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测控技术与生物学的融合 基于FPGA的智能微生物发酵系统 姓名：谭自峰 院系：信息工程学院 专业：测控技术与仪器 测控技术与生物学的融合 传感器在致病菌检测上的应用 谭自峰 信息工程学院 测控技术与仪器 1067112309 摘要：生物传感器因其具有灵敏、专一、微量、快速、准确、经济实用的特点，在工业、农业、环境监测及生物医学等领域的生物传感器相继得到开发。它是利用抗原或抗体检测相应的抗体或抗原的一种传感器技术。此文就生物传感器在细菌的应用进行综述性报道，并就其发展进行展望。 关键词：免疫传感器；细菌；微生物；检测 前言：生物传感器是多学科综合交叉的一门技术，在科学研究、工业生产乃至人们的生活中起着很重要的作用。生物传感器研究起源于20 世纪60 年代，到80 年 代后期开始，生物传感器、广泛地应用于对微量蛋白(如肿瘤标志物、特异性抗体、神经递质)，小分子有机物(如葡萄糖、乳酸及各种药物的体内浓度)，核酸(如病原微生物、异常基因)等多种物质的检测，是一种快速、灵敏和高效的检测方法。生物传感器是一个非常活跃的研究和工程技术领域，它与生物信息学、生物芯片、生物控制论、仿生学、生物计算机等学科一起，处在生命科学和信息科学的交叉区域。生物传感器中应用的生物活性材料对象范围包括生物大分子、细胞、细胞器、组织、器官等，以及人工合成的分子印迹聚合物(MIP)。生物传感器由两部分构成，即生物敏感膜和换能器。被分析的物质扩散进入生物敏感膜层，经分子识别发生生物学反应，产生的信息被相应的化学换能器或物理换能器转变成可定量和处理的电信号，再经二次仪表放大并输出便可知道待测物质的浓度，按照其感受器中所采用的生命物质分类，可分为：微生物传感器、免疫传感器、组织传感器、细胞传感器、酶传感器、DNA 传感器等。传感器在各种疾病的应用及其广泛，此文就生物传感器在病原菌检测上必威体育精装版应用进行某些综述，从而为它的广泛应用提供一些借鉴。 1 检测葡萄球菌的生物传感器 表皮葡萄球菌(SEP)是人体皮肤及黏膜上正常寄生菌群，属于条件致病菌，随着人工瓣膜、人工关节、留置静脉导管等侵入性操作的增加，凝固酶阴性葡萄球菌(CNS)已经成为医院感染最为常见的致病菌[1-2]，凝固酶阴性葡萄球菌感染中68%为表皮葡萄球菌感染，快速准确检测表皮葡萄球菌是临床预防的重点。夏涵等人考虑到DNA 传感器由于DNA 片段质量微小，相对的频率变化值易被噪声淹没的原因，设计了一种基于HRP-DAB 酶生物信号放大的石英晶体DNA 传感器进行SEP 的检测，在试验中，HRP-DAB 信号放大反应体系经以下步骤构成：加入链亲和素-HRP 的工作液，室温孵育后，加入DAB 底物液5 μL。目标菌株用0.9%无菌生理盐水配制成浓度为1×108 cfu/mL 的菌液，提取细菌DNA，进行1:10梯度稀释，进行PCR 扩增后与寡核苷酸探针杂交后进行检测，响应频率为264 Hz，而与此相对照的阴性标本、频率变化不明显（＜20 Hz)，与常规细菌培养法相比，其灵敏度为95.5%，特异度为84.6%，正确诊断指数为0.801，从标本采集到结果的检出仅需要6~8 h，从而为临床病原菌的检测提供了一种简便、快速的新方法[3-4]。Chien[5]等选用非晶态金属合金2826 为磁性材料，建立了一种对质量敏感的磁致弹性传感器检测平台，用于葡萄球菌肠毒素的测定，其原理是根据传感器表面抗原-抗体的接合引起的质量改变，实现对待测物质的定量测定。这种传感器最大的特点是低消耗、操作简单、高选择性。对葡萄球菌肠毒素B的测定，灵敏度可达到0.5 ng/mL。表面等离子体共振(SPR)传感器是20 世纪80 年代出现的一种生物传感技术，组成部件主要包括光波导器件、金属薄膜、生物敏感膜3 个部分。与其它的传感器相比，其优点主要是不需要参比电极，信号不受电磁场干扰，灵敏度高，Slavy 等人设计了一种双通道SPR传感器并应用于葡萄球菌肠毒素的检测，其传感器由多色光源、传感器探头和双通道光谱仪组成。光源与传感器探头之间通过光纤相连。与共振角改变的SPR传感器相比较，此种传感器更利于传感器的小型化和远距离的检测。利用此技术对葡萄球菌肠毒素B进行了测定，其检出限可达到ng 级，检测时间仅仅需要10 min[6-7]。 2 检测副溶血性弧菌生物传感器细菌引起的食源性疾病事件屡见不鲜，其中副溶血性弧菌(VP)是夏秋季沿海地区引发食物中毒的首要病原菌，人多因食入未煮熟的海产品或污染此菌的食物而感染，症状为腹痛、腹泻、呕吐和发热等，粪便为水样，少数呈血水样或粘液血便。快速检测VP 是海产品生产和加工、进出口检验和卫生部门的需要。相较ELISA，目前的实时荧光PCR检测检测基本可以满足检测要求，但所需时间还需要2 h，用于应急检测仍不尽人意[8-10]。赵