CN106566867A - 一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用 - Google Patents

一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用，所述的有机硅材料包括基础聚合物、交联剂和催化剂，其中基础聚合物是指含乙烯基的有机聚硅氧烷；所述交联剂是指含硅氢键的有机聚硅氧烷；所述催化剂是指有机锡类催化剂、铂系催化剂、或钛酸酯及其配合物催化剂；各组分的含量为：78wt%‑99wt%基础聚合物，0.5wt%‑20wt%交联剂，0.5wt%‑2wt%催化剂。所述微生物检测产品是采用有机硅材料和颜色指示剂溶液制成的传感器。本发明是将具有高透气性特点的有机硅材料引入微生物检测领域，结合颜色指示剂，制成传感器，使其具有检测微生物小分子代谢产物的功能，并且相比较平板培养法而言明显缩短了检测时间。

Description

一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用
技术领域
本发明属于有机硅材料领域，具体涉及一种有机硅材料的新用途，尤其涉及一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用。
背景技术
硅是自然界含量最丰富的元素之一，它仅次于氧而约占地壳质量的25.7%。人类使用含硅化合物（如砂、石、泥土、玻璃等）作建筑材料或生产原料已有数千年历史。随着现代工业的发展，有机硅工业迅速崛起，被誉为“科技发展催化剂”、“工业维生素”。经过几十年的发展，有机硅化合物及由其制得的有机硅材料以其优异的性能广泛用于国防军工、医疗卫生、有机合成、织物整理、建材、汽车、日化、家电、农业、工业及日常生活的各个领域。有机硅材料具有表面张力低、粘温系数小、气体渗透性高等基本性质而且还具有耐高低温、耐腐蚀、电气绝缘、憎水、无毒无味、生理惰性等优异特性。有机硅的开发应用，促进了很多技术领域的变革和发展。
这种由加成反应交联而成弹性体的有机硅材料除了具有有机硅材料的一般特性，如耐高低温、憎水绝缘、无毒无味等，还具有良好的吸振性、粘合性、密封性、防潮性及防污性等，且五色透明、透光性好、流动性好，因此广泛应用。如电子电气行业用于混合波导联接IC的灌封、各种电子元器件和线路的灌封防护、各种传感器的灌封、音频制品的防震灌封等；汽车行业用于点火器的灌封、各种车载仪表及其他部位的防震灌封；在体育行业中作为运动鞋底的缓冲灌封材料、各种防护器材的缓冲材料、特殊坐垫等；在医疗行业是乳房假体、人体模型、人工晶体的主要材料。
由于聚硅氧烷分子呈螺旋状结构，自由空间大，故此弹性体具有很好的气体及蒸汽透过性，并且具有选择性，能让小分子如H2O、O2、CO2、H2和离子类如H+、HCO- 3、OH- 通过。因而已广泛用在气体和水蒸气的分离膜、人工心肺机、富氧装置等方面。
目前，尚未见有机硅材料在微生物检测中的应用方面的相关报道。
在食品、药品和化妆品生产等领域，使用最广泛、最经典的微生物检测方法是平板培养法，它是以检测微生物的形态为依据，来判断样品的受微生物污染的状况。这种方法灵敏、直观、准确，能同时提供被检样品中微生物的数量和种类。但是，平板培养法耗时长，操作繁琐，对操作人员的技术水平要求高，容易出现人为误差，检测结果滞后，不利于生产部门及时采取纠偏措施。在生命周期中微生物会不停地释放出代谢产物，其中就有二氧化碳和酸类小分子物质。单个微生物个体需要经过相对较长的时间生长繁殖达到一定的数目，才能形成一个肉眼可见的菌落，而它们的代谢产物则是一直伴随着生长繁殖活动在不停地产生，在形成肉眼可见菌落单位之前就能检测到。因而检测微生物代谢产物所用的时间比检测微生物形态所用的时间短，所以可以更早得到检测结果。
本发明是将具有高透气性特点的有机硅材料引入微生物检测领域，结合颜色指示剂，形成传感器，使其具有检测微生物代谢产物的功能，并且相比平板培养法而言显著缩短了检测时间。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种有机硅材料的新用途，即有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用，所述微生物检测产品是采用有机硅材料和颜色指示剂溶液制成的传感器；所述的有机硅材料包括基础聚合物、交联剂和催化剂，其中基础聚合物是指含乙烯基的有机聚硅氧烷；所述交联剂是指含硅氢键的有机聚硅氧烷；所述催化剂是指有机锡类催化剂、铂系催化剂、或钛酸酯及其配合物催化剂；所述有机硅材料中各组分含量为：78wt%-99wt% 基础聚合物，0.5wt%-20wt% 交联剂，0.5wt%-2wt%催化剂。
本发明利用了有机硅材料高稳定性、高透气性能选择性地让某些小分子物质通过的特点，在有机硅材料中添加颜色指示剂溶液，使得目标小分子物质在渗透进入有机硅材料后接触并改变了指示剂的颜色，从而改变了整个传感器的颜色，以此来指示有检测目标的存在；所述小分子物质包括空气、水蒸汽、O2、CO2、H2和H+、HCO- 3、OH-离子。
作为本发明优选的技术方案，所述基础聚合物为α,ω- 二乙烯基聚二甲基硅油、或甲基乙烯基MQ硅树脂；所述交联剂为线性甲基氢聚硅氧烷、环状甲基氢聚硅氧烷、或甲基氢MQ硅树脂；所述催化剂是二羟酸二烷基锡、二羧酸亚锡铂-乙烯基硅氧烷配合物、醇改性氯铂酸催化剂、铂-炔烃基配合物、、或单烷氧基型钛酸酯。
作为本发明优选的技术方案，所述基础聚合物、交联剂和催化剂的反应机理是含乙烯基（≡SiCH＝CH2）的有机聚硅氧烷与含硅氢键（≡SiH）的有机聚硅氧烷在催化剂作用下于室温或加热下进行氢硅化加成反应，形成新的Si-C键，使线性硅氧烷交联成为网状结构，反应方程式如下：
作为本发明优选的技术方案，所述的颜色指示剂溶液通过将0.01wt%-1wt% 颜色指示剂溶于乙醇溶液中或溶于蒸馏水中加热溶解即得。
作为本发明优选的技术方案，所述颜色指示剂选自溴甲酚绿、酚酞、酚红、石蕊、百里酚蓝、溴百里酚蓝、邻本二酚紫、石蕊精、醌喹亚胺、亮黄、中性红、玫红酸、大黄苷、2，2′-二羟基苯乙烯酮、α-萘酚酞、甲酚红紫、姜黄素、二甲苯酚蓝以及其它颜色指示剂中的一种或多种。
作为本发明优选的技术方案，所述有机硅材料与颜色指示剂溶液的重量比为3:（0.15-0.5）。
作为本发明优选的技术方案，所述制备微生物检测产品的方法具体包括如下步骤：首先制备颜色指示剂溶液，然后将有机硅材料和颜色指示剂溶液混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，分装于可密封容器底层，静置1-24小时后即凝固成型制得传感器。
作为本发明优选的技术方案，所述制备颜色指示剂溶液具体为：将颜色指示剂溶于乙醇溶液中或用蒸馏水加热溶解，即得；所述将有机硅材料和颜色指示剂溶液混合均匀，具体为：首先称取交联剂、基础聚合物、催化剂于容器中，然后按3：（0.15-0.5）的重量比称取颜色指示剂溶液于同一容器中，混合均匀。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明将具有高稳定性、高透气性特点的有机硅材料引入微生物检测领域，结合颜色指示剂形成传感器，使其具有检测微生物代谢产物的功能，并且相比较平板培养法而言显著缩短了检测时间。
附图说明
图1为本发明中一种快速检测微生物的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐明本发明，但这些实施例只是用于说明本发明，而不是限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本发明一种快速检测微生物的装置，包括瓶盖1和瓶身2，瓶身2分为上层、下层两个部分：上层为培养区21，内含特异性液体培养基；下层为检测区22，内置传感器。所述的特异性液体培养基，此处具体可以是营养肉汤，用来检测细菌总数。所述快速检测微生物的装置制备过程如下：
1、制备传感器：
（1）制备颜色指示剂溶液：0.5wt%溴百里酚蓝，0.05wt%二甲苯酚蓝，溶于20%乙醇溶液中；
（2）混合有机硅材料与颜色指示剂溶液：首先依次称取含氢量为0.24% 的线性甲基氢聚硅氧烷0.8g、α,ω- 二乙烯基聚二甲基硅油28.5g和10ppm铂-乙烯基硅氧烷配合物0.7g于塑料杯中，然后按有机硅材料：颜色指示剂溶液=3:0.2的重量比称取颜色指示剂溶液于同一塑料杯中，混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，分装于带盖的小瓶底部，约1cm厚度，静置1-24小时后即凝固成型。
2、灌装和灭菌液体培养基：
A.将营养肉汤灌入传感器已凝固成型的小瓶中，营养肉汤的体积为小瓶容积的2/3；
B.盖上瓶盖后，将小瓶放入高压灭菌锅按营养肉汤的灭菌要求灭菌；
C.取出后即可得成品。
应用：使用这种微生物检测装置时，首先将样品用无菌稀释液做一个合适比例的稀释，然后取1mL样品稀释匀液加入到该装置中，拧紧瓶盖混匀瓶中液体正置于36℃下培养1-24h。该装置底部的传感器变黄，表示加进去的样品稀释匀液中有细菌存在。加入该装置中的样品所含目标微生物的数量越多，传感器变色所用的时间越短。
以下针对本发明与专利申请号PCT/US2010/003242所述装置进行了对比试验，主要对检测时间进行对比，具体结果见表1。
表1 本发明与专利申请号PCT/US2010/003242所述装置的数据对比表
样品 本发明检测所用时长 PCT/US2010/003242发明检测所用时长 GB4789.2-2010平板培养法检出来的菌落数和所用时长
菌液1 1.8 h 2.0 h 4.0×108 CFU/mL，48h
菌液2 2.5 h 2.7 h 3.2×107 CFU/mL，48h
菌液3 3.8 h 4.0 h 3.8×106CFU/mL，48h
菌液4 5.6 h 5.8 h 4.2×105 CFU/mL，48h
菌液5 6.9 h 7.0 h 3.6×104 CFU/mL，48h
菌液6 8.0 h 8.3 h 5.1×103 CFU/mL，48h
菌液7 10.5 h 11.3 h 4.5×102 CFU/mL，48h
菌液8 14.2 h 15.2 h 6.0×101 CFU/mL，48h
表1中的菌液是使用新鲜的平板计数琼脂平板上任意挑取的菌落用无菌生理盐水制成的10倍梯度稀释菌液，然后从每个梯度菌液分别取1mL各自加入PCT/US2010/003242所述装置和本发明所述装置，再同时放入带有新光源和光子探测器自动微生物培养检测系统中培养检测，得到上述表1中的数据。另每个菌液同时采用 GB4789.2-2010平板培养法来检测菌落数。如表1所示，与PCT/US2010/003242所述装置相比，本发明检测所用时间更短，可见本发明缩短了检测微生物所用的时间。
实施例2
如图1所示，本发明一种快速检测微生物的装置，包括瓶盖1和瓶身2，瓶身2分为上层、下层两个部分：上层为培养区21，内含特异性液体培养基；下层为检测区22，内置传感器。所述的特异性液体培养基，此处具体可以是麦芽汁液体培养基，用来检测霉菌酵母菌。所述快速检测微生物的装置制备过程如下：
1、制备传感器：
（1） 制备颜色指示剂溶液：0.2wt%溴百里酚蓝钠盐，0.3wt%酚红钠盐，溶于蒸馏水中加热溶解；
（2） 混合有机硅材料与颜色指示剂溶液：首先依次称取含氢量为0.8% 的线性甲基氢聚硅氧烷0.15g、α,ω- 二乙烯基聚二甲基硅油29.7g和30ppm醇改性氯铂酸催化剂0.15g于塑料杯中，然后按有机硅材料：颜色指示剂溶液=3:0.3的质量比称取颜色指示剂溶液于同一塑料杯中混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，分装于带盖的小瓶底部，约1cm厚度，静置1-24小时后即凝固成型。
2、灌装和灭菌液体培养基：
A.将麦芽汁液体培养基灌入传感器已凝固成型的小瓶中，麦芽汁液体培养基的体积为小瓶容积的1/3；
B.盖上瓶盖后，将小瓶放入高压灭菌锅按营养肉汤的灭菌要求灭菌；
C.取出后即可得成品。
应用：使用这种微生物检测装置时，首先将样品用无菌稀释液做一个合适比例的稀释，然后取1mL样品稀释匀液加入到该装置中，拧紧瓶盖混匀瓶中液体正置于28℃下培养1-48h。该装置底部的传感器变黄，表示加进去的样品稀释匀液中有霉菌酵母菌存在。加入该装置中的样品所含目标微生物的数量越多，传感器变色所使用的时间越短。
实施例3
如图1所示，本发明一种快速检测微生物的装置，包括瓶盖1和瓶身2，瓶身2分为上层、下层两个部分：上层为培养区21，内含特异性液体培养基；下层为检测区22，内置传感器。所述的特异性液体培养基，此处具体可以是煌绿乳糖胆盐肉汤，用来检测大肠菌群。所述快速检测微生物的装置制备过程如下：
1、制备传感器：
（1）制备颜色指示剂溶液：0.1wt%溴百里酚蓝，0.01wt%甲酚红，溶于20%乙醇溶液中；
（2）混合有机硅材料与颜色指示剂溶液：首先依次称取含氢量为0.32% 的环状甲基氢聚硅氧烷0.48g、甲基乙烯基MQ硅树脂29.25g和30ppm铂-炔烃基配合物0.27g于塑料杯中，然后按有机硅材料：颜色指示剂溶液=3:0.5的质量比称取颜色指示剂溶液于同一塑料杯中，混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，并分装于带盖的小瓶底部，约1cm厚度，静置1-24小时后即凝固成型。
2、灌装和灭菌液体培养基：
A.将煌绿乳糖胆盐肉汤灌入传感器已凝固成型的小瓶中，煌绿乳糖胆盐肉汤的体积为小瓶容积的9/10；
B.盖上瓶盖后，将小瓶放入高压灭菌锅按营养肉汤的灭菌要求灭菌；
C.取出后即可得成品。
应用：使用这种微生物检测装置时，首先将样品用适量的液体培养基进行增菌，然后取0.1-1mL样品增菌液加入到该装置中，拧紧瓶盖混匀瓶中液体正置于36℃下培养1-24h。该装置底部的传感器变黄，表示加进去的样品稀释匀液中有大肠菌群的存在。加入该装置中的样品所含目标微生物的数量越多，传感器变色所使用的时间越短。
实施例4
如图1所示，本发明一种快速检测微生物的装置，包括瓶盖1和瓶身2，瓶身2分为上层、下层两个部分：上层为培养区21，内含特异性液体培养基；下层为检测区22，内置传感器。所述的特异性液体培养基，此处具体可以是RV肉汤，用来检测沙门氏菌。所述快速检测微生物的装置制备过程如下：
1、传感器的制备：
（1）制备颜色指示剂溶液：1wt%溴百里酚蓝，0.1wt%二甲苯酚蓝，溶于20%乙醇溶液中；
（2）混合有机硅材料与颜色指示剂溶液：首先依次称取含氢量为0.02% 的甲基氢MQ硅树脂6g、α,ω- 二乙烯基聚二甲基硅油23.4g和30ppm铂-炔烃基配合物0.6g于塑料杯中，然后按有机硅材料：颜色指示剂溶液=3:0.15的质量比称取颜色指示剂溶液于同一塑料杯中，混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，并分装于带盖的小瓶底部，约1cm厚度，静置1-24小时后即凝固成型。
2、灌装和灭菌液体培养基：
A.将RV肉汤灌入传感器已凝固成型的小瓶中，RV肉汤的体积为小瓶容积的7/10；
B.盖上瓶盖后，将小瓶放入高压灭菌锅按营养肉汤的灭菌要求灭菌；
C.取出后即可得成品。
应用：使用这种微生物检测装置时，首先将样品用适量的液体培养基进行增菌，然后取0.1-1mL样品增菌液加入到该装置中，拧紧瓶盖混匀瓶中液体正置于36℃下培养1-24h。该装置底部的传感器变黄，表示加进去的样品稀释匀液中有沙门氏菌的存在。加入该装置中的样品所含目标微生物的数量越多，传感器变色所使用的时间越短。
实施例5
如图1所示，本发明一种快速检测微生物的装置，包括瓶盖1和瓶身2，瓶身2分为上层、下层两个部分：上层为培养区21，内含特异性液体培养基；下层为检测区22，内置传感器。所述的特异性液体培养基，此处具体可以是煌绿乳糖胆盐肉汤，用来检测大肠菌群。所述快速检测微生物的装置制备过程如下：
1、制备传感器：
（1）制备颜色指示剂溶液：0.65wt%溴百里酚蓝，溶于20%乙醇溶液中；
（2）混合有机硅材料与颜色指示剂溶液：首先依次称取含氢量为0.32% 的线性甲基氢聚硅氧烷0.48g、α,ω- 二乙烯基聚二甲基硅油29.25g和30ppm铂-炔烃基配合物0.27g于塑料杯中，然后按有机硅材料：颜色指示剂溶液=3:0.22的质量比称取颜色指示剂溶液于同一塑料杯中，混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，并分装于带盖的小瓶底部，约1cm厚度，静置1-24小时后即凝固成型。
2、灌装和灭菌液体培养基：
A.将煌绿乳糖胆盐肉汤灌入传感器已凝固成型的小瓶中，煌绿乳糖胆盐肉汤的体积为小瓶容积的4/5；
B.盖上瓶盖后，将小瓶放入高压灭菌锅按营养肉汤的灭菌要求灭菌；
C.取出后即可得成品。
应用：使用这种微生物检测装置时，首先将样品用适量的液体培养基进行增菌，然后取0.1-1mL样品增菌液加入到该装置中，拧紧瓶盖混匀管中液体正置于36℃下培养1-24h。该装置底部的传感器变黄，表示加进去的样品稀释匀液中有大肠菌群的存在。加入该装置中的样品所含目标微生物的数量越多，传感器变色所使用的时间越短。

Claims (9)

1.一种有机硅材料在制备微生物检测产品中的应用，其特征在于，所述微生物检测产品是采用有机硅材料和颜色指示剂溶液制成的传感器；所述的有机硅材料包括基础聚合物、交联剂和催化剂，其中基础聚合物是指含乙烯基的有机聚硅氧烷；所述交联剂是指含硅氢键的有机聚硅氧烷；所述催化剂是指有机锡类催化剂、铂系催化剂、或钛酸酯及其配合物催化剂；所述有机硅材料中各组分含量为：78wt%-99wt% 基础聚合物，0.5wt%-20wt% 交联剂，0.5wt%-2wt%催化剂。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述基础聚合物为α,ω- 二乙烯基聚二甲基硅油、或甲基乙烯基MQ硅树脂；所述交联剂为线性甲基氢聚硅氧烷、环状甲基氢聚硅氧烷、或甲基氢MQ硅树脂；所述催化剂是二羟酸二烷基锡、二羧酸亚锡、铂-乙烯基硅氧烷配合物、醇改性氯铂酸催化剂、铂-炔烃基配合物、或单烷氧基型钛酸酯。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述基础聚合物、交联剂和催化剂的反应机理是含乙烯基（≡SiCH＝CH2）的有机聚硅氧烷与含硅氢键（≡SiH）的有机聚硅氧烷在催化剂作用下于室温或加热下进行氢硅化加成反应，形成新的Si-C键，使线性硅氧烷交联成为网状结构，反应方程式如下：
。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述有机硅材料能选择性地让某些小分子物质通过，在有机硅材料中添加颜色指示剂溶液，使得目标小分子物质在渗透进入有机硅材料后接触并改变了指示剂的颜色，从而改变了整个传感器的颜色，以此来指示有检测目标的存在；所述小分子物质包括空气、水蒸汽、O2、CO2、H2和H+、HCO- 3、OH-离子。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的颜色指示剂溶液通过将0.01wt%-1wt% 颜色指示剂溶于乙醇溶液中或溶于蒸馏水中加热溶解即得。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述颜色指示剂选自溴甲酚绿、酚酞、酚红、甲酚红、石蕊、百里酚蓝、溴百里酚蓝、邻本二酚紫、石蕊精、醌喹亚胺、亮黄、中性红、玫红酸、大黄苷、2，2′-二羟基苯乙烯酮、α-萘酚酞、甲酚红紫、姜黄素、二甲苯酚蓝以及其它颜色指示剂中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述有机硅材料与颜色指示剂溶液的重量比为3:（0.15-0.5）。
8.根据权利要求1-7所述的应用，其特征在于，所述制备微生物检测产品的方法具体包括如下步骤：首先制备颜色指示剂溶液，然后将有机硅材料和颜色指示剂溶液混合均匀，使指示剂均匀分散在有机硅材料中，分装于可密封容器底层，静置1-24小时后即凝固成型制得传感器。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述制备颜色指示剂溶液具体为：将颜色指示剂溶于乙醇溶液中或用蒸馏水加热溶解，即得；所述将有机硅材料和颜色指示剂溶液混合均匀，具体为：首先称取交联剂、基础聚合物、催化剂于容器中，然后按3：（0.15-0.5）的重量比称取颜色指示剂溶液于同一容器中，混合均匀。
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