[发明专利]摩擦纳米发电机驱动的用于细菌检测的传感系统及方法

说明书

本发明属于微生物检测技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机驱动的细菌检测系统及方法。摩擦纳米发电机驱动的用于细菌检测的传感系统，包括：摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能并将其输出；电阻式生物传感器，其与所述摩擦纳米发电机电连接，在所述摩擦纳米发电机输出的电能驱动下，识别并捕获目标细菌；以及，碳纳米管，用于结合所述目标细菌，并引起所述电阻式生物传感器产生传感信号；所述电阻式生物传感器及碳纳米管的表面均修饰有特异性结合目标细菌的生物识别材料。本发明中的传感器利用摩擦纳米发电机驱动，不需要外加电源，提高了检测系统的便携性；采用能和目标细菌特异性结合的生物识别材料，提高了传感器的准确性和灵敏度。

技术领域

本发明属于微生物检测技术领域，特别涉及一种摩擦纳米发电机驱动的细菌检测系统及方法。

背景技术

微生物腐蚀几乎可在所有常见材料中发生。微生物腐蚀中硫酸盐还原菌（SRB)所致的腐蚀损失占整个腐蚀损失的 1/2 以上。SRB是一种厌氧细菌，其代谢过程中产生的硫化物具有极强的腐蚀性和毒性。因此SRB的存在可能会造成环境和工业危害。SRB的检测方法很多，如最可能数法、生化检测、酶联免疫吸附试验和分子生物技术，但这些方法存在检测时间长，受环境影响因素大等不足。因此，开发一种高灵敏和特异的SRB检测方法对腐蚀防护和环境监测是十分有必要的。近年来，生物传感器出现在公众视野中，其灵敏度高、操作简单、价格低廉的优点使其广泛应用于微生物检测和环境监测领域。生物传感器的出现为SRB的快速检测提供了新的思路。

近年来，基于摩擦带电与静电感应耦合效应的摩擦电纳米发电机因其环保、成本低、效率高、结构简单等优点，在将机械能转化为电能方面受到广泛关注。近十年来，TENGs作为自供电传感器显示出了巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于摩擦纳米发电机驱动的用于细菌检测的传感系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种摩擦纳米发电机驱动的用于细菌检测的传感系统，其特征在于，包括：

摩擦纳米发电机，用于将外部机械能转化为电能并将其输出；

电阻式生物传感器，其与所述摩擦纳米发电机电连接，在所述摩擦纳米发电机输出的电能驱动下，识别并捕获目标细菌；以及，

碳纳米管，用于结合所述目标细菌，并引起所述电阻式生物传感器产生传感信号；

所述电阻式生物传感器及碳纳米管的表面均修饰有特异性结合目标细菌的生物识别材料。

进一步地，所述的摩擦纳米发电机包括两个金属电极，其中一个金属电极表面设有摩擦层；所述摩擦层作为发电层负极，另一个金属电极作为发电层正极，发电层正极和发电层负极在外力作用下摩擦发电。

进一步地，所述的摩擦层为全氟乙烯丙烯共聚物薄膜，其厚度为50微米。

进一步地，所述金属电极层为铝薄膜，其厚度为30微米。

进一步地，所述金属电极与其摩擦面相对的一面设有支撑基板；两个支撑基板之间连接有弹性元件。

进一步地，所述电阻型传感器由经刻蚀的ITO导电玻璃制成，所述ITO导电玻璃中间刻蚀一条宽度为50微米的缝隙，刻蚀深度等于ITO膜层的厚度。

进一步地，所述的生物识别材料为刀豆蛋白；所述刀豆蛋白用于特异性识别并结合革兰氏阴性菌。

进一步地，所述传感系统还包括串联在所述摩擦纳米发电机与电阻式生物传感器之间的可变电阻。

进一步地，所述可变电阻两端并联连接报警装置。

本发明还提供一种摩擦纳米发电机驱动的细菌检测方法，该方法包括以下步骤：