CN109239173A - 一种检测细菌活性及浓度的电化学方法 - Google Patents

一种检测细菌活性及浓度的电化学方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109239173A
CN109239173A CN201811105051.5A CN201811105051A CN109239173A CN 109239173 A CN109239173 A CN 109239173A CN 201811105051 A CN201811105051 A CN 201811105051A CN 109239173 A CN109239173 A CN 109239173A
Authority
CN
China
Prior art keywords
concentration
bacterial
solution
bacterium
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201811105051.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109239173B (zh
Inventor
阳明辉
蒋星星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201811105051.5A priority Critical patent/CN109239173B/zh
Publication of CN109239173A publication Critical patent/CN109239173A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109239173B publication Critical patent/CN109239173B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/48—Systems using polarography, i.e. measuring changes in current under a slowly-varying voltage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)

Abstract

本发明公开了一种检测细菌活性及浓度的电化学方法。该方法是基于细菌死亡后会释放出含磷酸根的物质(DNA及ATP等)，而这些含磷酸根物质能与钼酸钠反应产生电流的原理，而电流大小与细菌活性成反比，与细菌浓度成正比，从而构建细菌活性及浓度的电化学检测方法；该方法用于细菌活性及浓度检测具有灵敏度高、简单快速、检测限低，且检测范围宽等优点。

Description

一种检测细菌活性及浓度的电化学方法
技术领域
本发明涉及一种细菌活性或浓度的检测方法，具体涉及一种利用细菌死亡会释放出含磷酸根的物质(DNA及ATP等)，而含磷酸根物质能与钼酸钠反应产生电流，从而实现电化学检测细菌活性及浓度的方法；属于电化学传感技术领域。
背景技术
细菌对人类活动有很大的影响。一方面，细菌是许多疾病的病原体，包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。然而，人类也时常利用细菌，例如乳酪及酸奶和酒酿的制作、部分抗生素的制造、废水的处理等，都与细菌有关。在生物科技领域中，细菌有也着广泛的运用。因此检测细菌活性及浓度有着重大意义。现有的检测细菌活性或浓度的方法主要为荧光染色、酶联免疫法等，但是这些方法在检测细菌活性及浓度过程中存在的耗时、检测成本高等不足。
发明内容
针对现有的通过荧光染色、酶联免疫法等检测细菌活性及浓度过程中存在的耗时、检测成本高等不足，本发明的目的是在于提供一种简单快速、灵敏度高、检测限低、检测范围宽的可用于电化学检测细菌活性及浓度的方法。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种检测细菌活性及浓度的电化学方法，其包括以下步骤：
1)将一系列细菌活性不同而细菌总浓度相同的标准细菌溶液分别按以下操作：离心，取上层清液滴加至电极表面；再在电极表面滴加钼酸盐溶液进行反应后，干燥，通过方波伏安法检测，得到一系列峰电流值；
2)建立峰电流值与细菌活性的标准曲线；
3)将待测细菌溶液按照步骤1)进行操作，测得峰电流值，再根据标准曲线计算待测细菌溶液中细菌活性。
本发明的技术方案实现了细菌活性电化学检测。主要基于发明人发现活细菌与死细菌之间存在一些明显生物差异，如死细菌在溶液体系中容易释放出一些含磷酸根的物质(DNA及ATP等)，而这些含磷酸根物质能与钼酸盐发生反应而产生电流，而死细菌的这些生物现象在活细菌上并不体现。从而可以利用该特点构建细菌活性与电流之间的关系，如细菌活性与电流之间呈现反比关系，实现细菌活性的电化学检测。
优选的方案，在电极表面滴加钼酸盐溶液后，在20～30℃温度下反应10～30min。较优选在25℃温度下反应20min。
较优选的方案，所述钼酸盐溶液浓度为0.5～5mM；较优选的浓度为1.0mM；所述钼酸盐为易溶于水的钼酸盐，如钼酸钠。
优选的方案，一系列细菌活性不同而细菌总浓度相同的标准细菌溶液包括活细菌和死细菌数量百分比组成为0％:100％、20％:80％、40％:60％、60％:40％，80％:20％和100％:0％的标准细菌溶液。选择活细菌和死细菌浓度比例不同的标准细菌溶液进行检测，目的只是获得峰电流值与活细菌浓度的关系来构建标准工作曲线，因此理论上只要活细菌和死细菌浓度比例在0％:100％～100％:0％范围内均匀地取值，均能得到标准曲线。
优选的方案，所述细菌理论上可以是自然界的任意细菌，本发明优选为常见的大肠杆菌或金葡萄球菌
优选的方案，所述方波伏安法测试条件：以0.3～0.8mol/L的硫酸溶液为电解液，在0～0.5V电压范围内，以10～20Hz的频率进行测定。优选的方波伏安法测试条件：以0.5mol/L的硫酸溶液为电解液，在0～0.5V电压范围内，以15Hz的频率进行测定。
本发明通过电化学检测细菌活性的方法，包括以下具体步骤：
1)取一系列不同活性而细菌总浓度相同标准细菌溶液分别滴加至电极表面；标准细菌溶液的细菌活性(活细菌占细菌总数的百分比)分别为0％、20％、40％、60％、80％和100％；
2)向电极表面分别滴加1.0mM钼酸钠溶液进行反应后，采用方波伏安法进行测定，以0.5mol/L的硫酸溶液为电解液，在0～0.5V电压范围内，以15Hz的频率进行测定，得到一系列方波伏安曲线；
3)将各方波伏安曲线中的峰电流值与对应的细菌活性做标准曲线；
4)取待测细菌溶液替换标准细菌溶液按1)、2)和3)的步骤进行操作，得到相应峰电流值，依据标准曲线，即得待测细菌活性。
本发明还提供了一种检测细菌浓度的电化学方法，其包括以下步骤：
1)将一系列细菌浓度不同的标准细菌溶液灭活后，再分别按以下操作：离心，取上层清液滴加至电极表面；再在电极表面滴加钼酸盐溶液进行反应后，干燥，通过方波伏安法检测，得到一系列峰电流值；
2)建立峰电流值与细菌浓度的标准曲线；
3)将待测细菌溶液按照步骤1)进行操作，测得峰电流值，再根据标准曲线计算待测细菌溶液中细菌浓度。
本发明的技术方案实现了细菌浓度的电化学检测，主要利用死细菌在溶液体系中容易释放出一些含磷酸根的物质(DNA及ATP等)，而这些含磷酸根物质能与钼酸盐发生反应而产生电流，可以利用该特点构建细菌浓度与电流之间的关系，如将细菌灭活后进行检测，细菌浓度与电流之间呈现正比关系，实现细菌浓度的电化学检测。
优选的方案，一系列细菌浓度不同的标准细菌溶液包括OD600值为0，0.2，0.35，0.45，0.65和0.75标准细菌溶液。选择不同细菌浓度的标准细菌溶液进行检测，目的只是获得峰电流值与细菌浓度的关系来构建标准工作曲线，因此理论上只要细菌浓度在0～0.75范围内均匀地取值，均能得到标准曲线。
本发明的技术方案中，将细菌溶液或者灭活细菌溶液通过离心所得溶液与钼酸钠溶液反应生成磷钼酸盐沉淀。离心液中包含死细菌释放的DNA及ATP，其磷酸根与钼酸钠反应生成电化学活性的磷钼酸钠盐沉淀，产生氧化还原电流通过方波伏安法进行测定。
与现有技术相比，本发明技术方案的优点在于：
本发明首次利用死细菌易于释放出一些含磷酸根的物质，而这些含磷酸根物质能与钼酸盐发生反应而产生电流的原理，从而可以构建活细菌浓度或者细菌浓度与电流之间的关系，以实现电化学方法来检测细菌活性或细菌浓度。电化学方法检测细菌活性或浓度的方法灵敏度高，简单快速，检出限地，成本低，相对现有的荧光染色、酶联免疫法等，具有明显的技术优势。
附图说明
【图1】为本发明的检测方法的原理示意图。
【图2】为实施例1电极检测不同活性比例的大肠杆菌的方波伏安曲线。
【图3】为实施例2电极检测不同活性比例的金葡萄球菌的方波伏安曲线。
【图4】为实施例3电极检测不同浓度的大肠杆菌的方波伏安曲线。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
本发明检测细菌活性的一种实施例，其原理示意图如图1所示。该检测方法具体包括以下步骤：
(1)将活细菌溶液与死细菌溶液按不同比例混合，得一系列不同活性(0，20％，40％，60％，80％和100％)的标准大肠杆菌溶液。细菌溶液离心后，将上清液分别滴加至电极表面；
(2)电极与钼酸钠反应：向电极表面滴加1mM钼酸钠溶液25℃反应20min。
(3)方波伏安法检测：以0.5mol/L的硫酸溶液为电解液，在0-0.5V电压范围内，以15Hz的频率进行测定，得到各电极的峰电流值，然后将各电极的峰电流值与对应的细菌活性作标准曲线，得到测量细菌活性的标准曲线。电极检测不同活性比例的大肠杆菌的方波伏安曲线如图1所示。
(4)实际样品的测量：取实际样品细菌溶液，离心后滴加在电极表面。然后在该电极表面滴加1mM钼酸钠溶液25℃反应20min，用方波伏安法测峰电流值，与标准曲线比对得到测量活性值。
在检测细菌活性过程中，该方法在待测细菌溶液中死细菌含量在2％以上时具有很好的响应。
实施例2
采用金葡萄球菌替换实施例1中的大肠杆菌，其它操作步骤相同。电极检测不同活性比例的金葡萄球菌的方波伏安曲线如图2所示。
实施例3
本发明检测细菌浓度的一种实施例，其原理示意图如图1所示。该检测方法具体包括以下步骤：
(1)将不同浓度死大肠杆菌细菌溶液离心后，得一系列不同浓度(细菌OD600值为0，0.2，0.35，0.45，0.65和0.75)的标准大肠杆菌溶液，将上清液分别滴加至电极表面；
(2)电极与钼酸钠反应：向电极表面滴加1mM钼酸钠溶液25℃反应20min。
(3)方波伏安法检测：以0.5mol/L的硫酸溶液为电解液，在0-0.5V电压范围内，以15Hz的频率进行测定，得到各电极的峰电流值，然后将各电极的峰电流值与对应的细菌浓度作标准曲线，得到测量细菌浓度的标准曲线。电极检测不同浓度的大肠杆菌的方波伏安曲线如图1所示。
(4)实际样品的测量：取实际样品细菌溶液，离心后滴加在电极表面。然后在该电极表面滴加1mM钼酸钠溶液25℃反应20min，用方波伏安法测峰电流值，与标准曲线比对得到测量细菌浓度值。
该方法能测到OD值为0.01的细菌浓度，远高于传统的荧光染色法(测到OD值为0.2的细菌浓度)。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种检测细菌活性的电化学方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将一系列细菌活性不同而细菌总浓度相同的标准细菌溶液分别按以下操作：离心，取上层清液滴加至电极表面；再在电极表面滴加钼酸盐溶液进行反应后，干燥，通过方波伏安法检测，得到一系列峰电流值；
2)建立峰电流值与细菌活性的标准曲线；
3)将待测细菌溶液按照步骤1)进行操作，测得峰电流值，再根据标准曲线计算待测细菌溶液中细菌活性。
2.根据权利要求1所述的一种检测细菌活性及浓度的电化学方法，其特征在于：在电极表面滴加钼酸盐溶液后，在20～30℃温度下反应10～30min；
所述钼酸盐溶液浓度为0.5～5mM；
所述钼酸盐为钼酸钠。
3.根据权利要求1所述的一种检测细菌活性及浓度的电化学方法，其特征在于：一系列细菌活性不同而细菌总浓度相同的标准细菌溶液包括活细菌和死细菌数量百分比组成分别为0％:100％、20％:80％、40％:60％、60％:40％，80％:20％和100％:0％的标准细菌溶液。
4.根据权利要求1～3任一项所述的一种检测细菌活性及浓度的电化学方法，其特征在于：所述细菌包括大肠杆菌或金葡萄球菌
5.根据权利要求1～3任一项所述的一种检测细菌活性及浓度的电化学方法，其特征在于：所述方波伏安法测试条件：以0.3～0.8mol/L的硫酸溶液为电解液，在0～0.5V电压范围内，以10～20Hz的频率进行测定。
6.一种检测细菌浓度的电化学方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将一系列细菌浓度不同的标准细菌溶液灭活后，再分别按以下操作：离心，取上层清液滴加至电极表面；再在电极表面滴加钼酸盐溶液进行反应后，干燥，通过方波伏安法检测，得到一系列峰电流值；
2)建立峰电流值与细菌浓度的标准曲线；
3)将待测细菌溶液按照步骤1)进行操作，测得峰电流值，再根据标准曲线计算待测细菌溶液中细菌浓度。
7.根据权利要求1所述的一种检测细菌浓度的电化学方法，其特征在于：在电极表面滴加钼酸盐溶液后，在20～30℃温度下反应10～30min；
所述钼酸盐溶液浓度为0.5～5mM；
所述钼酸盐为钼酸钠。
8.根据权利要求1所述的一种检测细菌浓度的电化学方法，其特征在于：一系列细菌浓度不同的标准细菌溶液包括OD600值为0，0.2，0.35，0.45，0.65和0.75标准细菌溶液。
9.根据权利要求5～8任一项所述的一种检测细菌浓度的电化学方法，其特征在于：所述细菌包括大肠杆菌或金葡萄球菌。
10.根据权利要求5～8任一项所述的一种检测细菌浓度的电化学方法，其特征在于：所述方波伏安法测试条件：以0.3～0.8mol/L的硫酸溶液为电解液，在0～0.5V电压范围内，以10～20Hz的频率进行测定。
CN201811105051.5A 2018-09-21 2018-09-21 一种检测细菌活性及浓度的电化学方法 Active CN109239173B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811105051.5A CN109239173B (zh) 2018-09-21 2018-09-21 一种检测细菌活性及浓度的电化学方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811105051.5A CN109239173B (zh) 2018-09-21 2018-09-21 一种检测细菌活性及浓度的电化学方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109239173A true CN109239173A (zh) 2019-01-18
CN109239173B CN109239173B (zh) 2019-12-20

Family

ID=65056020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811105051.5A Active CN109239173B (zh) 2018-09-21 2018-09-21 一种检测细菌活性及浓度的电化学方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109239173B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114047241A (zh) * 2021-11-10 2022-02-15 佳木斯大学 一种细菌活性电化学检测方法
CN115032257A (zh) * 2022-05-30 2022-09-09 杭州电子科技大学 使用电化学方法对溶液中革兰氏阴性菌浓度测定的方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1352388A (zh) * 2001-12-12 2002-06-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种检测细菌的电化学生物传感器电极的制备
CN201177612Y (zh) * 2007-07-27 2009-01-07 华东师范大学 大肠杆菌电化学快速检测装置
CN204203160U (zh) * 2014-10-24 2015-03-11 济南大学 一种检测大肠杆菌的电化学传感器
CN105548301A (zh) * 2016-01-28 2016-05-04 中南大学 一种测定蛋白激酶活性的方法和蛋白激酶抑制剂活性的方法
CN106093160A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 中南大学 一种羟基磷灰石基电化学探针构建方法和测定bace1活性以及抑制性的方法
CN106771204A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 中南大学 一种癌胚抗原浓度的检测方法
CN106950270A (zh) * 2017-03-16 2017-07-14 中南大学 一种cea浓度检测探针及其制备方法与应用，及cea浓度检测生物传感器
CN107064258A (zh) * 2017-02-20 2017-08-18 中南大学 基于dna产生电信号及其自组装放大信号的电化学适配体传感器测定her2的方法
CN108007991A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 中南大学 一种用于电化学检测pdgf-bb的生物传感器及其构建方法
CN108195913A (zh) * 2017-12-25 2018-06-22 中南大学 一种用于电化学检测her2的生物传感器及其构建方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1352388A (zh) * 2001-12-12 2002-06-05 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种检测细菌的电化学生物传感器电极的制备
CN201177612Y (zh) * 2007-07-27 2009-01-07 华东师范大学 大肠杆菌电化学快速检测装置
CN204203160U (zh) * 2014-10-24 2015-03-11 济南大学 一种检测大肠杆菌的电化学传感器
CN105548301A (zh) * 2016-01-28 2016-05-04 中南大学 一种测定蛋白激酶活性的方法和蛋白激酶抑制剂活性的方法
CN106093160A (zh) * 2016-06-07 2016-11-09 中南大学 一种羟基磷灰石基电化学探针构建方法和测定bace1活性以及抑制性的方法
CN106771204A (zh) * 2017-01-18 2017-05-31 中南大学 一种癌胚抗原浓度的检测方法
CN107064258A (zh) * 2017-02-20 2017-08-18 中南大学 基于dna产生电信号及其自组装放大信号的电化学适配体传感器测定her2的方法
CN106950270A (zh) * 2017-03-16 2017-07-14 中南大学 一种cea浓度检测探针及其制备方法与应用，及cea浓度检测生物传感器
CN108007991A (zh) * 2017-11-30 2018-05-08 中南大学 一种用于电化学检测pdgf-bb的生物传感器及其构建方法
CN108195913A (zh) * 2017-12-25 2018-06-22 中南大学 一种用于电化学检测her2的生物传感器及其构建方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114047241A (zh) * 2021-11-10 2022-02-15 佳木斯大学 一种细菌活性电化学检测方法
CN115032257A (zh) * 2022-05-30 2022-09-09 杭州电子科技大学 使用电化学方法对溶液中革兰氏阴性菌浓度测定的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109239173B (zh) 2019-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017107333A1 (zh) 一种细菌计数方法
CN106970127A (zh) 一种用于细菌群体信号分子检测细胞传感器及其制备方法和应用
CN112816639B (zh) 一种用于恩诺沙星灵敏检测的光电化学适配体传感器的构建方法
CN109239173A (zh) 一种检测细菌活性及浓度的电化学方法
CN102392069B (zh) 基于功能化纳米金电极的快速检测菌落总数的方法
CN106841080B (zh) Dna过氧化物模拟酶在检测1,8-二氨基萘中的应用
CN104165909B (zh) 一种富马酸的生物电化学检测方法
CN107153088B (zh) 一种用于检测酪氨酸的电化学传感器及其制备方法和应用
CN110044980A (zh) 焦磷酸钴纳米材料在构建一氧化氮电化学传感器中的应用
CN101576530A (zh) 利用石墨纳米片/Nafion复合薄膜修饰电极测定多巴胺的方法
CN106093149B (zh) 用于检测α-酮戊二酸的电化学生物传感器、制备方法及其应用
CN106018532B (zh) 氧化石墨烯与植酸修饰电极的制备及组装的电化学检测装置
CN108760861A (zh) 一种用于检测尿酸的Ni-MOF基电化学传感器
CN102507684A (zh) 修饰玻碳电极及其制备方法和其在检测亚硝酸根中的应用
CN110530957A (zh) 一种细菌耐药性电化学检测方法
CN102375009B (zh) 应用电化学方法快速检测细菌的方法
Xu et al. Simultaneous voltammetric determination of ascorbic acid, dopamine and uric acid using polybromothymol blue film-modified glassy carbon electrode
CN110261450A (zh) 一种同时检测多巴胺和肾上腺素修饰玻碳电极、制备方法及应用
Xiao et al. A square wave voltammetric method for the detection of microorganism populations using a MWNT-modified glassy carbon electrode
CN102692441B (zh) 一种沉积物微生物还原活性检测装置及方法
CN109406596A (zh) 一种检测microRNA-21的电化学传感器、其制备方法及应用
CN105758912B (zh) 一种纳米TiO2‑MoS2光电Saos‑2 cell细胞传感器的应用
CN105784808B (zh) 一种TiO2‑CH3NH3PbI3光电M2巨噬细胞传感器的应用
CN101216451B (zh) 一种dna生物传感器电极的制作方法及其应用
TW201226896A (en) Microbe or cell inspection system and method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant