【摘 要】
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农药残留的快速、准确、灵敏检测对保障农产品安全具有重要意义。表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）具有响应速度快、信息丰富、信号强度好的特点,适用于农产品中微痕量农药残留的检测。然而,农产品成分复杂且农药残留量浓度极低,易形成强烈的背景信息干扰有效信号,进而严重制约SERS技术在农药残留实际检测方面的应用。由于免疫技术具有特异性识别目标物的
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农药残留的快速、准确、灵敏检测对保障农产品安全具有重要意义。表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）具有响应速度快、信息丰富、信号强度好的特点,适用于农产品中微痕量农药残留的检测。然而,农产品成分复杂且农药残留量浓度极低,易形成强烈的背景信息干扰有效信号,进而严重制约SERS技术在农药残留实际检测方面的应用。由于免疫技术具有特异性识别目标物的特点,本研究基于SERS标记免疫技术,结合微流控检测平台,实现农产品复杂基质中微痕量农药残留目标物的特异性识别和高灵敏检测。主要研究结论如下:（1）采用SERS标记免疫技术与生物静默区信标分子相结合的检测方法实现了对农产品中农药残留的高特异性和重现性的抗干扰检测。以Au@M@Ag NPs-免疫探针为检测信号,其M为探针分子（4-巯基苯甲腈）在生物静默区2227 cm-1处具有稳定且明显的拉曼信号特征峰,可以有效避免农产品中有机质干扰,用磁性Fe3O4-抗体复合物捕获并富集信号。以苯并咪唑类农药中多菌灵为代表,基于多菌灵和抗原与抗体竞争性结合原理,建立2227 cm-1特征峰强度值与多菌灵浓度之间的相关关系。在多菌灵浓度为0.5-300 n M的范围内,其线性方程为y=-3189.5x+7923.8,其中x为多菌灵浓度的对数log C（n M）,线性相关性R~2=0.986,检测限为0.48 n M。对苹果、大米和黄瓜实际样品中多菌灵残留量进行检测回收率范围在82.0%-133.9%之间。上述研究表明SERS标记免疫检测方法具有良好的选择性、重现性和抗干扰性。（2）利用COMSOL模拟计算合适的微流控芯片,以提高SERS免疫标记检测体系稳定性和检测效率。基于十字流聚焦结构液滴生成原理,通过COMSOL模拟计算研究微通道无喉部结构和梯形喉部结构对液滴生成的影响。结果表明,在毛细数（Ca）较小情况下无喉部结构生成液滴的形状为弹状,液滴尺寸较大;梯形喉部结构生成的液滴形状为球形,液滴尺寸较小。依据计算结果选用模型a(Wor=200μm)和模型f(Wor=150μm,lor=200μm)为液滴生成区最佳的几何参数。当分散相为0.004 m/s和连续相为0.008 m/s时,模型a中生成的液滴特征尺寸为260μm,液滴频率为12个/s;模型f中液滴生成的液滴特征尺寸为200μm,液滴频率为15个/s;其二者液滴尺寸比为2.6:2,频率比为3:4,可满足SERS标记免疫检测对不同液滴尺寸的要求。基于通道交叉和扩张型通道中液滴融合机理,结合液滴生成研究结果,探究了液滴频率比与几何结构对液滴融合效果的影响。结果表明,T型结构和扩张型结构（长600μm,宽400μm）的结合对液滴频率比1:1和1:1.5均有良好的融合效果。同时还模拟了SERS标记免疫检测体系中非均匀磁场下液滴的分离过程,探讨了非均匀磁场对液滴分离的影响。在磁场作用下液滴分离流型未发生变化,而靠近磁场支通道中子液滴特征长度D由无磁场下545μm变为434μm。在其外界条件一致时,外部磁场加快了液滴的分离过程。（3）基于COMSOL仿真模拟结论,设计并制作了液滴微流控芯片,并结合进样注射泵和共聚焦显微拉曼仪等设备搭建了SERS标记免疫液滴微流控农药检测平台。优化流体流量比,其在第一水相流量Qd1为10μL/min,连续相流量Qc为10μL/min及第二水相流量Qd2为8μL/min时,芯片中液滴流动状态最佳。选用多菌灵为检测对象,对试验平台进行了性能分析。建立了多菌灵浓度与拉曼探针特征峰2227 cm-1强度值之间的相关关系,其线性方程为y=-591.0x+1213.8,其中x为多菌灵浓度的对数log C（n M）,线性相关性为R~2=0.980,线性范围为0.5-100 n M,检测限为0.26 n M。同时测试了检测平台的信号重现性,其特征峰强度的RSD值为1.03%。将该SERS微流控检测平台用于苹果、黄瓜和大米实际样品检测,加标回收率范围在82.0%-130.0%之间。与常规的直接检测法相比,检测时间从90-110 min缩短至8-15 min,效率提高了7.3倍。研究表明,SERS标记免疫微流控技术在农药残留检测中具有优异的性能。
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