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原文传递基于LOC的船舶典型水污染物检测技术研究

论文题名：	基于LOC的船舶典型水污染物检测技术研究
关键词：	船舶压载水;船舶油污水;快速检测;微流控芯片
摘要：	船舶水污染物中携带的有害水生物及油类污染物在排放到其他海域后，会破坏当地海洋生态系统，危害人类健康。为了加强船舶水污染物的风险防控，国际海事组织建议港口国船舶安全检查员对进港船舶进行污染物快速检测。本文围绕船舶典型水污染物-船舶压载水中的微藻、病原菌以及船舶油污水中的微油滴在现场快速检测中存在的关键问题，开展了单微藻活性定量表征、微藻细胞双模式同步成像、病原菌抗原蛋白特异性识别以及微油滴组分分析等关键技术的研究工作，研发了基于微流控芯片的船舶典型水污染物快速检测成套技术及系统。主要创新性研究成果如下：　　(1) 提出了船舶压载水微藻活性快速检测技术。研究了微藻细胞荧光产率的可变性因素，提出了单微藻细胞活性定量表征方法，以相对荧光产率的方式将数据归一化处理，对分属不同藻门的微藻细胞进行了测试，获得了细胞活性与相对荧光产率之间的关系，实现了不同种类微藻细胞荧光标定的统一定量。构建了叶绿素荧光脉冲信号的数学模型，与其他荧光信号的拟合曲线进行了对比，分析了荧光增强及衰减的动力学特性与其能量分配机制、光合电子传递的活化、质子的跨膜输运和受体池的消耗等生理调节过程的关系，总结了叶绿素荧光信号的曲线变化规律，实现了对微藻细胞叶绿素荧光信号的特异性识别。以微流控芯片作为检测微平台，设计并构建了船舶压载水微藻活性快速检测系统，能够在10 min内对水样中活的微藻细胞进行快速定量计数，检测精度达到1个/10 mL，满足《国际船舶压载水及沉积物管理与控制公约》的要求。　　(2) 提出了船舶压载水微藻细胞成像技术。分析了微通道内流体的运动学规律，提出了微流体步进式定频驱动方法，设计了基于微型泵阀的小型化液路模块，使样品和鞘液充分混匀后步进式平铺上样。设计了横走式全反射快门集成光路，利用电子控制横走式快门联动不同角度的反光镜，瞬时切换明场光路和荧光场光路，使激发光在明场模式及荧光场模式下均能准直入射检测区域，在细胞流动状态下进行明场及荧光场的双模式同步成像，实现了双光路的小型化集成。以微流控芯片作为成像微平台，设计并构建了船舶压载水微藻细胞成像系统，实现了对水样中微藻细胞的形态学识别。　　(3) 提出了船舶压载水病原菌快速检测技术。研究了高分子材料的接触起电效应，提出了膜材联动式静电自组装方法，设计了自组装微流控芯片，利用膜材之间的联动设计，使阻隔膜的移动联动着芯片内部的结构变化，在基片的弹力以及接触起电引起的静电吸附力共同作用下，使芯片即时键合，实现了芯片的即撕即用。提出了微流体多步反应并联驱动方法，对不同粘度的溶液进行了流动性测试，在芯片内部自动化驱动样品与预储试剂的转移、混合等一系列流程，使每个步骤中反应所需的物料都能够足量且高效地转移。设计并构建了船舶压载水病原菌快速检测系统，实现了对水样中病原菌抗原蛋白的快速定量检测。　　(4) 提出了船舶油污水微油滴分析技术。研究了烷烃的碳氢键数与其物理性质之间的关系，分析了微油滴的全息图中三个最重要的特征参数-中央亮斑的面积、一级暗条纹的面积以及灰度差的可变性因素，提出了无透镜全息成像微油滴分析方法，总结了微油滴属性与全息图特征参数之间的关系，讨论了微油滴的悬浮高度、表面特性以及微量掺杂对全息图特征参数的影响。以微流控芯片作为检测平台，设计并构建了船舶油污水微油滴分析系统，实现了对水样中微油滴属性的分析。
作者：	丁格格
专业：	信息与通信工程
导师：	王俊生
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连海事大学
学位年度：	2022