[发明专利]使用电化学适体生物传感器构成检测肠道沙门氏菌的自动化采样装置的方法和设备

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请涉及于2009年4月10日提交的、标题为“采用适体生物传感器构成稳态环（homeostatic loop）的方法和设备”的共同待决的美国专利申请序列号12/422,125。

技术领域

本发明涉及化学生物传感器领域，具体地涉及电化学适体生物传感器用于自动化原位测试肠道沙门氏菌（Salmonella enterica）存在情况的用途。

背景技术

沙门氏菌是一种杆状的、革兰氏阴性的、不形成芽孢的并且大多数能动的肠道细菌属。沙门氏菌是全世界食物传播的疾病的重要原因。在美国每年报告约140万例沙门氏菌病例，包括大约16,000例住院病例及550例死亡病例。沙门氏菌自身与26%的导致住院的食物传播的腹泻病例有关。由于沙门氏菌的动物传染特性，即其具有在多个种间传染的能力，因此其对人尤其危险。

肠炎沙门氏菌（例如肠道沙门氏菌）可导致腹泻，其通常不需抗生素治疗。但处于危险中的人例如婴儿、HIV患者、小孩、老年人和免疫力低下的人可变为重病。感染沙门氏菌且具有镰状细胞贫血的儿童可能会发展成骨髓炎。沙门氏菌能引起伤寒症。据世界卫生组织报告，此症每年在全世界感染超过1600万人，其中500,000到600,000例被证明是致死的。

沙门氏菌可在活体外存活若干周。紫外辐射和加热可加速其死亡，其在被加热至55℃(131℉)持续1小时或至60℃(131℉)持续半小时后死亡。其已在超过2.5年的干排泄物中被发现。为保护人群免受沙门氏菌感染，政府和其他规定制定机构已经制定了许多关于食品操作的规定。对于家庭烹饪，推荐将食物在制备食物的中心处于75℃(167℉)下加热至少10分钟。沙门氏菌不能通过冷冻破坏。

已经有许多尝试来控制食物供应中的沙门氏菌的扩散。对此一种方法是宣传关于正确食品操作和烹饪技巧的信息。这通过关于食品生产、运输和操作的广泛规定和法规实现。

食品法规的一个方面是确定食物产品中可接受的沙门氏菌水平。例如，USFDA已经将水供应中的可接受沙门氏菌水平设定为不高于3CFU/4gm(www.fda.gov)。

特别关注的是由耐多药(MDR)菌株例如肠道沙门氏菌鼠伤寒沙门氏菌(serovar Typhimurium)DT104或肠道沙门氏菌新港沙门氏菌(serovar Newport)引起的沙门氏菌病。由于耐药菌株的性质，其较其他沙门氏菌的菌株难治疗得多。其对处于危险中的群体例如婴儿和老年人特别具有破坏性。这对于沙门氏菌的MDR菌株尤其如此，因此精确、容易地实施对食物源的测试很重要。这样，可减少或消除病原体到人的初始传播。

由于对精确测试沙门氏菌的存在具有巨大需求，所以目前有许多市售的测试方法。USFDA有用于测试的指南（参见USFDA Setting aRisk Threshold for Enteric Diseases in Drinking Water），USDA也有（参见Salmonella Testing）。测试通常通过基于DNA的方法（例如GENE-TRAK Colorimetric，和PE Applied Biosystems的TAQMAN），通过基于免疫分析的方法（例如Foss Electric的EIA Foss），通过基于免疫乳剂凝集的方法（例如May&Baker Diagnostics Ltd.的Spectate），以及有时通过其他生物化学方法例如活动性检测系统（例如Oxoid的Salmonella Rapid Test）实现。

这些测试被广泛使用并且是准确的，但有些要耗费许多天完成，且这些测试中的许多并非高度自动化的，即其全部倚赖技术人员来确定测试结果。此外，这些测试通常通过实验室富集所述细菌样本、在某个时间点完成。

适体以其结合特异性物质的能力而为本领域所熟知。基于核酸的适体还高度稳定。适体特异性通常利用通过指数富集的配体系统进化(SELEX)方法来确定。这使得可产生对多种分子的高特异性。现在适体可用作对细胞的标记物和衔接体。适体能够结合于细胞的外膜蛋白并因此用作对细胞的标记物和结合物(Joshua K.Herr et al.,Aptamer-Conjugated Nanoparticles for Selective Collection andDetection of Cancer Cells,Analytical Chemistry,Vol.78,No.9,pp.2918-2924,May 2006)。