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随着全球水果行业的蓬勃发展以及人们消费结构的升级,人们越来越关注水果的营养品质和农药残留的监测问题。然而,传统分析方法主要依赖于精密的仪器设备与专业的操作,难以满足人们对现场实时快速检测的需求,因此,开发低成本、便捷高效且用户友好的水果营养和农药残留的快速检测方法具有十分重要的理论和现实意义。纸基微流控芯片(microfluidic paper-based analytical devices,μPADs)作为一个以纸芯片为主要传感器件的芯片实验室,自提出以来,凭借着成本低廉、无需外接驱动力、便携性高和对环境友好等显著优势,极大地促进了分析实验室的微型化和集成化。其中,基于比色法的μPADs由于检测结果直观可视化在定点医疗、环境监测和食品现场即时检测领域尤其被广泛应用报道。但是,鲜有基于μPADs水果多重营养素和农药残留的现场即时检测的报道。因此,构建一种高通量、高性能的可用于水果多重营养素和农药残留现场即时检测的μPADs具有一定的潜在价值。本课题研究构建了两性离子聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸酯(Zwitterionic polycarboxybetaine methacrylate,p CBMA)功能化纸基微流控芯片(p CBMA-μPADs)结合酶-显色剂的生物化学检测系统,并成功应用于水果中多重营养成分和农药残留的高通量快速可视化检测。主要研究内容如下:(1)为了满足在实际复杂水果样品体系的高性能检测,实验结合已报道的具有超亲水性和抗蛋白吸附性能的p CBMA,以2-溴异丁酰溴(BIBB)为引发剂,通过原子转移自由基聚合的方法将合成的羧酸甜菜碱甲基丙烯酸酯单体(CBMA)接枝共聚到裸纸芯片(Cellulose filter paper,CF)上,制得p CBMA功能化的纸基微流控芯片(p CBMA-μPADs)。为了验证p CBMA是否成功修饰到纸基表面,实验进而对修饰前后的纸芯片进行了傅里叶-红外光谱分析(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)、墨水流速-时间以及传感性能验证。结果表明:p CBMA不仅成功修饰到了CF表面,而且修饰后的功能化纸芯片亲水性大大提高,靶标的特异性反应更充分,传感性能更优越。同时,实验采用疏水试剂聚二甲基硅氧烷(PDMS)在玻璃基底上构建了疏水基底,进而组装构建制得功能化纸基传感检测平台。(2)研究以水果中的维生素C、葡萄糖、蔗糖和果糖为待测靶标,利用构建的功能化纸基检测系统结合靶标特异性酶和显色剂,分别对各个靶标营养成分进行实验条件探究优化,并在最优实验环境下,根据待测靶营养成分浓度与平均相对强度关系建立标准曲线。结果表明:在最优检测条件下,在0.1 m M～10 m M浓度范围之间,维生素与平均相对强度存在良好的线性相关性,其相关方程y=33.809+5.175x,R~2=0.993,检出限为0.149 m M;在2 m M～100 m M范围内,葡萄糖浓度与平均相对强度具有较好的相关性y=-0.113+30.066*lg(x),相关系数R~2=0.988,检测限低至0.095 m M;在6 m M～80 m M浓度范围内,蔗糖浓度与平均相对强度存在良好线性相关性y=-5.334+34.858*lg(x),R~2=0.996,检出限低至0.097 m M;在0.0056 M～0.1 M浓度范围内,果糖浓度与平均相对强度存在良好线性相关性y=4.996+23.325*lg(x),R~2=0.994,检出限为0.140 m M。最后,实验将上述构建的p CBMA功能化传感平台应用于9种新鲜水果靶营养成分的快速检测,与标准方法相比,具有较好的准确度和一致性。为了进一步评价p CBMA-μPADs的实用潜力,实验进一步对不同品种和不同产地的猕猴桃进行了营养评价。研究结果表明:构建的便携式多功能p CBMA-μPADs平台在水果营养快速评价上具有潜在的应用价值,对农业生产和销售过程中食品质量和营养评估方面具有一定的现实指导意义。(3)为了进一步提高检测效率、降低人为误差,实现检测过程的智能化和检测结果的科学化,实验进一步设计了基于数字图像特征值自动提取策略的更高通量、自动化、客观化的纸基微阵列分析检测系统,并将其成功应用于农药残留毒死蜱的快速检测。实验首先以系列浓度墨水成功建立了图像颜色特征值自动提取方法,并对该方法进行了评价验证。然后结合酶抑制原理对农药残留毒死蜱进行了快速检测,在最优检测环境下,在0.1μg/L～100μg/L浓度范围内,毒死蜱的浓度与特征颜色强度的线性关系为y=74.296-28.098*lg C(R~2=0.986)。与试剂盒相比,研究开发的基于图像特征值自动提取策略的纸基微阵列传感平台,不仅具有优异的检测性能,而且分析及时迅速,在短时间内就可以实现批量处理,极大促进了检测过程的自动化和智能化。