[发明专利]使用磁致伸缩传感器的电磁流体过滤器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年6月24日提交的美国临时申请序列号62/184,052的优先权，所述美国临时申请的全部公开内容通过引用结合在此。

背景技术

食源性疾病主要起因是食品在野外或者在不卫生条件下进行的食品加工期间被病原微生物污染。因此，对于食品行业来说，贯穿食品供应链对新鲜农产品的细菌污染进行监管极其重要。然而，这种监管是个挑战，因为食品供应链是一条很长的轨迹，有许多机会引起食品污染。在到达零售店之前，食物产品可以在收割地被清洁、被运输至仓库、被再次清洁、并且经过几次重新包装。

用于病原体检测的典型微生物学方法（诸如菌落计数、免疫测定、以及聚合酶链式反应（PCR））提供了非常高的灵敏度。然而，所述方法要求预分析样品制备，在进行检测之前，这通常包括样品采集、将目标病原体细胞与食品分离、增大细胞浓度、以及从大量样品中取得分析量。这些过程是耗时的，从而导致获得筛选结果的延迟。而且，仅可以针对病原体对少量样品（例如，1 mL的样品）进行评估。更重要的是，食品样品必须被递送至实验室以供培养制备和分析。在当今市场上可获得无标记生物传感器。然而，它们也需要在实际测试之前进行样品制备（即，从新鲜农产品中采样，对所收集样品进行过滤和净化，以及将经过滤/经净化样品注入到生物传感器所在的流动系统中）。由于这些测试过程的复杂性和对昂贵设备以及训练有素人员的需求，当前食品安全控制主要依赖于对食品加工业中的工作者/环境卫生的控制，而不是直接病原体检测。

已经将独立的基于噬菌体的磁致弹性生物传感器作为用于实时病原体检测的无标记无线生物传感器系统进行了调查。磁致弹性生物传感器通常由磁致弹性谐振器组成，所述磁致伸缩谐振器涂覆有与目标病原体特异性地绑定的生物分子识别元件。一旦生物传感器接触到目标病原体，就发生绑定，从而引起谐振器的质量增加，所述质量增加导致传感器的谐振频率（以及传感器的其他特征频率）减小。

可以使用常规的圆珠过滤器针对病原体对流体进行过滤。圆珠过滤器可以包括许多纳米珠，所述纳米珠可以涂覆有与目标病原体特异性地绑定的生物分子识别元件。为了过滤流体介质，纳米珠可以混合在流体介质的相对少量（例如，1加仑）样品中，或者流体介质可以穿过纳米珠滤床。然而，纳米珠可能俘获未被生物识别元件瞄准的大碎屑，这可能导致过滤器堵塞。

发明内容

根据一个方面，一种电磁过滤器元件可以包括支撑梳状部；螺线管，耦合至所述支撑梳状部；以及多个细长磁性构件。所述支撑梳状部包括磁性材料并且限定了开口。所述螺线管被配置用于当被通电时使所述支撑梳状部产生磁场。所述多个磁性构件以平面阵列被安排成定位于所述支撑梳状部的所述开口内。每个磁性构件都包括第一端和第二端，并且每个磁性构件的所述第一端耦合至所述支撑梳状部。在一些实施例中，对所述支撑梳状部的磁化可以受所述螺线管控制，所述磁性构件中的每一个都可以磁性地耦合至所述支撑梳状部，并且每个磁性构件都可以绕所述磁性构件的耦合至所述支撑梳状部的所述第一端旋转。在一些实施例中，每个磁性构件的所述第一端可以铰接地附接到所述支撑梳状部上。

在一些实施例中，每个磁性构件都可以包括磁致伸缩传感器，所述磁致伸缩传感器包括磁致伸缩材料。每个磁致伸缩传感器可以进一步包括用于与微生物绑定的生物识别元件。所述生物识别元件可以包括细菌噬菌体，所述细菌噬菌体被基因工程化以用于与所述微生物绑定。在一些实施例中，所述支撑梳状部可以包括高磁导率磁性材料。

根据另一个方面，一种电磁过滤器包括：输送管，限定了内部体积；以及多个电磁过滤器元件，被定位在所述输送管的所述内部体积中。所述电磁过滤器元件中的每一个都包括：支撑梳状部；螺线管，耦合至所述支撑梳状部；以及多个细长磁性构件。所述支撑梳状部包括磁性材料并且限定了开口。所述开口描述了所述输送管的所述内部体积的横截面。所述螺线管被配置用于当被通电时使所述支撑梳状部产生磁场。所述多个磁性构件以平面阵列被安排成定位于所述支撑梳状部的所述开口内。每个磁性构件都包括第一端和第二端，并且每个磁性构件的所述第一端耦合至所述支撑梳状部。在一些实施例中，所述电磁过滤器元件中的每一个都可以具有所述多个磁性构件的不同定向。在一些实施例中，对每个支撑梳状部的磁化可以受所述相应螺线管控制，所述磁性构件中的每一个都可以磁性地耦合至所述相应支撑梳状部，并且每个磁性构件都可以绕所述磁性构件的耦合至所述相应支撑梳状部的所述第一端旋转。在一些实施例中，每个磁性构件的所述第一端可以铰接地附接到所述相应支撑梳状部上。