CN106990167A - 同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器及其检测方法 - Google Patents

同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器及其检测方法，以磁致伸缩带材为传感器膜片，噬菌体为生物识别元件，由包含被测液容器(1)、测试室A(2)、测试室B(3)、蠕动泵(4)、废液系统(5)、网络分析仪(6)、电脑(7)、条形磁场(8)组成；蠕动泵将含有沙门氏菌和炭疽杆菌的被测溶液从被测液容器输送至测试室A和测试室B中，传感器由磁场定位浸入被测溶液中，吸附细菌后传感器质量增加，共振频率降低；本发明的串联磁致伸缩生物传感器同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌，不存在相互耦合干扰，每种生物传感器专一性地吸附与表面噬菌体对应的被测病菌，与参考传感器检测灵敏度一样，达到103cfu/mL，灵敏度高，克服传统单一传感器检测的局限性。

Description

同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器及 其检测方法
技术领域
本发明属于生物传感器技术领域，具体涉及同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器及其检测方法。
背景技术
由于食品安全问题的频发，导致食品安全检测成为了大众关注的热点与焦点。现代食品安全检测方法众多，生物传感器的应用较为广泛。生物传感器是一个多学科交叉、融合的高技术，将现代传感器检测技术应用于食品安全检测，对开展食品安全检测，保证食品安全和保护人们身体健康具有重要的意义。
与传统检测方法相比，生物传感器检测技术具有选择性好、灵敏度高、分析速度快、成本低、无线远距离检测病原体等优点，是现代食品行业中的一种重要科学技术，近几年研究这方面的专家越来越多，其在医学、食品检测方面有很好的应用前景。现在食品中添加的有害物质越来越多，生物传感器能有效地检测出食品中激素、微生物毒素、添加剂、农药兽药的残留。
其中，磁致伸缩生物传感器是生物活性材料(抗体、抗原、生物膜等)与磁致伸缩材料有机结合而获得，待测物质经扩散吸附在生物活性材料上，使生物传感器的重量增加，共振频率随之发生改变从而感知到待测物质存在并根据并共振频率改变量检测待测物质浓度。CN104634968A公开了用于致病菌检测的生物传感器系统，第一部分由表面绑定有抗体的磁致伸缩材料，赫尔姆霍茨线圈与封闭扩音器构成的生物传感器平台，第二部分是由直流电源、电线、线圈和锁定放大器或者网络分析仪或者阻抗分析仪构成的信息分析系统；CN103267534A公开了一种磁致伸缩生物传感器及其制备方法，检测限为100cfu/mL,检测时间在20-60min，具有检测时间短，检测限低等优点，能够简便、快速、准确检测液体或固体样本中的致病菌，也适用于便携式应用。但是，上述已有的磁弹性生物传感器都是利用单一传感器检测单一目标病菌，如沙门氏菌和大肠杆菌；对于容易引起食源性疾病的沙门氏菌和污染食品安全供应的炭疽杆菌不能实现同时检测，效率较低且灵敏性不高，具有较大的局限性。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器。
本发明的目的还在于提供同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器的检测方法。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，以磁致伸缩带材为传感器膜片，噬菌体为生物识别元件，由包含被测液容器、测试室A、测试室B、蠕动泵、废液系统、网络分析仪、电脑、条形磁场组成。
所述的传感器膜片为2826MB MetglasTM合金，由包含以下质量百分含量的组分组成：Fe 40wt％，Ni 38wt％，Mo 4wt％，B 18wt％。
所述的传感器膜片厚度为10-20um。
优选的，所述的传感器膜片表面溅射涂覆Cr和Au涂层。
所述的噬菌体为E2噬菌体和JRB7噬菌体。
所述的测试室A内放置没有固定噬菌体、覆盖牛血清蛋白阻滞剂的参考传感器，长度为2.0mm。
所述的测试室B内放置E2噬菌体传感器和JRB7噬菌体传感器，且所述E2噬菌体传感器和所述JRB7噬菌体传感器串联连接。
所述的E2噬菌体传感器用于专一检测炭疽杆菌，长度为2.0mm；所述的JRB7噬菌体传感器用于专一检测沙门氏菌，长度为1.9mm；所述E2噬菌体传感器和所述JRB7噬菌体传感器没有吸附噬菌体的局部区域覆盖牛血清蛋白阻滞剂。
所述的网络分析仪采用独立线路分别与所述测试室A、测试室B相连，同时进行数据采集和控制。
同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器的检测方法，包括如下步骤：
(1)所述蠕动泵将含有沙门氏菌和炭疽杆菌的被测溶液从所述被测液容器输送至测试室A和测试室B中；所述测试室A和测试室B内的传感器由所述条形磁场定位，所述传感器浸入被测溶液中，吸附细菌后传感器质量增加，共振频率降低；
(2)所述网络分析仪和所述电脑连接，检测并记录步骤(1)中所述共振频率，当所述传感器捕获到被测溶液中的目标细菌时，所述网络分析仪检测到频率漂移，并输出至所述电脑；
(3)将被测菌液的废料收集在所述废液系统内进行处理。
步骤(1)中所述的输送流量为50uL/min；所述的共振频率范围为1.1-1.8MHz；所述的被测菌液在4℃下保存，使用前预热至25℃。
本发明具有如下优点：
1、本发明的串联磁致伸缩生物传感器同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌，不存在相互耦合干扰，每种生物传感器专一性地吸附与表面噬菌体对应的被测病菌。
2、对浓度范围为5×10-5×108cfu/mL菌液检测具有良好的检测灵敏度，本发明的串联磁致伸缩生物传感器与参考传感器检测灵敏度一样，达到103cfu/mL，灵敏度高，克服传统单一传感器检测的局限性。
3、本发明的参考传感器浸入到病原体溶液中频率无变化，说明牛血清蛋白阻滞剂可有效消除没有固定噬菌体的局部表面对细菌的非专一性结合，对实现同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌发挥重要作用。
附图说明
图1为本申请的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌磁致伸缩生物传感器结构示意图，其中1为被测液容器，2为测试室A，3为测试室B，4为蠕动泵，5为废液系统，6为网络分析仪，7为电脑，8为条形磁场。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌磁致伸缩生物传感器
结合附图说明，本发明的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌磁致伸缩生物传感器，由包含以下部分组成，其中，1为被测液容器，2为测试室A，3为测试室B，4为蠕动泵，5为废液系统，6为网络分析仪，7为电脑，8为条形磁场。
其中，传感器膜片为2826MB MetglasTM合金，由包含以下质量百分含量的组分组成：Fe 40wt％，Ni 38wt％，Mo 4wt％，B 18wt％；厚度为10-20um，且表面溅射涂覆Cr和Au涂层。
噬菌体为E2噬菌体和JRB7噬菌体；测试室A放置有没有固定噬菌体、覆盖牛血清蛋白阻滞剂的参考传感器，长度为2mm；测试室B内放置E2噬菌体传感器和JRB7噬菌体传感器，且E2噬菌体传感器和JRB7噬菌体传感器串联连接；E2噬菌体传感器用于专一检测炭疽杆菌，长度为2.0mm；JRB7噬菌体传感器用于专一检测沙门氏菌，长度为1.9mm；E2噬菌体传感器和JRB7噬菌体传感器用牛血清蛋白作为阻滞剂覆盖没有吸附噬菌体的局部区域。
网络分析仪采用独立线路分别与所述测试室A、测试室B相连，同时进行数据采集和控制。
实施例2同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌磁致伸缩生物传感器的检测方法
同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器的检测方法，包括如下步骤：
(1)蠕动泵将含有沙门氏菌和炭疽杆菌的被测溶液从被测液容器输送至测试室A和测试室B中，输送流量为50uL/min，；测试室A和测试室B内的传感器由条形磁场定位，传感器浸入被测溶液中，吸附细菌后传感器质量增加，共振频率降低，共振频率范围为1.1-1.8MHz；其中，被测菌液在4℃下保存，使用前预热至25℃。
(2)网络分析仪和电脑连接，检测并记录步骤(1)中共振频率，当传感器捕获到被测溶液中的目标细菌时，网络分析仪检测到频率漂移，并输出至电脑。
(3)将被测菌液的废料收集在废液系统内进行处理。
实施例3同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌磁致伸缩生物传感器检测灵敏度测试
按照实施例2所述的检测方法，将本申请中的3种磁致伸缩生物传感器分别浸泡在1mL浓度为5×10-5×108cfu/mL沙门氏菌和炭疽杆菌溶液中，检测不同浓度下传感器共振频率。从测试可以看出，参考传感器的共振频率保持稳定，进一步证明牛血清蛋白阻滞剂可有效消除没有固定噬菌体的局部表面对细菌的非专一性结合；在检测不同浓度沙门氏菌溶液时，只有表面固定E2噬菌体的传感器才有频率漂移，且频率漂移与沙门氏菌浓度密切相关，随着细菌浓度的增加而单调增加；同样，在检测不同浓度炭疽杆菌溶液时，只有表面固JRB7噬菌体的传感器才有频率漂移，且频率漂移与炭疽杆菌浓度密切相关，随着细菌浓度的增加而单调增加；说明本申请的生物传感器不仅具有良好的检测专一性，同时具有良好的检测灵敏度，与检测单一病菌时灵敏度一致。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，以磁致伸缩带材为传感器膜片，噬菌体为生物识别元件，由包含被测液容器(1)、测试室A(2)、测试室B(3)、蠕动泵(4)、废液系统(5)、网络分析仪(6)、电脑(7)、条形磁场(8)组成。
2.根据权利要求1所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的传感器膜片为2826MB MetglasTM合金，由包含以下质量百分含量的组分组成：Fe 40wt％，Ni 38wt％，Mo4wt％，B 18wt％。
3.根据权利要求2所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的传感器膜片厚度为10-20um，所述的传感器膜片表面溅射涂覆Cr和Au涂层。
4.根据权利要求1所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的噬菌体为E2噬菌体和JRB7噬菌体。
5.根据权利要求1所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的测试室A(2)内放置没有固定噬菌体、覆盖牛血清蛋白阻滞剂的参考传感器，长度为2.0mm。
6.根据权利要求1所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的测试室B(3)内放置E2噬菌体传感器和JRB7噬菌体传感器，且所述E2噬菌体传感器和所述JRB7噬菌体传感器串联连接。
7.根据权利要求7所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的E2噬菌体传感器用于专一检测炭疽杆菌，长度为2.0mm；所述的JRB7噬菌体传感器用于专一检测沙门氏菌，长度为1.9mm；所述E2噬菌体传感器和所述JRB7噬菌体传感器没有吸附噬菌体的局部区域覆盖牛血清蛋白阻滞剂。
8.根据权利要求1所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器，其特征在于，所述的网络分析仪(6)采用独立线路分别与所述测试室A(2)、测试室B(3)相连，同时进行数据采集和控制。
9.根据权利要求1-8任一项所述的同时检测沙门氏菌和炭疽杆菌的串联磁致伸缩生物传感器的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)所述蠕动泵(4)将含有沙门氏菌和炭疽杆菌的被测溶液从所述被测液容器(1)输送至测试室A(2)和测试室B(3)中；所述测试室A(2)和测试室B(3)内的传感器由所述条形磁场(8)定位，所述传感器浸入被测溶液中，吸附细菌后传感器质量增加，共振频率降低；
(2)所述网络分析仪(6)和所述电脑(7)连接，检测并记录步骤(1)中所述共振频率，当所述传感器捕获到被测溶液中的目标细菌时，所述网络分析仪(6)检测到频率漂移，并输出至所述电脑(7)；
(3)将被测菌液的废料收集在所述废液系统(5)内进行处理。
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