[发明专利]一种电阻抗式细菌快速检测传感器的数据分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电阻抗式细菌快速检测传感器的数据分析方法。所述的方法可用于微生物的快速检测中。

背景技术

快速探测活菌是一个难题。通常所采用的方法是在装有琼脂的细菌培养皿中完成。细菌数量一般每20-40分钟翻一倍，所以要达到探测所需的菌落的细菌数量需要较长的时间。这种依靠培养基进行培养、分离及生化鉴定的传统方法，既费时费力，又繁杂。为了能快速、方便、正确地检验食品微生物，近几年来，许多国家对此进行了研究，并取得了进展。

微生物阻抗检测法是通过测定微生物生长繁殖导致的电阻抗变化来对微生物进行定性定量分析的一种快速检测方法。该方法所需时间短，能够将细菌生长的时间缩短至2-3个小时，并且检测精确度高。随着自动化技术和计算机的应用，更使其在微生物检测领域展现出独特优势。

目前，电阻抗法应用于微生物的检测已有很多的报道，且已有应用相关原理进行检测的产品，但是主要是运用电极测得的电阻值、电抗值或电容值进行样品中细菌数量的表征。通过文献调研及实验积累发现这些测量参数对于测试电极的设计要求和测量环境要求较高，且其变化幅度较小。

本发明试图基于电阻抗法，设计叉指式电极，此电极在测量系统中的等效模型为电阻与电容的串联。将电极测量得到的阻抗和相位进行分析处理，获得Nyquist曲线，建立Nyquist曲线斜率与细菌数量的标准曲线，最终用Nyquist曲线的斜率来有效的表征样品中的细菌数量。与其他电阻抗法检测微生物的技术相比，本发明具有电极设计简单，由细菌生长引起的参数变化量大、检测速度快、成本低等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电阻抗式细菌快速检测传感器的数据分析方法，具体地说本发明是将叉指式电极采集到的阻抗和相位信号进行处理，获得Nyquist曲线，建立Nyquist曲线斜率与细菌数量的标准曲线，最终用Nyquist曲线斜率来有效的表征样品中的细菌数量，从而进行微生物的快速检测。

本发明的目的是通过叉指式电极的设计和制造、阻抗和相位信号的采集、数据的分析测定三个主要步骤实现的。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

1)根据测试需求完成叉指式电极的设计和制作，使电极在测量系统中的等效模型为电阻与电容的串联。

2)将待测的溶液(样品)注入测量电极的腔体中，利用阻抗和相位测量仪器在扫频模式下进行测量，一定的时间间隔后，再次测量，重复数次。

3)将获得的阻抗和相位值变换为电阻值(阻抗的实部)和电抗值(阻抗的虚部)，得到Nyquist曲线，测得各Nyquist曲线的斜率值，作为细菌数量的表征。亦可将获得的相位值取其正切值作为细菌数量的表征。做出Nyquist曲线斜率(或相位正切值)与细菌数量的标准曲线，在相同条件下测试，则可在短时间内通过测量Nyquist曲线斜率值(或相位的正切值)获得样品中细菌的数量。

本发明构建的数据分析方法将由电极直接测得的数据差异进行放大，因此在一定程度上降低了由外界环境对测量结果造成的干扰，使得由细菌数量变化造成的差异突显出来。该数据分析的方法为微生物的快速检测奠定了良好的基础。

总之，本发明阐述了一种电阻抗式细菌快速检测传感器的数据分析方法。该传感器基于电阻抗法原理，采用MEMS技术，设计并制造了叉指式电极用于细菌的快速测定。将叉指式电极采集到的阻抗和相位信号进行处理，获得Nyquist曲线。而Nyquist曲线的斜率对细菌的数量进行了良好的表征。在细菌生长过程中Nyquist曲线的斜率变化近似呈线性关系，以此建立此参数值与样品中原始菌量的关系，用于细菌种类及细菌数量的测定。该数据分析方法降低了对测试电极以及测量环境的要求，并缩短了细菌测定所需要的时间，可用于微生物的快速检测中。

附图说明

图1为本发明实施例的叉指式电极的结构示意图。

图2为叉指式电极的制作流程示意图，图中(a)涂光刻胶；(b)光刻；(c)显影；(d)溅射Au金属层；(e)剥离形成电极。

图3为本发明实施例的Nyquist曲线的示意图(1-5表示为时间的先后顺序)。

图4为本发明实施例的细菌培养时间与所测得的Nyquist曲线斜率对应关系的示意图。

图5为本发明实施例的相位正切值的示意图(1-5表示为时间的先后顺序)。

具体实施方式

下面结合附图和上述三个步骤进一步说明本发明实质性特点和显著的进步，但本发明绝非仅局限于实施例。