SPR生物传感器连续取样和检测装置研制

2023年12月30日发(作者：屈原诗句)

第４２卷第５期　东北农业大学学报　４２ｆ５１：８３￣９０　Ｍａｖ　２０１ｌ　２０１１年５月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ＳＰＲ生物传感器连续取样和检测装置研制　初国超，郑先哲　，张文浩，丁凝冶，刘成海　（东北农业大学工程学院，哈尔滨１５００３０）　摘要：为了实现表面等离子共振技术（Ｓｕｒｆａｃｅｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＳＰＲ）生物传感器在线检测液态样品，本　文研制出一种连续收集液样和检测指标的装置。应用本装置实现了对酸菜液中的大肠杆菌的连续检测，具有精度　高、测定时间短等特点，可满足在复杂的现场环境下的检测需要。为以后应用生物传感器进行工厂化在线检测提　供依据　关键词：ＳＰＲ生物传感器；检测：机构　中图分类号：ＴＰ２１２．３　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５—９３６９（２０ｌ】）０５—００８３—０８　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｂｙ　ＳＰＲ　ｂｉＯＳｅｎＳＯｒ／ｃＨｕ　Ｇｕｏｃｈａｏ，ＺＨＥＮＧ　Ｘｉａｎｚｈｅ，ＺＨＡＮＧ　Ｗｅｎｈａｏ，ＤＩＮＧ　Ｎｉｎｇｙｅ，ＬＩＵ　Ｃｈｅｎｇ．　ｈａｊ（Ｅｎｇｉｎｅｅｒｊｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎｏ￣ｈｅａｓｔ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１　５００３０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｏｎ　ｌｉｎｅ　ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｓａｍｐｌｅ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＳＰＲ）　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ，ａ　ｄｅｖｉｃｅ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｉｎｇ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｍａｔｃｈｅｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ＳＰＲ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ，ｗｈｉｃｈ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ａｎｄ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅ．ｃｏｌｆ　０１　５７：Ｈ７　ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｓａｕｅｒｋｒａｕｔ　ｊｕｉｃｅ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｔｉｍｅ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｏｎ—ｓｉｔｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ．Ａｎｄ　ｉｔ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｃ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ　ｗｅｒｅ　ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｙ—ｌｉｎｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｄａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ；ｔｅｓｔｉｎｇ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　食品加工过程中的微生物含量检测是保证食　品安全，控制食品质量的重要环节。现阶段，我　国的主要仪器检测是在食品生产完成后，在实验　室内进行，如出现质量问题，则此批产品就无法　浓度Ｉ　。Ｎａｉｍｕｓｈｉｎ等运用微型集成式双通道ＳＰＲ传　感器能直接检测低于纳摩尔水平的ＳＥＢ蛋白毒素［４１。　Ｖａｎ等利用ＳＰＲ技术检测食品中毒枝菌素的含量　１。　Ｇｅｒｔｉｅ等利用ＳＰＲ生物传感器检测沙门氏菌Ｂ、Ｄ、　Ｅ，此法成功的在ｌ×ｌ０　ｃｆｕ・ｍＬ。。样品中检出沙门　再利用，检测结果严重滞后于生产，一旦出现问　题，将会造成极大的浪费。产品生产过程的控制　难度较大，同一产品不同批次的品质、风味差异　较大，难以实现标准化ｕ　。对于发酵食品来说，发　酵液中常存在对酶干扰的物质　。并且多数不是清　氏菌５３个１６］。向四海等研究了使用表面等离子体　谐振ＳＰＲ一２０００生化分析仪检测金黄色葡萄球菌　肠毒素Ｂ（ＳＥＢ）与羊单克隆抗体ＩｇＧ的免疫吸附反　应　１。葛晶等根据大肠杆菌抗体的免疫吸附反应，　使用ＳＰＲ生物传感器快速检测大肠杆菌Ｅ．ｃｏｌｉ　澈透明的，常规的光谱方法不适于测定发酵液中的　物质，但生物传感器对这些情况有较好的适应　性，并且应用很广泛。Ｒａｓｏｏｌｙ使用ＳＰＲ生物传感　０１５７：Ｈ７，采用亲和素一生物素系统放大检测的响　应信号，并引入复合抗体作为二次抗体，使该传　感器对大肠杆菌的检测限南１０　ｃｆｕ・ｍＬ。。下降到　器快速检测出了食物中葡萄球菌肠毒素Ｂ（ＳＥＢ）的　收稿日期：２００９—１２—０１　基金项目：黑龙江省科技计划项目（ＧＡ０７Ｂ４０１—４）　作者简介：初国超（１９８４一），女，硕士研究生，研究方向为农产品加ｒ。　｛通讯作者：郑先哲，教授，博士生导师，研究方向为农产品加］　。Ｅ－ｍａｉｈ　ｚｈｅｎｇｘｚ２Ｏ０６＠ｙａｈｏ　ＣＯＩｌ１．ｔ。１／　

东北农业大学学报　第４２卷　１０’ｃｆｕ・ｍＬ　。　杂、体积庞大、成本高、不能用于现场在线监测等　缺点，大多局限于实验室内使用，并且各大公司研　究的主流方向是开发通用型的高精尖实验室仪器，　表面等离子共振生物传感器（Ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＳＰＲ）依据表面等离子共振原理，将已　知的生物分子固定在５０　ｎｍ的Ａｕ膜表面，加入与其　互补的目标生物分子，在应用ＳＰＲ生物传感器的过　程中，两者结合（杂交）将使Ａｕ膜与溶液界面的反　射光强度变化，折射率上升，从而导致共振角改　变，根据共振角的改变程度，由光电探测器检测这　针对对象主要是科研单位和大型制药公司等，不能　满足发酵食品在线检测的要求ｕ　。因此，研究一种　小型ＳＰＲ检测仪器，使之能够满足高灵敏、现场在　线和低成本的检测要求，既符合市场需求，也具有　十分重要的社会和经济意义。　种连续变化，进而分析被测物的浓度　。与传统　的检测技术如超速离心、荧光法、热量测定法等相　比，ＳＰＲ生物传感器具有如下显著特点：①样品　需要量极少，一般一个表面仅需约１　Ｐ．ｇ蛋白配　１　生物传感器连续取样和检测装置　议计思蛤　由于ＳＰＲ生物传感器的高灵敏性对实验人员的　操作要求很高，人工操作时的抖动、每次检测时传　体；②检测过程方便快捷，灵敏度高；③大多数　情况下，不需对样品进行预处理；④由于ＳＰＲ是　基于对未穿透样品的反射光的测量，所以检测能在　感器固定位置的不确定等都不可避免的对检测结果　造成影响；并且操作人员直接接触含有细菌的样品　混浊的甚至不透明的样品中进行。　由于生物传感器具有这些优点，适用于对发酵　液进行细菌检测。但目前国内外研制的ＳＰＲ监测分　析系统基本上都是大型专业化仪器，存在结构复　会造成自身安全隐患，并且易污染样品。所以，针　对实际检测时存在上述的问题，结合ＳＰＲ生物传感　器检测样品时的工艺要求，对取样检测装置进行设　计。具体流程见图１。　匿网　图１　ＳＰＲ生物传感器检测微生物的流程　Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｙ　ＳＰＲ　Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　里　设计的装置与ＳＰＲ生物传感器相配合用以检测　酸菜液内微生物的含量，其工作过程及结构与检　测工艺流程相匹配，从而实现从人工操作到自动　操作的转化。应用ＳＰＲ生物传感器检测的操作步骤　如图１所示，在符合检测原理的前提下，要保证各　测定步骤的连续性。　２储液检测装置的结构设计　ＳＰＲ生物传感器的检测主要有浸泡和流通池　两种方法，由于流通池法的液体进出管口径较小　（见图２中的上、下两根黑色塑料管），对被检测　图２带有流通池的传感器头　Ｆｉｇ．２　Ｓｅｎｓｏｒ　ｈｅａｄ　ｗｉｔｈ　ａ　ｌｏｗ　ｃｅｌｆｌ　液体要求很高，如含有大颗粒物质极易堵塞管　路，检测范围受到限制，因此本设计采用浸泡　法。　综合各方面因素，利用浸泡式检测形式的特　点，模仿人手操作的结构，结合ＳＰＲ生物传感器的　检测工艺流程，对储液检测装置进行设计，具体　

第５期　初国超等：ＳＰＲ生物传感器连续取样和检测装置研制　结构如图３所示。本储液检测装置的主要结构包　括：　①定位及取样机构固定ＳＰＲ生物传感器，实　现ＳＰＲ生物传感器的浸泡式检测。　②储液机构与ＳＰＲ生物传感器的检测过程相　配合，并且转动方向与检测步骤相同。　③传动机构将检测步骤与传感器运动相连　接，保证ＳＰＲ生物传感器的运动过程与检测步骤相　配合，完成浸泡式检测。　一＿．ｌ－＿　Ｉ　ｌ　Ｉ　／　ｌ｜／　　ｌ　＿　Ｉ　Ｊ　・　Ｊ　Ｊ　ｒＪ　　ｌｌ　ｔ　　ｌ　＿Ｉ　●　Ｉ　Ｉ　・　‘ｌ／　Ｉ　１　／　．　／Ｉ　／　Ｉ　１一传感器夹具座；２－夹具；３－定位片；４一储液盘；５一棘轮；６一棘爪；　７一导轨；８－丝杠齿轮轴；９－一级传动齿轮轴；　】Ｏ一二级传动齿轮轴；ｌ　１一架板　１－Ｆｉｘｔｕｒｅ　ｂａｓｅ　ｉｆｘｉｎｇ　ｓｅｎｓｏｒ；２－Ｆｉｘｔｕｒｅ；３－Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｉｆｌｍ；　４－Ｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　ｄｉｓｃ；５－Ｒａｔｃｈｅｔ　ｗｈｅｅｌ；６－Ｐａｗｌ；７－Ｇｕｉｄｅｗａｙ；　８－Ｓｃｒｅｗ　ｇｅａｒ　ｓｈａｆｔ；９－Ｓｈａｆｔ　ｆｏｒ　ｏｎｅ　ｓｔａｇｅ　ｇｅａｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；　１０一Ｓｈａｆｔ　ｆｏｒ　ｔｗｏ　ｓｔａｇｅ　ｇｅａｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；１　ｌ—Ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ　ｐｌａｎｅ　图３　ＳＰＲ生物传感器检测装置总体结构　Ｆｉｇ．３　Ｏｖｅｒａｌｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ＳＰＲ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　２．１定位夹持机构的设计　ＳＰＲ生物传感器的浸泡式检测需要人手固定扶　持，在检测过程中，人手会产生生理性抖动，影　响检测结果的准确性与精度。针对这些问题，本　装置设计定位夹持机构，本机构是模仿人手捏住　的方式进行夹持，添加定位片对传感器的位置进　行固定，可以防止在检测过程中因晃动影响检测　结果。南图４可知，传感器头的外形、厚度较小，　外壳为非金属材料、硬度较小，易受到损坏，且　浸泡式检测时要求金膜（图４中部矩形区域）为水平　状态，所以设计中采用弹簧柔性夹紧，夹紧力施　加在传感器头的插座上，并且增设定位片进行定　位，具体设计方案如图５所示。　定位夹持机构包括四部分：上夹具、下夹　具、定位片和扭转弹簧。通过扭转弹簧将上下夹　具连接，利用弹簧的弹性形变的特性，实现对传　感器的夹紧。定位夹紧机构的设计在保证传感器　头使用稳定的同时，提高了其传感作用区的定位　检测精度。从而进一步保证检测结果的准确性。　图４传感器头及其插座　Ｆｉｇ．４　Ｓｅｎｓｏｒ　ｈｅａｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｓｏｃｋｅｔ　４　（ａ）定位夹具结构　（ａ）Ｏｒｉｅｎｔｉｎｇ　ｆｉｘｔｕｒｅｉａｇｒａｍ　ｌ　２　３　４　５　６　（ｂ）夹具定位夹持机构实物　（ｂ）Ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｂｊｅｃｔ　ｏｆ　ｉｆｘｔｕｒｅ　ｏｒｉｅｎｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｉｆｘｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｌ一上夹具；２－弹簧；３－下央具；４一定位片；　５一夹具座；６－丝杠齿轮轴；７一导轨　１－Ｕｐｐｅｒ　ｉｆｘｔｕｒｅ；２－Ｓｐｒｉｎｇ；３－Ｌｏｗｅｒ　ｆｉｘｔｕｒｅ；４一Ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ；　５－Ｆｉｘｔｕｒｅ　ｂａｓｅ；６一Ｓｃｒｅｗ　ｇｅａｒ　ｓｈａｆｔ；７－Ｇｕｉｄｅｗａｙ　图５夹具定位夹持机构　Ｆｉｇ．５　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｆｉｘｔｕｒｅ　

东北农业大学学报　第４２卷　２．２连续取样机构的设计　①选用的梯形螺纹的强度和对中性较好，可　以消除因磨损而造成的间隙，这样既可以增加传　连续取样机构是保证整个装置准确检测的核　心部分，作用是配合各检测步骤，适时升降传感　器头，完成传感器浸入法检测过程。ＳＰＲ传感器作　感器升降的稳定性，同时又能较好的保证升降位　移的准确性（图５（ｂ）和图６中的螺纹）。　用区的面积较小，且在检测时要求传感器稳定升　降，并使传感器头浸入到液面下要求的深度，考　②螺母一侧采用Ｔ型结构（见图６），使螺母仅　具有１个自由度，即沿轴向的移动，保证了同轴的　对中性。　虑到传感器的运动方式和运动稳定性，选择螺杆　螺母副的滑动螺旋传动方式，主要参数为：公称　③设计有与夹具Ｔ型结构相配合的Ｔ型导轨　直径２０　ｍｍ，螺纹长度４０　ｍｍ，旋向为右，节距　４　ｍｍ，螺母厚度１０　ｍｍ，从而保证运动过程稳定　性和检测结果准确性。　具体设计方案（见图５（ｂ）、６和７）：　１一传感器夹具座；２一丝杠齿轮传动轴　１－Ｆｉｘｔｕｒｅ　ｂａｓｅ　ｆｉｘｅｄ　ｓｅｎｓｏｒ；２－Ｓｃｒｅｗ　ｇｅａｒ　ｓｈａｆｔ　图６螺杆螺母传动结构　Ｆｉｇ．６　Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｓｃｒｅｗ　ｄｒｉｖｅ　｛　＼　厂—　一　１一传感器夹具座；２－导轨　ｌ－Ｆｉｘｔｕｒｅ　ｂａｓｅ　ｆｉｘｅｄ　ｓｅｎｓｏｒ；２一Ｇｕｉｄｅｗａｙ　图７导轨与夹具座配合　Ｆｉｇ．７　Ｂｌｏｃｋ　ｄｉａｇｒａｍ　ｗｉｔｈ　ｒａｉｌｓ　ａｎｄ　ｆｉｘｔｕｒｅｓ　（如图５（ｂ）和图７所示），对螺母起到导向作用，同　时限制了螺杆（即丝杠传动轴）的挠性变形，起到　了问接固定螺杆的作用。　④从实用性和强度要求方面考虑，螺杆材料　采用强度和硬度较高的尼龙，螺母选用相对较软　的聚四氟乙烯（Ｆ４）材料，这样可满足装置质量和　检测工艺的要求。　如图６和图７所示，连续检测机构包括三部　分：传感器夹具座、丝杠齿轮传动轴和导轨。传　感器夹具座通过内螺纹与丝杠齿轮轴上部的螺杆　相配合，通过丝杠齿轮轴的往复转动，带动传感　器夹具座实现上升和下降运动，夹具座上装有ＳＰＲ　传感器的定位夹持机构，从而实现了ＳＰＲ生物传感　器的浸泡式检测方法。传感器夹具座上的Ｔ型结构　与导轨上的Ｔ型槽相配合的，通过固定导轨，对夹　具座起到约束作用，使其只能轴向运动，保证传　感器运动的精确性。　２．３储液机构的设计　设计储液机构时，主要解决两方面问题：材　料选择、与ＳＰＲ生物传感器配合方式确定。储液机　构盛装的液体，除了待检测的样品外，还有生物　和化学试剂。因此既要防止承载器具污染试剂，　还要避免试剂腐蚀器具。通过分析多种材料的耐　腐及强度特性，选择Ｆ４作为储液机构的材料。Ｆ４　具有较强的防腐性能，还可以融入其他材质加强　其硬度和强度，以满足承载等方面的要求。　储液机构的结构特点：采用圆盘结构（见图　８），配有与检测步骤数相同的储液槽（１５个槽），　通过棘轮结构的转动带动其旋转参数为：齿数１５　ｍｍ，模数４　ｍｍ，齿距１５．５７　ｍｍ，齿高３．５　ｍｍ，　顶圆直径６０　ｍｍ。实现单向周期循环运动。棘轮　有ｌ５个齿，与储液盘的槽数相同，并且二者之间　为过盈配合，这使得棘轮每转过一个齿，储液盘　恰好转过一个储液槽，这样既实现了与ＳＰＲ生物　

第５期　仞国超等：５ＰＲ生物传感器连续取样和检测装置研制　传感器检测顺序的配合，又避免了试剂的频繁更　换。　只在存放待检测样品的槽上设置注液口，可　以在一个样品检完排出后，直接注入下一个待检　样品，这样可避免人手直接接触待检测样，保证　了操作人员的安全，同时又防止样品的污染。　／１／２　．　亡ｊ　Ｐ　．　．　ｌＪ’　星茎訇Ｆ／／／￣　／　（ａ）储液机构结构　（ａ）Ｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ　ｄＪａｇｒａｒａ　（ｂ）储液机构实物　（ｂ）Ｍａｔｅｒｉａｌ　ｏｂｊｅｃｔ　ｏｆ　Ｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｌ一储液盘；２－棘轮　１－Ｒｅｓｅｒｖｉｎｇ　ｌｉｑｕｉｄ　ｄｉｓｃ；２－Ｒａｔｃｈｅｔ　ｗｈｅｅｌ　图８储液机构　Ｆｉｇ．８　Ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｒｅｓｅｒｖｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　２．４传动机构的设计　２．４．１结构的分析　传动机构是整个装置的执行部分，可实现ＳＰＲ　生物传感器的往复运动与储液盘单向转动相配　合，保证实现浸入式检测。图９是螺旋传动、齿轮　传动和棘轮相结合的多级传动结构简图。运动和　转矩由输入轴（丝杠齿轮轴）输入，输人轴上同结　有螺杆和输入齿轮ｚ１，螺杆带动螺母上下移动，　齿轮ｚ１带动齿轮ｚ２，ｚ２固结在传动轴１（一级传动　齿轮轴）上，同时使固结在传动轴１上的齿轮ｚ３转　动，ｚ３带动固结在传动轴２（二级传动齿轮轴）上的　齿轮ｚ４转动，驱使铰链在ｚ４上的棘爪与其一起运　动，并推动空套在传动轴２上棘轮转动，从而使与　棘轮相连的储液盘相应转动。通过输入轴顺、逆　两向转动，从而实现夹具的上升与下降。传动机　构的传动原理如图１０所示。南于整个传动输入为　往复运动，而输出为单向运动，因此，输出端采　用棘轮机构，从而实现步进的间歇运动，当输入　轴反向转动、夹具上升时，止回棘爪制动棘轮，　最终使储液盘只能单向旋转。　输　图９多级传动　Ｆｉｇ．９　Ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　图１０多级传动原理分析　Ｆｉｇ．１０　Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆ　ｍｕｌｔｉ—ｌｅｖｅｌ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　２．４．２传动比及运动分析　传动机构工作时，夹具每升降１次储液盘转过　１个槽，棘轮设计有１５个棘齿以配合储液盘的１５　个槽。考虑到整个装置的结构尺寸、夹具的升降　位移以及稳定性等因素，选择螺杆传动（螺杆具体　参数见表１），每转动２周，夹具上升或下降１次，　因齿轮传动精度高、稳定性好，所以采用此传动　

东北农业大学学报　第４２卷　各齿轮之间　方式进行多级传动，总传动比为３０。　过编程控制电机的正反转及间歇时间，实现与试验　步骤相配合的自动检测目的，并且通过按键可以根　据需要对间歇时间进行调整。在自动运行时能通过　的传动啮合、速度关系如图ｌ０所示。　根据传动误差和回差最小的原则，　确定最佳传　动级数为：　ｎ＝１．１１ｌｇｉ＝１．１１ｌｇ３０　１．６４　一显示屏直观的观察检测系统运行情况，能够手动停　（１）　止。　般单级传动级数不超过８，圆整ｎ到接近的　整数值，即取ｎ＝２。　输入齿轮ｚ．与齿轮ｚ。间的传动比为：　。２：∞　／ｔｏ２＝－ｚ２　．　（２）　式中：ｚ，，　一分别为齿轮Ｚ。和Ｚ　的齿数。　ｉ３４＝ｔＯ３／ｔｏ４＝ｔｏＪ￣ｏ４＝ｚｄｚ３　（３）　式中：ｇ３，ｇ４一分别为齿轮ｚ　和Ｚ　的齿数；　且整个传动系统的总传动比为：　：．ｉ　：３０　（４）　从传动的平稳性及精度方面考虑，两级传动比　差距不宜过大，故选择　５，　６。根据机械设计　手册要求，一般渐开线圆柱直齿轮　。常用取值范围　为１７≤　≤２８，取ｚ。＝２０。各齿轮的具体参数如表　３，这样可以确定齿轮上各啮合点及连接点的速度　关系。图１０中０　点为棘爪在齿轮ｚ　上位置。　表１各齿轮传动的参数　Ｔａｂｌｅ　１　Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｇｅａｒ　ｄｒｉｖｅ　２．５控制系统的设计　对上述各部件进行组装，得到如图１　１所示的　检测装置，通过自行设计的单片机控制系统，可以　按照试验步骤要求实现自动检测。整套控制系统由　电机驱动模块、微控制器模块、显示模块、按键、　电源及步进电机等部分组成（见图１　１中１３—１８），通　ｌ一架板；２一储液盘；３一制动棘爪架；４一棘轮；５一二级传动齿轮轴；　６一传感器；７一一级传动齿轮轴；８－夹具；９－夹具座；ｌ０一丝杠齿轮轴；　１１一导轨；１２一联轴器；１３一电源；１４一步进电机；１５一电机驱动模块；　ｌ６一微控制器模块；１７一显示模块；１８一按键　１－Ｓｕｐｐｏｓｉｎｇ　ｐｌａｎｅ；２－Ｒｅｓｖｅｒｉｎｇ　ｄｉｓｃ；３－Ｂｒａｋｉｎｇ　ｐａｗｌ　ｈｏｌｄｅｒ；　４－Ｒａｔｃｈｅｔ　ｗｈｅｅｌ；５－Ｓｈａｆｔ　ｆｏｒ　ｓｅｃｏｎｄ　ｓｔａｇｅ　ｇｅａｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；　６－Ｓｅｎｓｏｒ；７－Ｓｈａｆｔ　ｏｆｒ　ｉｆｒｓｔ　ｓｔａｇｅ　ｇｅａｒ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ；８－Ｆｉｘｔｕｒｅ；　９－Ｆｉｘｔｕｒｅ　ｂａｓｅ；１０－Ｓｃｒｅｗ　ｇｅａｒ　ｓｈａｆｔ；１　ｌ－Ｇｕｉｄｅｗａｙ；１２－Ｃｏｕｐｌｉｎｇ　１３——Ｐｏｗｅｒ；１４——Ｓｔｅｐ　ｍｏｔｏｒ；１５——Ｍｏｄｕｌｅ　ｄｒｉｖｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ；　１６一Ｍｏｄｕｌｅ　ｏｆ　ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；１７－Ｄｉｓｐｌａｙ　ｍｏｄｕｌｅ；１８－ｋｅｙ　图ｌｌ检测装置及控制系统实物　Ｆｉｇ．１１　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｃｈａｒｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　３　酸菜液中大肠杆菌浓度测定　３．１试验目的及方法　应用本套装置与ＳＰＲ生物传感器器相配合，对　随机选取的酸菜液进行大肠杆菌（Ｅ　ｃｏｌｉ　Ｏ１５７）含量　的检测，并对检测结果进行分析，得出其中大肠杆　菌Ｅ　ｃｏｌｉ　０１５７的浓度值，并与实验室常规方法的　检测结果进行比较，验证测量结果的准确性及装置　的可用性。　３．２试验内容　３．２．１试验方法与步骤　采用美国Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ公司生产的集成化　手持式Ｓｐｒｅｅｔａ　ＳＰＲ传感器。将事先配制好的试剂　装入储液盘相应的槽内，把传感器固定于传感器夹　具上，调试好后，实施如下检测步骤：　①校准传感器，在空气中的ｉｎｄｅｘ值为０；　②去离子水中的ｉｎｄｅｘ值为１．３３３。　

第５期　初国超等：ＳＰＲ生物传感器连续取样和检测装置研制　③清洗传感器金膜表面，将传感器金膜表面　浸入１０　ｍＬ　０．１　ｍｏｌ・Ｌ～ＮａＯＨ　ｉｎ　Ｈ２Ｏ溶液中３　ｍｉｎ；　④将传感器浸入１０　ｍＬ磷酸盐缓冲液（ＰＢＳ）３　ｍｉｎ；　⑤结合亲和素，将传感器浸入１０　ｍＬ亲和素　（ＮｅｕｔｒＡｖｉｄｉｎ）３　ｍｉｎ；　⑥冲洗过量的亲和素（ＮｅｕｔｒＡｖｉｄｉｎ），将传感　器浸入１０　ｍＬ　ＰＢＳ　３　ａｒｉｎ：　⑦结合抗体，将传感器浸入１０　ｍＬ　３００　ｇ・ｍＬ　生物素化抗体（Ａｎｔｉｂｏｄｖ）中１０　ｍｉｎ；　⑧冲洗游离的抗体，将传感器浸入１０　ｍＬ　０，１　ｍｏｌ・Ｌ。。ＮａＯＨ　ｉｎ　ＰＢＳ中２　ｍｉｎ；　⑨将传感器浸入１０　ｍＬ　０．１　ｍｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ　ｉｎ　ＰＢＳ中２　ａｒｉｎ；　⑩将传感器浸入１０　ｍＬ牛血清白蛋白（ＢＳＡ）中　２ｍｉｎ；　⑩将传感器浸入１０　ｍＬ　０．１　ｔｏｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ　ｉｎ　ＰＢＳ中２ｍｉｎ；　⑥抗原抗体结合，将传感器浸入１０　ｍＬ不同　菌浓度样品中３　ａｒｉｎ。停止检测，保存数据；　⑥清洗金膜，将传感器浸入１０　ｍＬ　ＰＢＳ中５　ｍｉｎ；　⑩将传感器金膜表面浸入１０　ｍＬ　０．１　ｔｏｏｌ・Ｌ　ＮａＯＨ　ｉｎ　Ｈ２Ｏ中７　ｍｉｎ。　⑥晾干传感器头以便循环使用。　试验各步骤之间的转换及检测时问通过本装　置的控制系统自动控制，待检测样品通过系统控　制由管路定时注入，无需人手工操作。其中ｌ号样　品的监测曲线如图１２所示。　琵　碍　摇　时１日Ｊ（Ｓ）　Ｔｉｍｅ　图１２　１号样品的监测曲线　Ｆｉｇ．１２　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｅ　１　步骤⑥为检测步骤，即可得到检测的折射率　值，将其平均值代入标准曲线的回归方程ｙ＝２ｘ　ｌ０　＋１．３３７９（Ｒ　＝０．９４９９）中，可以得到相应的细菌　浓度值，即测量值，重复测量样品即可得６组测量　值。　３．２．２验证实验　采用国标ＧＢ４７８９．２—９４中提到的常规检测方　法一平板菌落计数法（细菌总数的测定），对同一样　品进行检测，其检测结果作为实际值。在无菌操　作台内将待测样品做１０倍稀释，选取１：１０００、１：　１０　０００和１：１００　０００这三个稀释度，每个稀释度都　做了２个平行样。每个样品的菌落总数的稀释度选　取原则和菌落总数的详细计数方法，具体参见国　标ＧＢ４７８９．２—９４。最终得到６组实际值。　３．３试验结果与讨论　将检测试验得到的６组测量值与验证实验得到　的６组实际值进行比较分析，结果如表２所示。　表２试验数据分析　Ｔａｂｌｅ　２　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｅｓｔ　ｄａｔａ　通过分析结果可知，误差值小于５％，说明测　量值较准确，应用本套装置检测酸菜液内大肠杆　菌Ｅ．ｃｏｌｉ　０１５７是准确的、可信的。　４　结　论　本文针对现阶段发酵食品在线检测存在的问　题，分析应用ＳＰＲ生物传感器检测的优越性，结合　其检测工艺要求，研制了一个连续取样检测装　置。提出了一种多传动方式相结合的传动机构一滑　动螺旋传动、齿轮传动和棘轮间歇运动机构。讨　论了其传动原理和具体机构的实现形式，给出了　实用的传动结构。将传感器头的直线升降往复运　动与储液盘的圆周单向转动相连接，实现周期性　循环检测的性能。通过应用自行设计的控制系　统，减少了人工操作，基本实现了从人工操作向　

．９０．　东北农业大学学报　第４２卷　自动化检测的转化。并且应用本装置对酸菜发酵　液中大肠杆菌Ｅ．ｃｏｌｉ　０１５７的浓度进行了检测，并对　金黄色葡萄球菌肠毒素ＢＩ　Ｊ１．中国实验诊断学，２００３，７（３）：１９０－　１９４．　检测结果进行验证，误差值小于５％，证明了本装　置的可用性。　【参考文献】　葛晶，殷涌光，王凯．使用ＳＰＲ生物传感器快速检测大肠杆菌Ｅ　Ｃｏｌｉ　Ｏ１５７：Ｈ７［Ｊ］．吉林大学学报：工学版，２００５，３５（２）：２１４—２１８．　Ｈｏｍｏｌａ　Ｊ．Ｐｒｅｓｅｎｔ　ａｎｄ　ｆｕｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｂｉｏｓｅ—　ｎｓｏｒｓＩＪ］．Ａｎａｌ　Ｂｉｏａｎａｌ　Ｃｈｅｍ．，２００３，３７７：５２８—５３９．　赵晓君，陈焕文，宋大干，等．表面等离子体子共振传感器Ｉ：基　ｆ　１］李平兰，王成涛．发酵食品安全生产与品质控制【Ｍ】．北京：化学　工业出版社，２００５．　本原理ｌＪｌ＿分析仪器，２０００（４）：ｌ一８．　Ｍａｒｋｇｒｅｎ　Ｐ　Ｏ，Ｈａｍａｌａｔｎｅｎｍ，Ｄａｎｉｅ｜ｓｏｎ　Ｕ　Ｈ．Ｓｃｒｅｅｎｉｎｇ　ｏｆ　ｅｏｍ—　［２］牛爱地，韩建春．一株从酸菜中分离的产细菌素乳杆菌的鉴定　及其所产抑菌物质的研究『Ｊ１＿东北农业大学学报，２００９，４０（１０）：　１０４—１Ｏ８．　ｐｏｕｎｄｓ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ＨＩＶ－１　ｐｒｏｔｅｉｎａｓｅ　ｕｓｉｎｇ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ａｎａｌ　Ｂｉｏｃｈｅｍ，１９９８，２６５：３４０—３５０．　Ｃｈｉｎｏｗ　Ｓｋｙ　Ｔ　Ｍ，Ｑｕｎｎ　Ｊ　Ｇ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｒｅｅｔａ　２０００　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ａｆｆｉｎｉｔｙ　ｓｅｎｓｏｒ［Ｊ】．Ｓｅｎｓｏｒｓ　［【３］Ｒａｓｏｏｌｙ　Ａ．Ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｓｔａｐｈｙｌｏｃｏｃｃａｌ　ｅｎｔｅｒｏｔｏｘｉｎ　Ｂ　ｉｎ　ｆｏｏｄ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ　Ｐｒｏｔ，２００１，６４（１）：３７－４３．　【　【　ｆ　【　［　ａｎｄ　Ａｃｔｕａｔｏｒｓ，２００３，９１：２６６—２７４．　　【　【　［４］Ｎａｉｍｕｓｈｉｎ　Ａ　Ｎ，Ｓｏｅｌ引　ｂｅｒｇ　Ｓ　Ｄ，Ｎｇｕｙｅｎ　Ｄ　Ｋ，ｅｔ…　　ａ１．Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓｔａｐｈｙｌｏｃｃｕｓ　ａｕｒｅｕｓ　ｅｎｔｅｒｏｔｏｘｉｎ　Ｂ　ａｔ　ｆｅｍｔｏｍｏｌａｒ　ｌｅｖｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　Ｒｉｃｈ　Ｒ　Ｌ，Ｍｙｓｚｋａ　Ｄ　Ｇ．Ａｄｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆＪ］．Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｏｐｉｎｉｏｎ　ｉｎ　Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０００，１ｌ　ｍｉｎｉａｔｕｒｅ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｔｗｏ－ｃｈａｎｎｅｌ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ（ＳＰＲ）　ｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．Ｂｉｏｓｅｎｓ　Ｂｉｏｅｌｅｃｔｒｏｎ．２００２．１７（６—７）：５７３—５８４．　【５】　Ｖａｎ　ｄｅｒ　Ｇａａｇ　Ｂ，Ｓｐａｔｈ　Ｓ，Ｄｉｅｔｒｉｃｈ　Ｈ，ｅｔ　ａ１．Ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｍｙｃｏｔｏｘｉｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ｆｏｏｄ　Ｃｏｎｔｒｏ１．２００３（１４）：２５１—２５４．　［６】　Ｇｅｒｔｉｅ　Ｃ．１ｍｍｕｎｏ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ　ｇｒｏｕｐ　Ｂ，Ｄ　（１）：５４—６１．　Ｓｕｚｕｋｉ　Ｍ，Ｏｚａｗａ　Ｆ，Ｓｕｇｉｍｏｔｏ　Ｗ．Ｍ　ｉｎ　ｎａｔｕｒｅ　ｓｕｒｆａｃｅ—ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｉｍｍｕｎｏｓｅｎｓｏｒｓ－ｒａｐｉｄ　ａｎｄ　ｒｅｐｅｔｉｔｉｖｅ　ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ［Ｊ］．Ａｎａｌ　Ｂｉｏａｎａｌ　Ｃｈｅｍ．．２００２．３７２：３０１—３ｏ４．　Ｇａｏ　Ｙ　Ｌ，Ｌｉ　Ｊ　Ｃ，Ｈｕｏ　Ｇ　Ｃ，ｅｔ　ａ１．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ａｎｄ　Ｅ　ｕｓｉｎｇ　ａｎ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．　Ｆｅｍｓ　Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００３，（２２２）：１　９７—２００．　ｂｉｏｓｅｎｓｏｒｓ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ：Ｅｎｇ—　ｌｉｓｈ　Ｅｄｉｔｉｏｎ，２００８，１５（２）：８０－８３．　【７】向四海，崔大付，蔡浩原，等．利用表面等离子体谐振技术检测　，一一一一一一一一一一…一一一一一一一一一…一…一…一…一　、　・东北农业大学科技动态・　黑龙江省科技援藏项目“种草养畜与推广青贮饲草技术”取得阶段性成果　我校连续６年主持的黑龙江省科技援藏项目“种草养畜与推广青贮饲草技术”已取得阶段性成果，并因技术实！　用、效益明显得到了当地农牧民群众的欢迎。该项目早在６年前就已经开始了西藏地区牧草选种、高产栽培技术和；　加工技术的研究，并取得了重要成果，获日喀则地区有史以来第一个科技进步特等奖，为西藏地区牧草产业化发展？　奠定了坚实的技术基础。　ｉ　４月２６日至５月８日，项目组负责人崔国文教授对１３喀则市东嘎乡的３８９０亩种子基地进行了现场指导。在种子；　基地，负责该项工程建设的日喀则地区行署副专员欧珠卓玛说，随着载畜量的增加和自然草原的退化，草畜矛盾非？　常突出，已经严重影响到了农牧民的生活。目前青稞的价格为２元，公斤，而干草的价格已经达到３－４元，公斤，发ｉ　展牧草产业化已经迫在眉睫，该项目的实施将大力推进当地牧草产业的发展。　ｉ　据悉，该项目得到了西藏日喀则地区行署的热烈欢迎和全力支持，计划利用现有的水利工程和低产田改造项目：　资金，通过雅鲁藏布江提水工程建设，在江南岸新建５０万亩耕地，其中１０万亩专门用于牧草产业化示范基地的实：　施用地。根据我校的总体要求，科技处会同课题组专家，根据项目的进展现状和西藏的具体需求，对科技援藏项目！　提出了新的发展目标。在“十二五”期问，要在我省对Ｅｌ援建的西藏日喀则地区建立西藏第一个规模化牧草产业化生ｉ　产示范基地，面积ｌ０万亩，年产优质干草６万吨以上，将为当地年创产值达到１．２亿元，年增收１８００万元以上，通：　过主动工作，积极沟通，力争得到省援藏办公室的进一步支持。　●　◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．．．◆．◆．◆．．－．－．．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆．◆。．．◆－．－．－．－¨－．．．－．－．－．．！　／’