一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可同時檢測牛奶中農(nóng)藥和抗生素殘留的快速檢測儀，屬于農(nóng)產(chǎn)品安全檢測【技術領域】。本發(fā)明所提供的快速檢測儀由陣列式免疫傳感器、模擬多路開關、檢測電路、微控制器、顯示屏、按鍵和電源構成。在本發(fā)明所提供的快速檢測儀的陣列式免疫傳感器的工作電極中，一半電極表面固定有各種抗生素抗體，一半電極表面固定有各種農(nóng)藥抗體，使得檢測儀可在一次取樣中實現(xiàn)牛奶樣品中的抗生素和農(nóng)藥殘留的同時檢測。本發(fā)明的快速檢測儀具有檢測效率高，檢測成本低，檢測時間短等特點，一次至少可同時檢測牛奶中10種抗生素和5種農(nóng)藥殘留，檢測限可達1μg/L，適用于牛奶的現(xiàn)場快速檢測。
【專利說明】一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀，屬于農(nóng)產(chǎn)品安全檢測【技術領域】。
技術背景
[0002]近年來，隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，奶產(chǎn)量大幅度提高，新鮮牛奶和奶制品已經(jīng)成為人民(尤其是老人和兒童)生活食品中的重要組成部分。然而，抗生素和農(nóng)藥在現(xiàn)代畜牧業(yè)中的廣泛應用，不可避免地造成牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的超標問題。牛奶中的抗生素與農(nóng)藥殘留常作為牛奶的主要安全檢測指標。加強對牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的檢測，對保障人類健康有著十分深遠的意義。
[0003]傳統(tǒng)的抗生素和農(nóng)藥殘留檢測方法主要有:氣相色譜(GC)、高效液相色譜法(HPLC)、色譜/質譜聯(lián)用技術(GC/LC-MS)、毛細管電泳法(CE)、熒光分析、酶聯(lián)免疫法(ELISA)。這些方法雖然選擇性好、靈敏度高、準確度高、檢出限低，可同時檢測多種元素或化合物，但其需要昂貴的儀器設備，樣品前處理過程繁瑣、費時，并且對分析人員的技術水平要求很高，不適于現(xiàn)場快速檢測。與傳統(tǒng)的分析方法相比，免疫傳感器是將高靈敏的傳感器技術與抗原、抗體特異性反應相結合，具有如下特點:(I)較高的選擇性，因此不需要對被測組分進行分離，即不用對樣品進行預處理。(2)結構簡單，體積小，使用方便，特別是便攜式的免疫傳感器，非常有利于農(nóng)產(chǎn)品安全質量的快速測定。(3)可實現(xiàn)連續(xù)在線檢測，使食品加工過程的質量控制變得簡便。(4)響應速度快，樣品用量少，與其他大型分析儀器相t匕，免疫傳感器制作成本低，且可反復使用。
[0004]目前牛奶制品中安全快速檢測儀器，通常只能檢測抗生素或者農(nóng)藥殘留。鑒于抗生素殘留與農(nóng)藥殘留超標嚴重的現(xiàn)象。特別需要能同時檢測牛奶中的抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀器，這樣可以在一次取樣中，同時檢測牛奶中是否含有抗生素和農(nóng)藥殘留是否超標。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀，在一次樣品的取樣中同時實現(xiàn)牛奶中的抗生素和農(nóng)藥殘留是否超標等信息?？捎糜谂Ｄ痰热橹破番F(xiàn)場質量安全現(xiàn)場快速測定，并將測定的相關數(shù)據(jù)隨時上傳至數(shù)據(jù)庫，有利于牛奶等乳制品質量溯源體系的建設。
[0006]本發(fā)明采取的技術方案如下:
一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀，其特征在于，由陣列式免疫傳感器、模擬多路開關、檢測電路、微控制器、顯示屏、按鍵和電源構成；
所述陣列式免疫傳感器，由一個圓形電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是均勻分布的工作電極，工作電極中一半固定有不同種類的抗生素抗體，另一半固定有不同種類的農(nóng)藥抗體，對電極、參比電極與各工作電極的距離相等，圓形電極盤外圍和中間有直徑相等的孔，可將工作電極、參比電極和對電極插入電極孔中，各個工作電極接線端接入豐吳擬多路開關；
所述模擬多路開關，分別逐次將陣列免疫傳感器產(chǎn)生的阻抗信號進行采集并送至檢測電路；
所述檢測電路由供電電路、檢測芯片、撥碼開關和標定電阻構成，供電電路與微控制器和檢測芯片相連，采用先經(jīng)變壓器降壓再經(jīng)濾波器穩(wěn)壓的方法獲得穩(wěn)恒電壓供電；檢測芯片通過撥碼開關與標定電阻相連，檢測芯片在微控制器的控制下產(chǎn)生激勵電壓施加到陣列免疫傳感器上并收集響應信號，經(jīng)過離散型傅里葉變換后得到實部與虛部，并輸出到微控制器；
所述微控制器上運行檢測程序，將接收到的阻抗實部與虛部通過阻抗的模值與相角計算公式計算出阻抗的模值與相角，在經(jīng)過校準后得到實際阻抗值，與設定的反應前阻抗值進行比較，得到變化率并與標準曲線對比得出結論，送至顯示屏顯示；
所述顯示屏與微控制器相連，用于顯示數(shù)據(jù)和作為用戶交互操作的窗口 ；
所述按鍵與微控制器和檢測電路相連，設有啟動、開始、復位、停止按鍵和四個檢測范圍檔位，用于輸入指令和檢測參數(shù)；
所述電源與供電電路相連。
[0007]所述快速檢測儀的工作電極與參比電極之間的工作電壓為300mV。
[0008]所述顯示屏的型號是LED12864。
[0009]所述檢測儀的微處理器中置入了阻抗變化率與抗生素和農(nóng)藥殘留濃度關系的數(shù)據(jù)庫。
[0010]所述快速檢測儀的檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的方法的步驟如下:
O打開檢測儀，將陣列式傳感器放入測試底液中測量初始阻抗值A1，并保存；
2)取出陣列式傳感器，用超純水沖洗后，放入預處理樣品液中孵化IOmin；
3)取出陣列式傳感器，用超純水沖洗后，放入測試底液中測量阻抗值A2；
4)根據(jù)阻抗值變化公式計算阻抗值變化率，并根據(jù)預置入數(shù)據(jù)庫中的阻抗變化率與抗生素或農(nóng)藥殘留濃度關系標準曲線計算抗生素或農(nóng)藥的濃度。
[0011]步驟2)中所述預處理樣品液的處理方法為:
將牛奶樣品通過無菌微孔濾膜(0.20微米)過濾并用PBS溶液(0.1Μ，ρΗ=7.5)稀釋5倍，備用。
[0012]步驟4)所述阻抗值變化公式為:變化率=| A1-A21/V
[0013]本發(fā)明所提供的可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀基本原理是:當固定不同抗生素和農(nóng)藥抗體的陣列式免疫傳感器置入樣品液中，如果樣品液中有對應的抗生素和農(nóng)藥，則由于抗體與抗原之間的免疫反應形成免疫復合物阻礙測試底液與免疫傳感器之間電子轉移，進而產(chǎn)生阻抗信號的變化，通過模擬多路開關分別逐次地將陣列免疫傳感器產(chǎn)生的阻抗信號采集送入檢測儀中，進而測定樣品液中是否有某種抗生素與農(nóng)藥，并確定是否超標等息。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的檢測儀可實現(xiàn)一次樣品的進樣中同時完成牛奶中抗生素和農(nóng)藥的檢測。這樣節(jié)約了檢測時間，同時也減少了試劑的消耗量，降低了檢測成本。彌補了當前用于牛奶中抗生素和農(nóng)藥檢測的儀器中，分別制備樣品，分別檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥，不能同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥的缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀結構框圖。
[0016]圖2為圓盤式陣列免疫傳感器電極分布圖。
[0017]圖3為本發(fā)明中供電電路原理圖。
[0018]圖4為本發(fā)明中檢測電路原理圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的技術方案作詳細說明，但本發(fā)明不受實施例的限制。
[0020]圖1為本發(fā)明的一種可同時檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的快速檢測儀的結構框圖。檢測儀由檢測電路、陣列式免疫傳感器、模擬多路開關、電源、按鍵、微控制器及顯示屏構成。其中檢測電路由供電電路、檢測芯片、撥碼開關、標定電阻構成。檢測電路用來產(chǎn)生激勵電壓并施加到陣列免疫傳感器上，隨后采樣激勵后的響應信號并進行數(shù)字處理，將結果送入微控制器；微控制器及其上面運行的檢測程序對輸入信號進行再次處理，并對整個系統(tǒng)的運行進行控制和響應；按鍵用來輸入指令和檢測參數(shù)；顯示屏用來量化輸出呈現(xiàn)最終的檢測結果，是用戶與系統(tǒng)的交互界面；電源為整個系統(tǒng)供電。
[0021]圖2為陣列式免疫傳感器電極分布圖。所述的陣列式免疫傳感器由一個圓形的電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是均勻分布的工作電極，以確保對電極、參比電極與各工作電極的距離相等，使各個工作電極與對電極之間的有相等的阻抗值。圓形的電極盤外圍和中間有直徑相等的孔，可將工作電極、參比電極和對電極插入電極孔中。三電極的工作面插入測試底液，各個工作電極接線端接入模擬多路開關，通過模擬多路開關分別逐次地將陣列免疫傳感器產(chǎn)生的阻抗信號采集送入檢測儀檢測電路中。參比電極和對電極直接接到檢測電路中。在用納米材料修飾好的工作電極表面分別固定抗生素抗體和農(nóng)藥抗體。在工作電極與參比電極之間加300毫伏的工作電壓，測試液中測定的是工作電極與對電極之間的阻抗值。如果樣品液中有固定抗體相對應的抗生素與農(nóng)藥，則導致陣列免疫傳感器中相應傳感器發(fā)出信號，從而確定樣品中含有何種抗生素和農(nóng)藥有殘留及是否超標。
[0022]所述的陣列式免疫傳感器，陣列式工作電極上分別固定了敵百蟲、樂果、毒死蜱、西維因、克百威5種農(nóng)藥抗體和卡那霉素、青霉素、頭孢氨芐、新霉素、慶大霉素、鏈霉素、四環(huán)素、金霉素、土霉素、強力霉素10種抗生素抗體。在固定抗體前工作電極表面用納米材料進行修飾，然后滴涂2 μ L (濃度為5 μ g/mL)的抗體溶液到電極表面，待自然晾干后陣列式免疫傳感器制備完成。
[0023]所述檢測儀的微控制器選用STC89C52，其上加載檢測程序。檢測電路中的供電電路構成和原理如圖3所示，由變壓器Tl，橋式整流電路BR1，電解電容Cl、C3，普通電容C2、C4，三端穩(wěn)壓器Ul構成，其作用是為整個系統(tǒng)提供+5V的電源供電。本設計中電解電容Cl、C2的作用是濾波，簡單的講就是電容兩端電壓升高時，電容充電，電壓降低時，電容放電，讓電壓降低時的坡度變得平緩，從而起到濾波的作用。普通電容C2、C4的作用是防止自激，其可以將高頻激信號吸收保持穩(wěn)定，使電路沒有激勵信號，從而防止自激。三端穩(wěn)壓器Ul的作用是將輸出電壓穩(wěn)定在+5V上，Ul的輸出端和接地端分別接+5V和接地。
[0024]所述的檢測電路中核心部分檢測電路的構成如圖4所示:由檢測芯片U3，撥碼開關3胃3，標定電阻1?1、1?2、1?3、1?4、1?5，普通電容07、08構成，其作用是產(chǎn)生激勵電壓并施加到免疫傳感器上，隨后采樣激勵后的響應信號并進行數(shù)字處理，將結果送入微控制器。其中標定電阻Rl、R2、R3的作用是作為外接反饋電阻。撥碼開關SW3是四位撥碼開關，其作用是選擇合適的標定的電阻連入檢測電路來防止響應信號超過檢測芯片的量程并且保證系統(tǒng)的線性特性。標定電阻R4、R5的作用是作為上拉電阻連接在檢測芯片的15、16引腳與電源之間。電容C7、C8的作用是用來濾波和起保護作用的，防止電磁干擾。檢測芯片U3是一款高精度的阻抗測量芯片，內部集成了帶有12位，采樣率高達IMSPS的AD轉換器的頻率發(fā)生器。其作用是產(chǎn)生特定頻率的激勵電壓來激勵待測元件，得到的響應信號被ADC采樣，并通過片上的DSP進行離散的傅立葉變換，傅立葉變換后返回在這個輸出頻率下得到的實部值和虛部值，并將結果送入微控制器。其15、16引腳通過上拉電阻R4、R5與+5V電源相連，其12、13、14引腳并聯(lián)接地，其9、10、11引腳并聯(lián)與+5V電源相連，其4、5引腳之間通過撥碼開關與標定電阻相連，其5、6用來接待測元件。
[0025]本發(fā)明所提供的快速檢測儀，具體使用過程如下:在使用前將陣列式傳感器工作電極表面使用納米材料進行化學修飾，提高傳感器檢測的靈敏度，之后在陣列式免疫傳感器工作電極表面分別固定不同種類的抗生素和農(nóng)藥抗體。然后將陣列式免疫傳感器放入冰箱中，4° C下保存?zhèn)溆谩Ｊ褂脮r打開檢測儀的電源開關，將陣列式傳感器放入測試底液中測量初始阻抗值Al，并保存。將免疫傳感器放入事先處理好的樣品液中孵化10分鐘，再將傳感器連接至檢測儀進行阻抗測量，獲取第二次測量的阻抗值A2，微控制器將其送至顯示屏顯示。計算出變化率，變化率計算公式如下:
變化率=|A1-A2|/A1
如果樣品液中含有抗生素或農(nóng)藥，則含相應工作電極發(fā)生特異性免疫反應，導致反應后的相應傳感器阻抗值明顯增大。Al與A2的差值越大，表明檢測溶液中的含有某種抗生素或農(nóng)藥殘留的濃度越高。對比標準曲線`得到樣品中抗生素或農(nóng)藥殘留的濃度，在顯示屏顯示。存儲器中置入了阻抗變化率與抗生素和農(nóng)藥殘留濃度關系標準曲線，根據(jù)各傳感器阻抗變化率的大小，在儀器的顯示屏可顯示檢測的樣品中含有何種抗生素、農(nóng)藥及抗生素和農(nóng)藥殘留的濃度信息。
[0026]本發(fā)明所提供的快速檢測儀操作方法簡單，檢測時間較短，可在一次取樣中實現(xiàn)牛奶中的抗生素和農(nóng)藥殘留的定性定量測量，具有檢測時間短，靈敏度高，穩(wěn)定性好、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，符合我國對牛奶中抗生素農(nóng)藥殘留快速檢測技術發(fā)展和國際化要求。
【權利要求】
1.一種可同時檢測牛奶中農(nóng)藥和抗生素殘留的快速檢測儀，其特征在于，由陣列式免疫傳感器、模擬多路開關、檢測電路、微控制器、顯示屏、按鍵和電源構成； 所述陣列式免疫傳感器，由一個圓形電極盤組成，中心位置有對電極和參比電極，外圍是均勻分布的工作電極，工作電極中一半固定有不同種類的抗生素抗體，另一半固定有不同種類的農(nóng)藥抗體，對電極、參比電極與各工作電極的距離相等，圓形電極盤外圍和中間有直徑相等的孔，可將工作電極、參比電極和對電極插入電極孔中，各個工作電極接線端接入豐吳擬多路開關； 所述模擬多路開關，分別逐次將陣列免疫傳感器產(chǎn)生的阻抗信號進行采集并送至檢測電路； 所述檢測電路由供電電路、檢測芯片、撥碼開關和標定電阻構成，供電電路與微控制器和檢測芯片相連，采用先經(jīng)變壓器降壓再經(jīng)濾波器穩(wěn)壓的方法獲得穩(wěn)恒電壓供電；檢測芯片通過撥碼開關與標定電阻相連，檢測芯片在微控制器的控制下產(chǎn)生激勵電壓施加到陣列免疫傳感器上并收集響應信號，經(jīng)過離散型傅里葉變換后得到實部與虛部，并輸出到微控制器； 所述微控制器上運行檢測程序，將接收到的阻抗實部與虛部通過阻抗的模值與相角計算公式計算出阻抗的模值與相角，在經(jīng)過校準后得到實際阻抗值，與設定的反應前阻抗值進行比較，得到變化率并與標準曲線對比得出結論，送至顯示屏顯示； 所述顯示屏與微控制器相連，用于顯示數(shù)據(jù)和作為用戶交互操作的窗口 ； 所述按鍵與微控制器和檢測電路相連，設有啟動、開始、復位、停止按鍵和四個檢測范圍檔位，用于輸入指令和檢測參數(shù)； 所述電源與供電電路相連。
2.權利要求1所述快速檢測儀，其特征在于，工作電極與參比電極之間的工作電壓為300mV。
3.權利要求1所述快速檢測儀，其特征在于，所述顯示屏的型號是LED12864。
4.權利要求1所述快速檢測儀，其特征在于，所述檢測儀內置的檢測芯片上的微處理器置入了阻抗變化率與抗生素和農(nóng)藥殘留濃度關系的數(shù)據(jù)庫。
5.—種權利要求1所述快速檢測儀的檢測牛奶中抗生素和農(nóng)藥殘留的方法，其特征在于，步驟如下: 打開檢測儀，將陣列式傳感器放入測試底液中測量初始阻抗值A1，并保存； 取出陣列式傳感器，用超純水沖洗后，放入預處理樣品液中孵化IOmin ； 取出陣列式傳感器，用超純水沖洗后，放入測試底液中測量阻抗值A2 ； 根據(jù)阻抗值變化公式計算阻抗值變化率，并根據(jù)預置入數(shù)據(jù)庫中的阻抗變化率與抗生素或農(nóng)藥殘留濃度關系標準曲線計算抗生素或農(nóng)藥的濃度。
6.權利要求5所述方法，其特征在于，步驟2)中所述預處理樣品液的處理方法是:將牛奶樣品通過無菌微孔濾膜(0.20微米)過濾并用PBS溶液(0.1M，pH=7.5)稀釋5倍，備用。
7.權利要求5所述方法，其特征在于，步驟4)所述阻抗值變化公式為:變化率-1 Aj-A2 /A1 ο
【文檔編號】G01N27/416GK103884764SQ201410142301
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權日:2014年4月10日
【發(fā)明者】孫霞, 郭業(yè)民, 王相友, 劉君峰 申請人:山東理工大學