[发明专利]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

说明书

技术领域

本发明涉及食品中细菌的检测技术领域。

背景技术

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。

发明内容

针对传统食品细菌检测方法的诸多问题，本发明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。

本发明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。

本发明还提出快速检测食品致病菌的系统：

本发明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。

本发明采用多层状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。

本发明适合用于快速检测E. coli、non-O157 STEC、Salmonella、Listeria monocytogenes、和Campylobacter五种重要的食品致病菌。

进一步地，本发明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1 Hz～1 MHz范围内的阻抗谱。

附图说明

图1 是本发明具有多层状结构的TiO₂纳米带示意图；

图2是本发明含有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；