快速检测致病大肠杆菌的TiO2纳米带生物传感器芯片及系统技术方案

快速检测致病大肠杆菌的TiO2纳米带生物传感器芯片及系统，涉及食品中细菌的检测技术领域。TiO2纳米带生物传感器芯片是在两个平行的金电极之间连接有TiO2纳米带，TiO2纳米带为多层状纳米结构，TiO2纳米带的表面键合有羟基。快速检测食品致病菌的系统的生物传感器的进样容器和出样容器通过微流通道连通，TiO2纳米带生物传感器芯片中的TiO2纳米带置于微流通道内，TiO2纳米带生物传感器芯片中的两个平行的金电极分置于微流通道两侧，且TiO2纳米带置于磁场内；该系统内装有多级蠕动泵，分别连通细菌进样管与进样容器及清洗液进样管与进样容器。本发明专利技术可缩短细菌检测时间，避免交叉感染。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及食品中细菌的检测

技术介绍
食品安全问题一直是制约我国食品行业发展的瓶颈。据卫生部调查结果显示，微生物污染食品问题已成为目前影响我国食品卫生和安全的最主要因素，细菌性食物中毒造成的中毒人数最多，近两年占到总中毒人数的一半左右。传统的细菌检测手段如细胞培养、荧光测试等不仅检测周期长而且耗费大量的人力物力，难以满足目前国内外对食品安全检测的要求。目前，酶联免疫吸附测定技术 (enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA)以及聚合酶链反应法(Polymerase Chain Reaction, PCR)等常用的检测手段与传统方法相比，虽然能够有效的缩短分析时间，但是其检测时间仍长达五到六个小时，而且不能实现对细菌的实时检测。近年来，抗体或免疫传感器已经成为人们研究的热点，通过抗原抗体的相互作用，微生物可以被直接或间接的快速检测出来。实践证明，利用此原理制备的生物传感器具有低成本、高灵敏度、高稳定性和时时在线探测特种细菌的特点。特别是近年来，随着纳米技术的进步和微加工技术的不断成熟，纳米生物传感器也不断地被开发出来，并表现出良好的稳定性、灵敏度和寿命。TiO2是一种宽带隙半导体氧化物，其在传感、光催化、燃料敏化太阳能电池以及电化学锂存储等方面有着重要的潜在应用价值。此外，其还具有良好的生物相容性、化学稳定性和可忽略的蛋白质变性作用，这些特殊的性能都使其成为理想的生物传感材料。
技术实现思路
针对传统食品细菌检测方法的诸多问题，本专利技术目的第一目的是提供一种快速检测五种重要的食品致病菌的TiO2纳米带生物传感器芯片。本专利技术包括两个平行的金电极和TiO2纳米带，所述TiO2纳米带连接在两个平行的金电极之间，所述TiO2纳米带为多层状纳米结构,所述TiO2纳米带的表面键合有若干轻基。本专利技术还提出快速检测食品致病菌的系统本专利技术快速检测食品致病菌的系统包括生物传感器、阻抗检测电路、多级蠕动泵和交变磁场，所述生物传感器包括进样容器、出样容器和TiO2纳米带生物传感器芯片，进样容器和出样容器通过微流通道连通，TiO2纳米带生物传感器芯片中的TiO2纳米带置于所述微流通道内，TiO2纳米带生物传感器芯片中的两个平行的金电极分置于微流通道的两侧；所述 TiO2纳米带生物传感器芯片中的TiO2纳米带置于所述交变磁场内；在所述进样容器上分别连接细菌进样管和清洗液进样管，所述多通道蠕动泵分别设置在所述细菌进样管和清洗液进样管上；所述阻抗检测电路分别与两个金电极、多蠕动泵蠕动泵电连接。本专利技术采用多层状TiO2纳米带做传感材料，其具有较大的面积，且表面键合大量的羟基，羟基可以很容易的与抗体相互作用，使得抗体被固定在纳米带表面，从而抗体可以快速捕获细菌，使用该纳米带生物传感器芯片检测细菌的时间由传统的五、六个小时缩短为50分钟；同时，TiO2纳米带面积可控，表面羟基的数目可控导致抗体固定数目的可控，从而在细菌数目较低到10 102cfu/ml时，细菌仍能被很好的检测到。蠕动泵可以实现高精度的给传感器进样，检测过程所需的细菌用量很少，利于节约成本。采用阻抗测量芯片测定阻抗，操作简单，测试速度快，便于使用。同时，与现有技术相比，利用本检测系统不需要对含有细菌的样本做复杂的预处理，从而缩短了细菌的检测时间，易于满足对细菌快速检测的需求。本专利技术适合用于快速检测E. coli、non-0157 STEC、Salmonella、Listeria monocytogenes、和Campylobacter五种重要的食品致病菌。进一步地，本专利技术所述阻抗检测电路包括相互连接的单片机和阻抗检测芯片。利用阻抗检测芯片来测定TiO2纳米带生物传感器芯片在抗体修饰前后及细菌捕获后I Hz I MHz范围内的阻抗谱。附图说明图I是本专利技术具有多层状结构的TiO2纳米带示意图；图2是本专利技术含有TiO2纳米带生物传感器芯片的快速检测食品致病菌的系统的结构示意图；图3是本专利技术一种阻抗检测电路的单片机与串行通信模块的电路图；图4是本专利技术一种阻抗检测电路的蠕动泵驱动及外围接口模块的电路图；图5是本专利技术一种阻抗检测电路的阻抗检测模块的电路图；图6是本专利技术一种阻抗检测电路的电源模块的电路图；图7是本专利技术利用含TiO2纳米带生物传感器芯片的系统检测食品致病菌时，抗体固定前后及细菌捕获后TiO2纳米带生物传感器芯片的阻抗值与频率的关系曲线。具体实施方式一、本专利技术多层状结构TiO2纳米带采用溶液法制备，以下举例说明将0. 2 g TiO2粉末在不断搅拌下加入到2. O mol/L的Ca(OH)2和10 mol/L的NaOH混合液中，将此混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中密封，在100 250°C下，于4小时至7天后得到产物，即具有多层状结构的TiO2纳米带。所得产物用去离子水冲洗至中性备用。本专利技术所制得多层状纳米结构的TiO2纳米带的结构示意图见图I。多层状1102纳米带的表面键合有一定数目的羟基。该多层状纳米带具有价带可调、表面羟基数量可控的优点。通过调控反应时间的长短可以控制TiO2纳米带的面积，从而调节TiO2纳米带表面羟基的数目。羟基数目多，则固定抗体数量相应增加，可以提高TiO2纳米带的敏感性，使得在细菌数目低到10 102cfu/ml时，仍能被很好的检测到。二、多层状结构的TiO2纳米带生物传感器芯片的制备过程如下将TiO2纳米带置于氧化硅基片上，然后采用光刻法制备两个平行的金电极与TiO2纳米带相连，使得在两个平行的金电极之间连接有TiO2纳米带。使用本专利技术多层状TiO2纳米带生物传感器芯片时，将该生物传感器芯片的表面进行抗体修饰，具体过程如下将TiO2纳米带生物传感器芯片置于2-甲基-2-丙硫醇中对金电极表面进行修饰，然后分别用99. 5%乙醇和二次去离子水清洗。将致病性细菌抗体直接滴在TiO2纳米带生物芯片的表面上，在室温下孵育2小时，然后用去离子水冲洗，并在氮气气氛下干燥。这样表面修饰有抗体的TiO2纳米带生物传感器芯片就制成了。三、本专利技术包含有多层状的TiO2纳米带生物传感器芯片的快速检测食品致病菌的系统主要有三部分构成生物传感器、自动进样清洗装置和阻抗检测电路。图2是本专利技术快速检测食品致病菌的系统的结构示意图。该系统中的生物传感器包括微流通道3、进样容器4、出样容器5和TiO2纳米带生物传感器芯片，进样容器4和出样容器5通过微流通道3连通。TiO2纳米带生物传感器芯片中的TiO2纳米带6置于微流通道3内，TiO2纳米带生物传感器芯片中的相互平行的金电极7和金电极8分置于微流通道3的两侧。TiO2纳米带生物传感器芯片的金电极7和金电极8通过导线与图4的阻抗检测电路的外围接口模块中的接线端子P3的VIN接线柱和VOUT接线柱连接。使用时，在微流通道3的两侧施加交变磁场9,使TiO2纳米带生物传感器芯片微流通道中的TiO2纳米带处于交变磁场内，这就会使免疫磁分离的细菌在微流通道3内流动时更易被TiO2纳米带上的抗体捕获。在本专利技术快速检测食品致病菌的系统的自动进样清洗装置中，多级蠕动泵可以分别控制通道12和13，通过细菌进样管10与进样容器4连通，蠕动泵通过清洗液进样管11 与进样容器4连通。蠕动泵通过细菌进样本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速检测致病大肠杆菌的TiO2纳米带生物传感器芯片，其特征在于包括两个平行的金电极和TiO2纳米带，所述TiO2纳米带连接在两个平行的金电极之间，所述TiO2纳米带为多层状纳米结构，所述TiO2纳米带的表面键合有若干羟基。

【技术特征摘要】
1.一种快速检测致病大肠杆菌的TiO2纳米带生物传感器芯片，其特征在于包括两个平行的金电极和TiO2纳米带,所述TiO2纳米带连接在两个平行的金电极之间,所述TiO2纳米带为多层状纳米结构，所述TiO2纳米带的表面键合有若干羟基。2.一种包含权利要求I的TiO2纳米带生物传感器芯片的快速检测食品致病菌的系统，其特征在于包括生物传感器、阻抗检测电路、多通道蠕动泵和交变磁场；所述生物传感器包括进样容器、出样容器和TiO2纳米带生物传感器芯片，进样容器和出样容器通过微流通道连通，Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文钧，沈金明，沈旸，
申请(专利权)人：江苏康宝电器有限公司，
类型：发明
国别省市：