[发明专利]用于大肠杆菌的快速检测的传感器

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求在2010年7月22日提交的美国临时专利申请号61/366,638和在2011年7月21日提交的美国专利申请序列号13/187,587的权益。两个申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及大肠杆菌（E-Coli）细菌的检测，和更具体地，涉及用于迅速的化学发光响应的微米/纳米等级纹理的传感器。

背景技术

本章节提供与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

在不同类型的食物、水和其他可食用的污染物之中，细菌污染更常见。细菌的生存和生长总是取决于所提供的适当的周围温度、大气条件、湿气和营养素。

大肠杆菌是食物产品如花生酱和菠菜等中非常常见的细菌，并且大肠杆菌的食用可导致不同类型的健康疾病，例如痢疾。

通过常见的标准生物化学检验程序检测大肠杆菌需要较长的时间（例如，8至48小时）[参考文献1]。

能可靠地检测食物、水和其他介质中的大肠杆菌的快速的传感器将在短时间内避免很多健康危害。

检测大肠杆菌细菌的简单而迅速的方法是通过酶促化学发光程序。例如，由大肠杆菌释放的、作为它的新陈代谢过程的部分的酶β-半乳糖苷酶可以是非常有用的生物标记。

适于β-半乳糖苷酶的化学发光底物是苯基半乳糖-取代的二氧杂环丁烷（dioxetane）[参考文献2和3]。

Lumi530，4-甲氧基-4-(3-b-D-半乳糖苷苯基)螺旋[1,2-二氧杂环丁烷-3,2’-金刚烷]的商品制剂也可以是β-半乳糖苷酶活性的检测和量化的最佳替代物[参考文献4]。

酶β-半乳糖苷酶和二氧杂环丁烷底物之间的化学反应导致波长在530nm左右的光的发射，和如此发射的光可通过光检测器或光度计检测，从而确定大肠杆菌的存在。

采用上述讨论的生物标记和试验的生物传感器已经能够迅速检测大肠杆菌[参考文献2]。

这样的生物传感器的功效和响应时间高度地取决于传感器的表面纹理；期望具有高反射率的微米/纳米结构的表面。

最近几年中，已经在硅晶片的表面纹理上进行了很多研究。目的是在硅晶片的表面上生产微米/纳米结构，显著地增加表面积，和因而增强生理化学过程。

然而，当硅晶片的表面具有比发射光的波长小的亚波长结构时，可产生强的吸收作用。

参考图1，随着如图2中示例的孔深度增加，表面的反射率大大减少。因此，这些结构之间的深度、大小和间距的控制对于传感器的功效是至关重要的。

可在KOH或NaOH蚀刻剂中产生硅表面上的孔。尽管这样的碱性蚀刻技术是简单的和低成本的，然而它的缺点是费时、需要加热和产生极差的均匀性。为了硅表面上纹理结构的较好的均匀性，必需机械地搅拌蚀刻溶液。另外，在KOH或NaOH蚀刻剂中碱性金属离子的存在与细菌增殖是不相容的，并且可能对传感器的功效有害。

发明概述

本章节提供本公开的总体概述，并且不是它的全部的范围或它的所有的特征的全面的揭露。

公开了用于快速检测大肠杆菌细菌的微米/纳米等级纹理的传感器组装体。传感器组装体包括支撑基板和具有增强化学发光响应的几何特征的涂层。

此外，也公开了实现这种超细纹理的涂层的方法。该方法包括将适当的材料（例如，硅）利用沉积技术沉积在基板上，并且将其同时地/随后地处理以实现增强化学发光响应的期望拓扑学。

沉积技术可以是等离子体或相似的技术，并且可采用固态或气态前体材料。

表面纹理技术可采用激光、电子束、等离子体束或任何其他强热源。

如此制备的生物芯片利用“生物标记底物混合物（Biomarker substrate mixture）”功能化。生物标记底物混合物的实例是Lumi530和硫酸多粘菌素B（polymyxin-B-sulfate）溶液，在这个整篇文献中有时也可将其称为“底物混合物（Substrate Mixture）”。为了促进标记扩散到和吸收到传感器表面中，利用上述提及的“生物标记底物混合物”，在4-6℃的冷藏库中过夜，完成生物芯片的功能化。如此功能化的生物芯片备用于大肠杆菌的检测。

从本文提供的描述，进一步的适用性将变得显而易见。在这个概述中的描述和具体的实例仅仅意欲作为说明的目的，并不意图限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的图形和图表仅仅是为了示例所选的实施方式，而不是所有可能的实施方式，并不意图限制本公开的范围。