[发明专利]电场诱导细菌聚集装置及方法

说明书

本发明揭示了一种电场诱导细菌聚集装置及方法，所述装置包括相对设置的第一电极板和第二电极板、封装于第一电极板和第二电极板之间的隔板、及电性连接于第一电极板和第二电极板之间的电源，所述第一电极板、第二电极板和隔板之间形成有用于收容细菌溶液的密闭空间，所述电源用于对第一电极板和第二电极板施加交变电场，在交变电场下细菌溶液中的细菌在密闭空间内响应聚集形成细菌团簇，细菌由均匀分布态转变为局部高密态。本发明在不影响细菌活性的前提下，利用细菌对交变电场的响应可将溶液中分散的细菌聚集起来形成局部高密态，可实现早期低病菌浓度的检测，缩短了检测周期，提高了检测效率。

技术领域

本发明属于细菌调控技术领域，具体涉及一种电场诱导细菌聚集装置及方法。

背景技术

病菌感染是人类致命疾病的一个主要原因。如何在传播早期低病菌浓度的环境中实现快速准确的检测和诊断，是防控大规模传染性疾病的关键。对病菌的生化检测，需要病原体达到一定的浓度，才能进行准确诊断。目前已经开发出一些基于光学成像、微通道谐振器、等离子体成像和跟踪等温微量热法的检测技术，但它们在较低的细菌浓度下灵敏度和准确性都大大受限。因此如何在低病菌浓度的环境下做到精准检测目前依然是亟待突破的一个难题。

由于细菌表面带有负电，对电场会有响应，基于此研究人员在利用电场控制细胞和细菌个体行为方面做了很多研究，但在利用外场调控微生物局部浓度等方面还没有太多的报道。

2017年Mohanty等人设计了一种由ITO玻璃搭建的导电装置，如图1a所示。没有电场的情况下(E＝0V/μm)，棒状细菌在溶液中均匀分布；在低场强下 (E＝0.01V/μm)，细菌以链状沿着电场方向排列，在平面上看着像球体；增加电场强度后，细菌聚集形成小型团簇，并且团簇的大小随着电场强度的增加而增大 (从E＝0.015到E＝0.02V/μm)，如图1b所示。在E＝0.02V/μm时，将沿着z轴的多张二维图像构建成三维柱状结构，如图1c所示。

然而上述方法采用的是高频电场，电场频率固定为2MHz，电场强度为 0.0035～0.021V/μm，细菌密度为0.06wt％、0.29wt％和2.9wt％。如图2a所示，当细菌密度为0.06wt％，E＝0V/μm时，细菌表现为各向同性，均匀分布在溶液中；在低场强E＝0.0035V/μm时，细菌将其长轴沿着电场方向排列；在E＝0.01V/μm 时，细菌沿着电场方向形成一维链状结构；增加电场强度至E＝0.018V/μm，更多的一维链侧向连接形成二维结构。在细菌密度为0.29wt％时，观察到与此类似的实验现象。当细菌密度增加到2.9wt％时，如图2b所示，随着电场强度的增加，细菌从0.005V/μm的定向排列转变成0.02V/μm的柱状结构，在结构的内部可以清晰地看到每个细菌都被周围的四个细菌环绕着。

上述方案的缺点一在于，高频电场是通过改变细菌表面电荷分布导致细菌沿电场方向排列，形成的柱状结构限制了细菌自身的运动，长时间作用不仅会影响细菌内部生物大分子的结构和功能，而且会大大降低细菌的活性；缺点二在于，不同电场强度下改变的是细菌聚集形成的结构，没有在溶液大尺度上改变细菌的局部密度，在临床无法实现细菌的早期快速检测。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种电场诱导细菌聚集装置及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电场诱导细菌聚集装置及方法。

为了实现上述目的，本发明一实施例提供的技术方案如下：

一种电场诱导细菌聚集装置，所述装置包括相对设置的第一电极板和第二电极板、封装于第一电极板和第二电极板之间的隔板、及电性连接于第一电极板和第二电极板之间的电源，所述第一电极板、第二电极板和隔板之间形成有用于收容细菌溶液的密闭空间，所述电源用于对第一电极板和第二电极板施加交变电场，在交变电场下细菌溶液中的细菌在密闭空间内响应聚集形成细菌团簇，细菌由均匀分布态转变为局部高密态。