萬梓健,邱先鑫,鐘隆潔,蘇凱麒,鄒瞿超,方佳如,潘宇祥,王 平

(浙江大學(xué)生物傳感器國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,生物醫(yī)學(xué)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,生儀學(xué)院,杭州 310027)

貝類腹瀉性毒素現(xiàn)場高通量前處理及快速檢測儀器設(shè)計*

萬梓健,邱先鑫,鐘隆潔,蘇凱麒,鄒瞿超,方佳如,潘宇祥,王 平*

(浙江大學(xué)生物傳感器國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室,生物醫(yī)學(xué)工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,生儀學(xué)院,杭州 310027)

為實(shí)現(xiàn)貝類腹瀉性毒素的現(xiàn)場快速檢測,本論文設(shè)計了一種現(xiàn)場高通量前處理裝置及基于移動終端的快速檢測系統(tǒng)。通過使用酶聯(lián)免疫反應(yīng)技術(shù)對腹瀉性貝毒進(jìn)行顯色反應(yīng),結(jié)合基于移動終端的快速檢測裝置,采集顯色反應(yīng)結(jié)果圖像,實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確快速的檢測結(jié)果分析。采用所設(shè)計的前處理裝置與實(shí)驗(yàn)室手工前處理標(biāo)準(zhǔn)方法對比,其回收率分別為89%和93%,結(jié)果表明,本文設(shè)計的前處理裝置能夠滿足現(xiàn)場檢測分析的需求。通過加標(biāo)樣品檢測,采用移動終端的快速檢測系統(tǒng)測量標(biāo)準(zhǔn)差為0.13,平均回收率89.5%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該檢測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和重復(fù)性滿足實(shí)際檢測的需求。最后,針對實(shí)際樣品,與酶標(biāo)儀檢測結(jié)果相比較,表明了所設(shè)計的現(xiàn)場高通量前處理裝置及快速檢測系統(tǒng)能達(dá)到對貝類腹瀉性毒素現(xiàn)場快速精確檢測,為貝類腹瀉性毒素現(xiàn)場檢測提供了新的方法和儀器。

貝類腹瀉性毒素;前處理裝置;快速檢測系統(tǒng);移動終端

腹瀉性貝毒DSP(Diarrhetic Shellfish Poisoning)是有毒赤潮藻類鰭藻屬和原甲藻屬中一些種類產(chǎn)生的脂溶性多環(huán)醚類生物活性物質(zhì)。腹瀉性貝毒主要為大田軟海綿酸(OA)及其衍生物鰭藻毒素(DTX-3),扇貝毒素(PTX2)等大類,可經(jīng)過貝類等濾食性動物食用后在貝類消化腺內(nèi)富集。毒素對貝類無害,但人們在食用腹瀉性貝毒污染的貝類后,會出現(xiàn)嘔吐,腹瀉等急性中毒癥狀[1-2]。并且,大田軟海綿酸(OA)經(jīng)過動物實(shí)驗(yàn)證明其具有致癌性,致突變性和免疫毒性。為了滿足在現(xiàn)場對貝類樣品中的腹瀉性毒素進(jìn)行有效評估,有必要設(shè)計一套現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)及前處理裝置。本文主要以腹瀉性貝類毒素中的主要成份OA進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

為了客觀評估待測樣品中的毒素含量,保證以上檢測方法得到正確的結(jié)果,合適有效的前處理方法必不可少。傳統(tǒng)的前處理方法有膜分離和固相萃取。膜分離是利用選擇透過性膜來起到物質(zhì)分離,廣泛應(yīng)用于海水淡化、溶膠及混合液分離和濃縮、工業(yè)廢水中重金屬離子去除、飲用水凈化、蛋白質(zhì)和酶分離等領(lǐng)域[3];固相萃取是通過固體吸附劑對液體樣品中的目標(biāo)化合物進(jìn)行吸附,再經(jīng)解吸附完成對目標(biāo)化合物的富集,固相萃取適用于濃度較低的樣品,廣泛應(yīng)用于微量或痕量的分離,富集和分析[4]。為了滿足現(xiàn)場快速檢測的便攜性等需求,傳統(tǒng)前處理儀器體積較大,需專業(yè)人員操作,不適合于現(xiàn)場環(huán)境下使用。

在DSP毒性的評估方法中,作為標(biāo)準(zhǔn)方法的是動物實(shí)驗(yàn),如小鼠生物測定法(MBA)腔注射毒素,觀察小白鼠存活情況,計算毒力[5]。小鼠生物測定法由Yasumoto等人建立,是美國官方分析化學(xué)師協(xié)會(AOAC)使用的標(biāo)準(zhǔn)方法,運(yùn)用非常廣泛,其測量單位是鼠單位(MU)。小鼠法雖然被許多國家作為標(biāo)準(zhǔn)方法所使用,但是其受到的限制較多:注射小鼠的專業(yè)性較強(qiáng),需要專業(yè)人員操作;除了毒素之外,注射液中的鹽含量,重金屬離子等其他物質(zhì)可能也會對毒性評估造成影響[6-7]。高效液相色譜法(HPLC)是目前較為常用的檢測貝類毒素的理化分析方法,常見貝類毒素均能使用HPLC進(jìn)行檢測,靈敏度和準(zhǔn)確性高,是比較成熟的理化分析技術(shù)[8]。HPLC方法利用毒素分子上的羧基官能團(tuán)與熒光物質(zhì)反應(yīng),生成的熒光性物質(zhì)經(jīng)反相色譜分離后在檢測器上響應(yīng)。HPLC的靈敏度和準(zhǔn)確性高,同時還能確定毒素種類,但其熒光標(biāo)記試劑極不穩(wěn)定[9],且設(shè)備精密復(fù)雜,檢測用時長。而免疫方法檢測是利用抗原-抗體反應(yīng)確定毒素的類型及含量,包括酶聯(lián)免疫反應(yīng)(ELISA),放射免疫反應(yīng)(RIA),競爭性酶免疫分析(EIA)等方法。免疫方法的專一性較強(qiáng),其靈敏度可達(dá)10-9[10-11]。而免疫方法在針對有些貝類毒素的檢測時,如麻痹性毒素STX,可能存在與其他毒素之間的交叉反應(yīng);在檢測過程中,還有可能出現(xiàn)假陽性的情況[12-14]。

而目前實(shí)驗(yàn)室檢測腹瀉性貝類毒素的方法中,小鼠法和HPLC無法發(fā)展成現(xiàn)場的快速檢測方法;免疫方法較為適合發(fā)展成現(xiàn)場檢測的方法[15]。但由于常規(guī)酶標(biāo)儀的體積較大,不適合在現(xiàn)場環(huán)境下使用。并且免疫方法的樣品前處理設(shè)備及方法仍不適用于現(xiàn)場快速檢測。為了能夠適應(yīng)貝類毒素的現(xiàn)場快速檢測,樣品前處理方法及毒素檢測方法均需要滿足現(xiàn)場快速檢測的要求。因此,本文設(shè)計了一種高通量半自動的前處理裝置和腹瀉性貝毒現(xiàn)場檢測系統(tǒng),利用移動終端進(jìn)行檢測。在下文中介紹了高通量前處理裝置和現(xiàn)場檢測系統(tǒng)的設(shè)計原理和組成結(jié)構(gòu),并通過對實(shí)際樣品的分析測試來驗(yàn)證系統(tǒng)的功能。

圖1 高通量前處理裝置結(jié)構(gòu)圖和實(shí)物

1 材料與方法

1.1 試劑和儀器

腹瀉性貝毒檢測試劑盒,甲醇,純水,便攜式離心機(jī),手持式均質(zhì)器,移液槍,振蕩器,高通量前處理裝置,快速檢測系統(tǒng),酶標(biāo)儀。

1.2 高通量前處理系統(tǒng)設(shè)計及前處理方法

1.2.1 高通量前處理系統(tǒng)硬件設(shè)計

為了減少前處理過程中因?qū)嶒?yàn)操作習(xí)慣帶來的誤差,提高樣品處理效率,設(shè)計了一種高通量前處理裝置。前處理裝置主要由電路和管路所組成,通過微控制器控制蠕動泵的工作,完成前處理過程中的各個步驟。所設(shè)計的高通量前處理裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖1(a)所示,使用開關(guān)電源為整個系統(tǒng)供電,并通過變壓電路為不同工作模塊提供電源。微控制器MSP430接收上位機(jī)的指令,控制不同的蠕動泵和外接設(shè)備完成正常工作,實(shí)現(xiàn)對前處理過程中貝肉樣品的灌注,過濾以及萃取液的添加和樣品的稱重,振蕩和離心。按照樣品前處理的步驟分別進(jìn)行相對應(yīng)的功能,可實(shí)現(xiàn)4個萃取樣品的同時過濾,得到樣品的毒素萃取液。圖1(b)為實(shí)際裝置的外觀圖。

1.2.2 高通量前處理系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件設(shè)計包括上位機(jī)和下位機(jī)軟件兩部分組成。其中上位機(jī)用于對前處理流程的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、存儲、導(dǎo)入以及對各模塊完成功能的順序進(jìn)行控制,起到操作者與系統(tǒng)交互的作用,使用LabVIEW平臺對上位機(jī)軟件進(jìn)行編寫;下位機(jī)用于各模塊功能的初始化,與上位機(jī)通訊,確定前處理流程的時序及控制各模塊的執(zhí)行,下位機(jī)軟件由MSP430F149單片機(jī)執(zhí)行,在IAR for MSP430平臺上使用C語言進(jìn)行編寫。

前處理軟件的整體構(gòu)成如圖2(a)所示。首先通過上位機(jī)將所設(shè)定的工作參數(shù)傳入下位機(jī)中,下位機(jī)接收參數(shù)賦值后將當(dāng)前狀態(tài)傳回上位機(jī);操作人員通過上位機(jī)對某工作模塊發(fā)送工作命令,下位機(jī)將工作命令轉(zhuǎn)換成時序控制電路的工作時序并監(jiān)控其運(yùn)行狀態(tài);時序控制電路按照預(yù)定的時序控制各功能模塊有序地完成各環(huán)節(jié)的工作;下位機(jī)接收到時序控制電路的終止信號,將狀態(tài)返回上位機(jī);重復(fù)此過程,可以完成對前處理流程各個環(huán)節(jié)的控制,高效有序地完成貝肉樣品前處理工作。圖2(b)為上位機(jī)的操作界面。

圖2 前處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和上位機(jī)操作界面

1.2.3 樣品前處理

使用所設(shè)計的高通量前處理裝置對貝肉樣品進(jìn)行前處理。首先將高通量前處理裝置與上位機(jī)以及其他外接設(shè)備相連接,并完成初始化。使用電子秤稱量剝好的貝肉樣品,裝置將根據(jù)得到的貝肉樣品重量按1∶5的比例配比80%甲醇溶液并加入貝肉樣品中。待配比環(huán)節(jié)完成后,使用均質(zhì)器將貝肉和80%萃取液充分混合,得到貝肉懸濁液。將貝肉懸濁液通過前處理裝置灌注至2 mL離心管中,灌注完成后,使用純水清洗管路并用固定轉(zhuǎn)速7 000 r/min離心機(jī)離心5 min。待離心完成后,將離心管內(nèi)上清液通過0.45 μm過濾器進(jìn)行過濾,過濾蠕動泵組可以同時過濾四路樣品,實(shí)現(xiàn)樣品的高通量處理。將過濾得到上清液使用80%甲醇溶液至標(biāo)定曲線濃度范圍之內(nèi)。若有多個樣品,可重復(fù)均質(zhì)和灌注環(huán)節(jié),將得到的貝肉懸濁液樣品同時過濾,得到各個樣品所對應(yīng)的OA萃取液。

1.3 快速檢測系統(tǒng)設(shè)計及檢測方法

1.3.1 ELISA檢測原理

使用ELISA技術(shù)對腹瀉性貝毒進(jìn)行檢測。將OA和牛血清白蛋白(BSA)的偶連體(OA-BSA)固定在多孔板上,加入待測樣品后,使待測樣品和OA-BSA偶連體競爭性結(jié)合經(jīng)過辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的OA抗體(OA-HRP)。OA的濃度決定了HRP催化反應(yīng)生成的產(chǎn)物的濃度。待反應(yīng)結(jié)束后,加入終止液使溶液顯黃色,其顏色的深淺與樣品中OA的濃度成正相關(guān)關(guān)系。根據(jù)已知濃度的標(biāo)準(zhǔn)品反應(yīng)結(jié)果繪制標(biāo)定曲線,通過采集多孔板圖像,通過標(biāo)定曲線對圖像進(jìn)行分析,得到待測樣品中OA的濃度結(jié)果[16-18]。

圖3 快速檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和實(shí)物圖

1.3.2 快速檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計

設(shè)計快速檢測裝置以配合移動終端對完成顯色反應(yīng)的腹瀉性貝毒試劑盒進(jìn)行檢測?？焖贆z測裝置主要為檢測提供暗環(huán)境,能固定移動終端和檢測試劑盒,并易于更換。檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖3(a)所示,主要由暗室,移動載物臺,移動終端適配器和平面光源所組成。檢測裝置主體為暗室結(jié)構(gòu),移動終端適配器位于暗室上方,既便于更換,又組成了暗室的頂部。使用冷光片作為檢測的平面光源。冷光片通過固定器固定在暗室底部,所使用的冷光片具有發(fā)熱小,發(fā)光強(qiáng)度高,光線均勻的特點(diǎn),能滿足檢測需求。通過導(dǎo)軌和直線軸承將試劑盒載物臺固定于暗室底座上,實(shí)現(xiàn)載物臺的水平滑動,便于試劑盒的放置和取出。置于裝置上方的移動終端適配器可以固定移動終端的位置,保證采集圖像的一致性。檢測系統(tǒng)的實(shí)物圖如圖3(b)所示。

圖4 檢測軟件流程圖和軟件操作界面

1.3.3 快速檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)中使用iPhone 4s作為移動終端進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。使用Objective-C語言開發(fā)檢測用App。由于當(dāng)背光為單光源時,采集圖像得到的顏色分量與待測樣品中所含OA的濃度成線性關(guān)系。軟件流程圖和軟件操作界面分別如圖4(a)和圖4(b)所示,軟件的主要功能是通過內(nèi)置攝像頭采集完成顯色反應(yīng)的試劑盒圖像,通過對OA標(biāo)準(zhǔn)品顯色圖像結(jié)果的RGB某一通道的顏色比率繪制標(biāo)定曲線。依照標(biāo)準(zhǔn)曲線和待測樣品的顏色分量結(jié)果,計算出待測樣品中OA的濃度;若是稀釋后的結(jié)果,再乘上稀釋倍數(shù)即可得到實(shí)際樣品中所含有的OA濃度。為了方便實(shí)驗(yàn)結(jié)果的存儲,軟件可將實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過郵件的形式發(fā)送至指定郵箱,便于實(shí)驗(yàn)的分析和匯總。

標(biāo)定曲線的準(zhǔn)確性將直接決定檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。標(biāo)定曲線由OA標(biāo)準(zhǔn)品濃度以10為底的對數(shù)和相對應(yīng)微孔的顏色比率計算得到。顏色比率的計算方法如下:

式中:Cr(n)為濃度為n的OA標(biāo)準(zhǔn)品的顏色比率,Ck(n)為濃度為n的OA標(biāo)準(zhǔn)品微孔中圖像RGB某一分量的平均值,C0為OA標(biāo)準(zhǔn)品濃度為0的微孔的RGB分量平均值。根據(jù)最小二乘法擬合OA標(biāo)準(zhǔn)品濃度以10為底的對數(shù)和相對應(yīng)微孔的顏色比率,得到系統(tǒng)標(biāo)定曲線。

得到標(biāo)定曲線后,采集待測樣品微孔的RGB分量平均值,計算出待測樣品微孔的顏色比率,代入標(biāo)定曲線,可計算得出相對于微孔的濃度,即可完成對待測樣品中OA濃度的檢測。

1.3.4 樣品快速檢測

在進(jìn)行快速樣品檢測之前,首先要使用試劑盒對OA標(biāo)準(zhǔn)品和待測樣品進(jìn)行抗原抗體反應(yīng)并顯色。所需試劑和試劑盒需要置于20 ℃～28 ℃的環(huán)境之下。使用100 μL濃度分別為0,0.2×10-9,0.5×10-9,1×10-9,2×10-9和5×10-9的OA標(biāo)準(zhǔn)品為檢測系統(tǒng)制定標(biāo)準(zhǔn)曲線,將不同濃度的OA標(biāo)準(zhǔn)品依次加入對應(yīng)的微孔內(nèi),同時取等量待測樣品提取液加入指定微孔內(nèi)。添加OA標(biāo)準(zhǔn)品及待測樣品,將溶液混勻,靜置于室溫下孵育30 min。待孵育完畢后,將孔內(nèi)的溶液倒出廢棄,使用緩沖液(含有0.05% Tween-20的PBS溶液)對孵育完畢的微孔進(jìn)行清洗,并將試劑盒倒置于吸水紙上拍打至孔內(nèi)無殘留液體,清洗過程重復(fù)三到四次。清洗完成后,加入100 μL底物溶液,室溫下避光孵育30 min,孵育完畢后,加入100 μL終止液使溶液顯色。然后,使用快速檢測裝置對反應(yīng)完成的試劑盒進(jìn)行檢測。

2 結(jié)果與討論

2.1 高通量前處理裝置回收率測試

將OA標(biāo)準(zhǔn)品(80×10-9)加入無毒的貝肉樣品中,分別使用手工和所設(shè)計的高通量前處理裝置對貝肉樣品進(jìn)行前處理步驟,將得到的樣品提取液進(jìn)行檢測得到提取液的OA濃度,計算不同方式的前處理的毒素回收效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

其中,平均回收率為三次實(shí)驗(yàn)測得的毒素濃度的平均值比上所加入的OA標(biāo)準(zhǔn)品的濃度,平均回收率體現(xiàn)了不同前處理方式對實(shí)際樣品中毒素的提取效率。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,前處理裝置的毒素回收率雖略低于手工,但是其穩(wěn)定性高于手工方式,可以滿足現(xiàn)場前處理的需求。

表1 不同方式前處理毒素回收率

2.2 快速檢測裝置系統(tǒng)性能測試

使用濃度分別為0,0.2×10-9,0.5×10-9,1×10-9,2×10-9和5×10-9的OA標(biāo)準(zhǔn)品制定標(biāo)準(zhǔn)曲線,標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果如圖5。其中,橫坐標(biāo)為各個OA標(biāo)準(zhǔn)品濃度以10為底的對數(shù),縱坐標(biāo)為各濃度對應(yīng)微孔圖像的顏色比率,其斜率為-0.863 9,截距為1.641 1,線性度為0.990 6。

圖5 快速檢測系統(tǒng)標(biāo)定曲線

使用快速檢測裝置對濃度分別為20×10-9,40×10-9,80×10-9,160×10-9和250×10-9的OA標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行檢測,每種濃度。將測得的結(jié)果與已知濃度數(shù)值相對比,測試裝置的穩(wěn)定性。在此標(biāo)定曲線的基礎(chǔ)上,對已知濃度OA標(biāo)準(zhǔn)品的測試結(jié)果如表2所示。

表2 OA加標(biāo)實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

平均回收率體現(xiàn)了前處理方法對毒素的提取效率。表中可以看出,本儀器對樣品中OA毒素的濃度進(jìn)行檢測是可靠和穩(wěn)定的,所設(shè)計的快速檢測裝置的性能可滿足現(xiàn)場檢測的需求。

2.3 快速檢測裝置重現(xiàn)性與檢測下限測試

使用不同濃度的OA加標(biāo)樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn),測定其日內(nèi)和日間的變異系數(shù),通過變異系數(shù)反應(yīng)快速檢測裝置的重現(xiàn)性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 OA重現(xiàn)性實(shí)驗(yàn)檢測結(jié)果

由表3可知,在標(biāo)定曲線的濃度范圍內(nèi),日內(nèi)變異系數(shù)小于15%,重現(xiàn)性較好;而當(dāng)濃度較大時,日間變異系數(shù)接近或大于15%。由于快速檢測裝置定位于現(xiàn)場檢測,日內(nèi)變異系數(shù)的數(shù)值更具有參考意義,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,快速檢測裝置的重現(xiàn)性滿足實(shí)際需求。

使用空白孔檢測結(jié)果計算快速檢測裝置的檢測下限。測定一定數(shù)量的空白孔,通過快速檢測裝置計算得出對應(yīng)數(shù)值,如表4所示。

表4中,C0為空白孔的實(shí)際檢測值,AVG為空白孔實(shí)際檢測值的平均值,SD為測量值的標(biāo)準(zhǔn)差,LOD為檢測下限。其中檢測下限的計算方法如下:

LOD=AVG+3SD

由計算結(jié)果可知,快速檢測裝置的檢測下限約為0.182×10-9,當(dāng)檢測樣品中OA濃度小于檢測下限時,無法被系統(tǒng)檢測。在實(shí)際應(yīng)用中,應(yīng)選擇合理的稀釋或濃縮倍數(shù)對樣品進(jìn)行處理。

2.4 快速檢測裝置特異性測試

使用一系列不同濃度的OA標(biāo)準(zhǔn)品和PTX2-b標(biāo)準(zhǔn)品對快速檢測裝置的特異性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?？傻孟到y(tǒng)的響應(yīng)曲線如圖6所示。

圖6 快速檢測系統(tǒng)特異性響應(yīng)

圖6中,橫坐標(biāo)為毒素標(biāo)準(zhǔn)品濃度以10為底的對數(shù),縱坐標(biāo)為檢測系統(tǒng)得出的毒素濃度標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果。毒素濃度的選擇以制定標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度0,0.2×10-9,0.5×10-9,1×10-9,2×10-9和5×10-9為標(biāo)準(zhǔn),加入介于0和0.2×10-9及大于5×10-9的濃度測定完整的特異性響應(yīng)曲線。由圖6的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,快速檢測系統(tǒng)對OA有著良好的線性響應(yīng),而對于PTX2-b,響應(yīng)結(jié)果無線性規(guī)律。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,快速檢測裝置對OA有著良好的特異性。

2.5 實(shí)際樣品測試

使用快速檢測系統(tǒng)和酶標(biāo)儀對實(shí)際貝肉樣品中的毒素含量進(jìn)行測定。首先是確定標(biāo)定曲線,分別使用快速檢測裝置和酶標(biāo)儀的結(jié)果如圖7。

圖7 實(shí)際樣品標(biāo)定曲線

從圖7中可以看出快速檢測系統(tǒng)與商用酶標(biāo)儀在標(biāo)定曲線標(biāo)定上具有一致性。表5為15個實(shí)際樣品的檢測結(jié)果,最大偏差小于15%,其中第1、3、4、5、6、7、8、9、11、12號共10個樣品含有的OA毒素濃度低于本系統(tǒng)檢測下限。第2、10、13、14號共4個樣品的濃度較低,在10 μg/kg左右。第15號樣品濃度較高,超過了80 μg/kg,但仍低于判定有害的標(biāo)準(zhǔn)。因此,這一批共15個實(shí)際樣品中未檢出有害樣品。

表5 OA實(shí)際樣品檢測結(jié)果

準(zhǔn)確率是以酶標(biāo)儀的檢測結(jié)果為參考,將快速檢測裝置的檢測結(jié)果與之相比所得到。其中,準(zhǔn)確率大于100%表示快速檢測系統(tǒng)所得的結(jié)果高于酶標(biāo)儀的檢測結(jié)果。由檢測結(jié)果可以看出,所設(shè)計的快速檢測裝置的檢測結(jié)果與商用酶標(biāo)儀具有一致性,在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下使用酶標(biāo)儀完成15個實(shí)際樣品檢測的用時為200 min,而使用快速檢測裝置的用時為170 min,且樣品數(shù)量越多能夠節(jié)省的時間越多。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,所設(shè)計的快速檢測裝置能夠滿足現(xiàn)場快速檢測的需求。

由表6可知而對于快速檢測裝置和主流的小鼠法的比較可知,所設(shè)計的快速檢測裝置具有檢測時間短,一致性好,檢測限低,操作難度低等優(yōu)點(diǎn),體現(xiàn)了儀器方法的優(yōu)越性。

表6 快速檢測裝置與其他方法的比較

3 結(jié)論

本文介紹了一種現(xiàn)場高通量前處理裝置和快速檢測系統(tǒng)的設(shè)計方法,利用免疫分析技術(shù)中的酶聯(lián)免疫反應(yīng)(ELISA),實(shí)現(xiàn)了貝類腹瀉性毒素的現(xiàn)場快速篩查。依照現(xiàn)場快速檢測的需求設(shè)計了高通量前處理裝置和快速檢測系統(tǒng)。對比了前處理裝置處理與實(shí)驗(yàn)室手工前處理的標(biāo)準(zhǔn)方法的回收率。使用貝類腹瀉性毒素標(biāo)準(zhǔn)品和實(shí)際貝肉樣品對系統(tǒng)性能進(jìn)行了測試和標(biāo)定,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與商用酶標(biāo)儀進(jìn)行了比較。結(jié)果表明,相比于標(biāo)準(zhǔn)的小鼠法,本文所設(shè)計的前處理裝置和快速檢測系統(tǒng)能夠較方便地應(yīng)用于現(xiàn)場快速檢測,并提供直觀的數(shù)值,從而為現(xiàn)場貝類腹瀉性毒素的現(xiàn)場快速篩查提供了一種新的快速,有效的方法和儀器。

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Design of In-Suit High Throughput Pretreatment and Detection System for Diarrhetic Shellfish Poisons*

WANZijian,QIUXianxin,ZHONGLongjie,SUKaiqi,ZOUQuchao,FANGJiaru,PANYuxiang,WANGPing*

(Biosensor National Special Laboratory,Key Laboratory for Biomedical Engineering of Education Ministry,Department of Biomedical Engineering,Zhejiang University,Hangzhou 310027,China)

In order to achieve the requirement of diarrhetic shellfish poison(DSP)in-suit detection,we design a high throughput pretreatment system and a mobile terminal based detection system. Our system can make fast and accurate DSP detection by analyzing image of chromogenic reaction come from ELISA method. The rate of recovery by our pretreatment system and by hand are 89% and 93% respectively,it means that our pretreatment system can meet the follow-up detection requirement. Detect the prevented samples by our detection system,the standard deviation is approximately 0.13 and average rate of recovery is 89.5%,it can satisfy the accuracy and repeatability of detection. In the detection of actual samples,comparing our results with the results come from microplate reader,it shows that our pretreatment and detection system can do a fast and accurate in-suit work and provide a new method for the detection.

diarrhetic shellfish poison;pretreatment system;detection system;mobile terminal

萬梓健(1993-),男,浙江大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程2015級碩士研究生,從事生物醫(yī)學(xué)工程與生物醫(yī)學(xué)傳感器研究,wanzijian@zju.edu.cn;王 平(1962-),男,浙江大學(xué),教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)閭鞲衅髋c檢測技術(shù)、生物芯片與生物電子學(xué)、人工嗅覺與人工味覺等,cnpwang@zju.edu.cn。

項目來源:國家海洋公益專項項目(201305010)

2016-06-08 修改日期:2016-09-19

R318

A

1004-1699(2017)01-0001-07

C:7230

10.3969/j.issn.1004-1699.2017.01.001