基于生物傳感器的農藥殘留檢測儀開發與推廣示范
成果概況
成果類別: | 應用技術 | 體現形式: | 新技術 | 課題來源: | 國家科技計劃 |
起止時間: | 2012.01 至2015.04 | 研究形式: | 獨立研究 | 所處階段: | 中期階段 |
成果屬性: | 國內技術二次開發 |
成果簡介
(一)課題來源與背景
在我國,農產品中農藥殘留量過高,嚴重危害到國民健康。發達國家對進口農產品設定的檢測標準也日趨嚴格,嚴重影響到我國農產品的出口。隨著經濟發展和人民生活水平的提高,“安全”、“健康”成為民眾食品消費的主題。為此,加速健全農產品質量安全保障體系、建立有效的監督檢測機制已成為我國目前食品安全管理的首要任務。由于我國檢測部門普遍使用的快速檢測儀器檢測靈敏度低、取樣量大、檢測時間長,不利于現場檢測和推廣普及,迫切需要一種快速、高效的農藥殘留檢測儀器。因此,發展可靠、便攜、精確的農產品快速安全檢測技術和產品有著廣闊的市場前景。
在這樣的背景下,我們2010年開始了相關內容的研究,天津農學院工程技術學院(當時的名稱為機電工程系,下同)在2011年底以主持人為張偉玉教授提出了基于生物傳感器的農藥殘留檢測儀開發與推廣示范的國家星火計劃項目申請,得到了國家科技部的批準,2012年10月18日頒發了立項證書,項目號:2012GA610032。
(二)技術原理及性能
把含有抗原或抗體生物膜固定在石英晶體土,抗原與抗體結合后生物膜的質量會發生的變化會引起石英晶體諧振頻率的變化,以此原理開發出了能夠對有機氯、有機磷等殺蟲和殺菌劑進行檢測的壓電晶體式生物傳感器,進行傳感器測量電路及測量方法的設計和優化后,最終開發出具有自主知識產權的、符合國標《GB5009.199-2003》和農業部《NY/T761-2008》標準的農藥殘留快速檢測儀。對甲胺磷、氧化樂果、敵敵畏和西維因的檢出限分別為0.005~0.1、0.005~0.1、0.05~1和0.05~5(mg/kg)
(三)技術的創造性與先進性
諧振式傳感器的零點輸出具有一定的初始頻率,測量參數引起的頻率變化量比初始頻率小很多。怎樣高分辨率測量有一定初始頻率的小頻率增量問題國內外一直未能很好地解決。本項目從高分辨率測量諧振式傳感器輸出信號入手,對小頻率增量的測量方法、邏輯混(差)頻器的輸入輸出特性、頻率測量的方法及算法進行了深入研究,并取得以下創新成果:
1、提出了一種對壓電式生物傳感器進行高分辨率測量的方法。
2、理論上研究了D觸發器差頻器的輸入輸出特性;提出了輸入信號需要滿足的條件,找出了產生測量誤差的主要原因;提出了為減少誤差,輸入信號與D觸發器的連接方式及參考信號的取值范圍;通過對測量數據的有機取舍,得到了比較高的測量分辨率。
3、理論上研究了邏輯門混頻器的混頻特性,進行了歸類,選出了作為混頻器的最佳邏輯門;在此基礎上,通過理論分析,提出了基于異或門,僅使用一階RC濾波器、特性優良的差頻電路,并通過實驗驗證了理論的正確性。
4、通過理論分析,提出了一種電路簡單、測量分辨率高的連續計數間隔標記的頻率測量方法及算法(標記法),并通過實驗對理論進行了驗證。
5、進行了諧振式傳感器高分辨率測量方法的比較。使用D觸發器對待測信號和參考信號進行差頻,以D觸發器輸出信號的周期為閘門,連續對基準信號進行計數,得到測量數組,對測量數組中的數據進行有機取舍,能得到較高的測量分辨率且電路簡單,可供使用諧振式傳感器的有高溫和高可靠性要求的現場儀器儀表使用;標記法的測量分辨率遠遠高于混(差)頻法,在進行一定的技術實現方法完善后,有望成為一種電路簡單、成本低、高分辨率的頻率測量方法,應用前景相當廣闊。
(四)技術的成熟度,適用范圍和安全性
技術處于小批量試生產階段,還有許多方面需要完善。能快速、安全的檢測果蔬中有機磷和氨基甲酸酯類農藥的含量,在各級蔬菜檢測中心、集貿市場、超市、蔬菜種植基地、飯店等單位對果蔬中的農藥殘留進行檢測。
(五)應用情況及存在的問題
本項目在已有技術的基礎上,進行了技術的理論與實踐完善,開發出了能對有機氯、有機磷等殺蟲和殺菌劑進行檢測的壓電晶體式生物傳感器,進行傳感器測量電路設計,最終開發出具有自主知識產權的農藥殘留快速檢測儀,能快速檢測果蔬中有機磷和氨基甲酸酯類農藥的含量,可廣泛應用于蔬菜、水果、茶葉、糧食、水及土壤中的有機磷和氨基甲酸酯類農藥殘毒含量的檢測,特別適用于農業基地和專業戶采摘前速測,農貿批發市場、蔬菜配送中心現場速測,超市、菜場、酒樓、食堂、家庭果蔬加工前速測,還適用于農產品無公害監督檢測中心、工商局、技術監督局等,社會效益顯著。未來幾年,國內整個蔬菜水果類農產品農藥殘留快速檢測的年市場規模將穩定在2億元左右,相信在本項目開發出的儀器進一步完善后,經濟效益也將十分巨大。
小批量生產了10臺儀器,在物美超市、人人樂超市、華潤萬家超市、紅旗農貿批發市場和天津農學院學生食堂等示范基地進行了實際試用,歷時2個月,結果表明儀器操作方便,可靠性高。
應用前景
主要應用行業: | 農、林、牧、漁業 | 知識產權形式: | 專利 |
應用狀態: | 小批量或小范圍應用 | 擬轉化方式: |
單位概況
完成單位: | 天津農學院 | ||
單位地址: | 天津市西青區津靜公路 | ||
單位電話: | 022-23792176 |
聯系方式
聯系人: | 徐大為 | 聯系人電話: | 022-23792176 | 聯系人Email: | kjc@tjau.edu.cn |
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