水质预测预警模型研究

二十一世纪水资源正逐渐变为一种稀缺的宝贵资源,水环境安全不仅仅关乎到资源和生态问题,更与国家经济、社会的可持续发展和长治久安等重大战略问题息息相关。然而随着社会的进步,面临着人口的急速加剧以及工业化进程的不断加快,突发性水污染事件引起的水质恶化现象频繁发生,严重破环了水环境和生态平衡,给人类的财产和生命安全带来严重威胁。随着水环境安全形势日益严峻,针对水质指标多参数的预测预警模型已成为人类广泛关注的焦点。本文综述了当前水质监测、预测以及预警技术的研究热点,并展望了其未来发展方向,为后续建立水质预测预警体系奠定基础。

食品安全快速检测技术研究进展

食品安全关系人民群众生命安全与社会的长治久安,保障食品安全是民生工程、民心工程,更是一项重大而艰巨的政治任务。进入新时代,人民群众日益增长的美好生活需要对食品安全提出新的要求。食品安全检测技术对我国的食品安全意义重大,但传统大型的、检测时间长的食品检测已不能满足当前需求,这使得时间短、成本低的检测技术成为中国食品检测未来的发展趋势。快速检测技术将检验过程简单化、快速化,检测仪器上手容易、操作简单,近年来,随着多学科的交叉融合,食品安全快速检测技术得到了迅速的发展。本文综述了快速检测技术在食品安全领域的主要应用,列举了当前食品安全快速检测技术研究热点,并展望了其未来发展的方向。

食品腐败变质生物因素相关机制研究进展

食品腐败变质是普遍存在于食品中的自然现象,其本质上是食品中营养物质被微生物分解或活性酶降解所产生的一系列生物化学反应,感观上主要表现为颜色、气味、触感和质感等的改变,微观上主要体现在食品营养成分的分解和代谢副产物的形成。食品腐败变质的现象可由多种因素引起,而其变质的机制与化合物的释放则主要取决于食品自身的类型,研究不同种类食品腐败变质的规律及其机制对于食品腐败变质的预防和控制具有十分重要的意义。本文从食品腐败变质的生物因素、感官和化学变化、腐败变质的鉴定及预防等方面综述了近5年不同类型食品腐败变质生物因素相关机制的最新研究进展,旨在为后续有针对性地制订食品的保鲜防腐措施提供参考,从而更有效地保障食品安全。

磁分散固相萃取-酶联免疫吸附法检测金黄色葡萄球菌肠毒素A

目的 以金黄色葡萄球菌肠毒素A (staphylococcal enterotoxin A, SEA)为代表,设计并合成一种适配体修饰功能化磁性材料,与酶联免疫吸附(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测技术相结合,进一步提高检测方法灵敏度。方法 样品经SEA适配体修饰磁性微球富集后,结合SEA的ELISA试剂盒检测样品中SEA含量,建立SEA检测的磁分散固相萃取-酶联免疫吸附新方法。结果 与仅采用ELISA试剂盒测定SEA的方法相比,本研究方法的灵敏度可提高10倍,检测方法的线性范围为0.01~0.81μg/L,同时检测方法具有良好的特异性。将建立的检测方法用于牛奶中SEA的检测,回收率在84.45%~114.45%之间。结论 本方法操作简单、特异性强、灵敏度高,同时具有广泛的适用性,可通过特定适配体修饰磁性微球实现不同目标物的检测,同时适配体修饰功能化磁性材料也可与其他检测技术联合使用,提高检测的灵敏度。

磁控双色上转换荧光适配体传感器同时检测玉米和燕麦粉中的赭曲霉毒素A与玉米赤霉烯酮

目的 建立磁控双色上转换荧光法同时检测玉米和燕麦粉中赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)与玉米赤霉烯酮(zearalenone,ZEN)的含量。方法 利用溶剂热法合成了两种油酸封端的核壳型上转换纳米材料,通过表面改性法和戊二醛法制备了表面分别偶联OTA、ZEN适配体的核壳型上转换荧光探针。同时制备了表面原位生长四氧化三铁纳米颗粒的二硫化钼纳米片,作为淬灭剂。OTA、ZEN和适配体特异性结合后,通过磁分离后检测溶液的荧光强度值,从而实现OTA和ZEN的检测。结果 在最佳检测条件下,OTA与ZEN的质量浓度在0.05~500.00 ng/mL范围内与两种上转换荧光探针的荧光强度的对数值呈良好的线性关系,相关系数分别为0.9949和0.9972,对OTA的检出限为3.97×10^(-2)ng/mL,对ZEN的检出限为3.11×10^(-2)ng/mL,应用于玉米粉和燕麦粉中OTA和ZEN的检测,加标回收率为91.7%~109.4%。结论 该方法检测灵敏度较高,并具有较好的特异性,可用于玉米和燕麦粉中OTA和ZEN的高灵敏检测。

金黄色葡萄球菌β-溶血素基因缺失突变菌株构建的研究

目的:研究金黄色葡萄球菌(金葡菌)β-溶血素基因(hlb)缺失突变菌株的构建。方法:提取金葡菌COL基因组DNA,采用PCR扩增hlb基因上下游片段,构建同源重组序列;将卡那霉素抗性基因(kan)与同源重组序列连接,构建含有kan基因的同源重组序列;利用卡那霉素和氯霉素筛选获得已同源重组菌株和PCR、RTPCR和Western blot方法鉴定突变菌株中hlb基因的表达。结果:基因组PCR结果显示,突变菌株COL^(hlb)的基因组缺失hlb基因,以及进一步的RT-PCR和Western Blot结果均表明COL^(hlb)菌株不表达hlb。结论:金葡菌hlb基因敲除菌株COL^(hlb)构建成功,为β-溶血素参与金葡菌致病过程的机制研究奠定基础。

一种水质多参数监测综合信息管理系统的设计与实现

目前,现代工业迅速发展,水质问题一直是全球普遍关注的重点问题。水质监测系统发展于上个世纪七十年代初期,美、法、英、德、日等发达国家先后建立了该类系统。以往对水质参数的采集多通过人工方式测量与记录,然而该方式耗时费力,且采集获得的数据普遍具有偶然性,也不利于对水体质量进行综合分析。我国在水质自动监测、预警预报以及溯源体系建设方面还处于探索阶段,当前研发的地表水水质监测系统仍存在价格昂贵、效率欠佳、功能尚待完善等诸多弊端。

有机磷阻燃剂TDCIPP对雌性大鼠甲状腺的潜在毒性作用

目的:研究磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCIPP)对雌性大鼠甲状腺系统的潜在毒性作用及机制。方法:将32只离乳3周的雌性SD大鼠随机分为对照组(玉米油灌胃)及TDCIPP低、中、高剂量组(50、100、250 mg/kg·d,溶于玉米油)(n=8),灌胃给药21 d,每天1次。于末次给药后处死动物,取血和甲状腺、肝脏,检测血清中促甲状腺激素(TSH)、三碘甲腺原氨酸(T3),甲状腺素(T4)和游离甲状腺素(FT4)水平变化;组织切片(HE染色)用于检测甲状腺形态学病变;RT-PCR技术与Western blot技术检测与甲状腺功能相关的基因和蛋白表达的变化。结果:与对照组比较,TDCIPP染毒后大鼠甲状腺出现滤泡排列不规则、胶质变少、滤泡增生、肥大等现象,TDCIPP低剂量组的血清TSH水平和高剂量组的T3水平均显著升高(P<0.05),低剂量组促甲状腺激素受体(TSHR)mRNA表达和中、高剂量组甲状腺激素受体β(TRβ)蛋白表达均显著降低(P<0.05,P<0.01),中、高剂量组甲状腺过氧化物酶(TPO)mRNA表达显著增高(P<0.05,P<0.01),三个剂量组尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶(UGTs)、细胞色素氧化酶-3A1(CYP3A1)蛋白表达水平显著上调(P<0.05)。结论:大鼠暴露在50 mg/(kg·d)以上剂量的TDCIPP,即可以刺激甲状腺组织的增生,改变血清中甲状腺素的水平,干扰甲状腺的功能,表现出对甲状腺的毒性作用。

一种水质监测无人机的加密控制方案

相比于传统的固定式水质监测模式,全天候水质检测系统将无人机平台与检水装置有效结合,实现远程、高效的检水作业,具备环境适应能力强、机动安全等众多优势。但是在现有技术下,无人机数据通信安全问题逐渐暴露,特别是在军队卫勤保障过程中,飞行控制程序与水质监测数据安全性无法得到充分保障,已成为装备开发和使用中的潜在威胁。为解决上述问题,本研究设计了一种水质监测无人机的加密控制方案。该方案主要通过加解密单元实现水质监测数据和无人机飞行数据加密传输。水质检测无人机加密控制系统包括水质检测装置、无人机平台、地面控制装置。

水质多参数综合预警模糊数学评判算法及优化

水质预测预警作为水质监管体系中的重要一环,其对于防治水资源大面积污染、污染源精准溯源以及快速响应应急预案等具有重要指导作用,同时对于保护水环境安全、维持水资源生态平衡方面具有重要意义。然而现阶段,水质预警可选方法、参数较多,计算逻辑复杂、数据量极大。目前水质预测、预警和报警功能多通过模糊综合评判法实现,但是该方法计算复杂、步骤较多,函数设计缺乏针对性。

基于桥接DNA的实时荧光定量PCR高灵敏检测沙丁胺醇

建立一种基于免疫磁珠、桥接DNA与实时荧光定量聚合酶链式反应技术(quantitative real-time polymerase chain reaction,qPCR)相结合的高灵敏、特异性检测沙丁胺醇(salbutamol,SAL)的方法,通过抗体特异性识别两个邻位连接探针,在桥接DNA的桥接作用下将两个邻位探针连接形成全长扩增子,以此为模板进行qPCR实现信号放大。结果表明,方法检测SAL的线性范围为1.0×10^-2 ng/mL^1.0×10^3 ng/mL,检出限为1.2×10^-2 ng/mL,测定自来水及人工尿液样品中SAL的加标回收率在87.1%~111.7%之间。通过免疫磁珠提高检测的效率,通过桥联DNA提高特异性,通过变温扩增提高检测方法的灵敏度以及适用性,搭建高特异性、通用的检测平台,实现对沙丁胺醇的高灵敏检测。

无人水质监测自主巡航作业监测控制方法设计与实现

近年来,无人机技术蓬勃发展,在环境监测领域得到了充分应用。与常规人工操作与仪器监测相比,基于无人机技术的监测技术机动性灵活性均远优于其他监测模式,特别是在突发应急条件下,其具备远程、高效、安全等突出特点,在部队应急救援、战场侦察、卫勤保障中发挥了重要作用。现有的军用及民用行业级环境监测无人机的应用主要包括两种方式:搭载视频摄录装置对水污染范围、垃圾分布范围等进行调查;搭载环境空气监测仪器,对空气或烟囱废气排放状况进行气体或颗粒物浓度监测。但是,在现有技术中,水质监测无人机尚没有得到充分开发和应用,其主要原因之一是应用无人机搭载水质监测系统对水质监控报警系统的开发尚不够完善,特别是在近水面作业时,系统受风浪等环境影响较大,系统稳定性低,作业精度低、自主巡航作业性能较差。

用于超灵敏无标记检测相思子毒素的光子晶体免疫分析技术研究

目的制备了一种基于免疫分析的光子晶体传感材料,可以对相思子毒素进行无标记超灵敏检测。方法在24孔板中用附着有金纳米粒子(AuNPs)的二氧化硅微球(SiO2)通过自组装方法堆垒蛋白石光子晶体(PC),并用相思子毒素多克隆抗体(pAb)修饰光子晶体以实现传感材料对相思子毒素的特异性识别。结果在优化后的检测条件下,光子晶体衍射峰的强度随相思子毒素浓度的增加而降低。检测方法的线性范围为0.10 pg/mL至10 ng/mL,检出限为11 fg/mL。此外,饮用水和牛奶样品的加标回收实验表明,加标回收率为91.45%~113.61%。结论该传感材料不仅可以实现相思子毒素的超灵敏无标记检测,而且具有制备简便,响应迅速,操作简单等优点,在检测、诊断和监测领域具有广阔的应用前景。

一种适用于全天候水质监测的报警平台

水质监测作为水体环境监控的重要手段,对保护水体环境有重要的意义。近年来,随着无人机技术革新,其水质监测领域的应用得到逐步拓展。但现有的无人机水质监测平台仅适用于单点、单次水质检测,无法实现多无人机水质检测平台与地面控制系统、地面报警系统的互联互通。为解决上述问题,本研究设计了一种适用全天候水质监测的报警平台。该报警平台包括若干移动监测单元和监测总站,移动监测单元包括无人机、水质检测装置和地面控制装置。

无人水质监测自主巡航作业监测控制方法设计与实现

近年来,无人机技术蓬勃发展,在环境监测领域得到了充分应用。与常规人工操作与仪器监测相比,基于无人机技术的监测技术机动性灵活性均远优于其他监测模式,特别是在突发应急条件下,其具备远程、高效、安全等突出特点,在部队应急救援、战场侦察、卫勤保障中发挥了重要作用。现有的军用及民用行业级环境监测无人机的应用主要包括两种方式:搭载视频摄录装置对水污染范围、垃圾分布范围、等进行调查;搭载环境空气监测仪器,对空气或烟囱废气排放状况进行气体或颗粒物浓度监测。但是,在现有技术中,水质监测无人机尚没有得到充分开发和应用,其主要原因之一是应用无人机搭载水质监测系统对水质监控报警系统的开发尚不够完善,特别是在近水面作业时,系统受风浪等环境影响较大,系统稳定性低,作业精度低、自主巡航作业性能较差。

一种适用于全天候水质智能监测装备的无人机作业平台的设计与实现

常规的全天候水质监测系统在我国的生态环境监测领域已得到了大范围的应用,但是其长期运行维护频率及成本较高,尤其是传感器监测点位固定,限制了其在突发水污染事件的应急监测能力。基于无人机平台的监测技术机动性灵活性均远优于其他监测模式,特别是在突发应急条件下,其具备远程、高效、安全等突出特点,在部队应急救援、战场侦察.

一种应用于水质智能监测的无线通信模块

无人机技术在应急保障、紧急救援、卫勤保障等领域正在发挥重要作用。数据链路作为无人机水质智能监测系统中的重要组成部分,主要负责数据的传输和任务指令的下达。因此,提高数据传输的稳定性及实现无人机控制程序与远程水质监测数据的整合是无人机水质智能监测系统的关键任务。

反蛋白石光子晶体快速检测人心脏型脂肪酸结合蛋白的技术研究

目的 建立一种用于快速检测人心脏型脂肪酸结合蛋白(heart-type fatty acid-binding protein,H-FABP)的光子晶体(photonic crystal,PC)水凝胶传感检测方法。方法 以甲基丙烯酸(methacrylic acid,MAA)为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(ethylene glycol dimethacrylate,EGDMA)为交联剂制备掺杂金纳米颗粒的反蛋白石PC水凝胶。进一步修饰H-FABP抗体,制得反蛋白石PC传感材料,研究该传感材料对H-FABP的响应性能。结果 在最佳实验条件下,该方法的检测范围为100 pg/mL~1μg/mL,检出限为11.2 pg/mL,响应时间为8 min,且具有良好的特异性。模拟实际样品的加标回收实验结果表明,该方法具有良好的准确性。与酶联免疫吸附测定试剂盒方法相比,该方法灵敏度较高,检测范围较广。结论 该传感检测方法结合了PC的光学特性与水凝胶的响应特点,实现了对H-FABP的快速检测,为急性冠脉综合征的生物标志物的早期筛查提供技术支撑。