了传统电化学传感平台和便携式电化学传感平台,用于红薯和胡萝卜中马拉酰肼(MH)的伏安智能分析。机器学习辅助优化Ag-BP-HNT纳米复合材料的制备参数,并对MH呈现较好的电化学响应性能。在p H=5.0的0.1 M PBS缓冲溶液中,传统电化学传感平台在0.3μM-600μM的MH浓度范围内表现出良好的线性关系,而便携式电化学传感平台的线性范围则为0.7μM-55μM。在实际样品检测中,二者均有较好的回收率,采用传统回归模型、LSSVM和ANN进行比较,LSSVM模型有着良好的模型性能以及对实际样品进行可靠分析,实现对农产品中MH的人工智能快检。
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