生物傳感器在微生物檢測(cè)中的創(chuàng)新研究

摘 要:本文主要研究了生物傳感器在微生物檢測(cè)、生物毒素檢測(cè)以及其他生物類霉素的檢測(cè)中的廣泛應(yīng)用。生物傳感器以其高選擇性、高靈敏度、低成本的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為一種新型的檢測(cè)技術(shù)，并且在較復(fù)雜的體系中能夠進(jìn)行快速連續(xù)監(jiān)測(cè)，因此，生物傳感器已經(jīng)成為最具潛力的微生物檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞:生物傳感器 微生物檢測(cè) 生物毒素檢測(cè)

中圖分類號(hào):Q819文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:Ａ文章編號(hào):1674-098X(2012)08(b)-0030-02

目前，生物傳感器技術(shù)是一個(gè)極具有發(fā)展?jié)摿Φ膶W(xué)科領(lǐng)域，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、食品檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等方面，該技術(shù)主要用來(lái)檢測(cè)食品和污染物的濃度，在微生物呼吸活性的測(cè)定，微生物培養(yǎng)方法的選擇上也有顯著的研究成果，另外還可以作為終端的水處理設(shè)備。對(duì)于生物傳感器的發(fā)展前景及趨勢(shì)，我們認(rèn)為將會(huì)向著實(shí)用化、微型化、人工智能化和多樣化的方向發(fā)展，并且還將用于對(duì)生物功能進(jìn)行人工模擬，研究人工感官。本文主要從以下微生物檢測(cè)、生物毒素檢測(cè)以及其他生物類霉素的檢測(cè)三個(gè)方面來(lái)探討生物傳感器在微生物檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 微生物的檢測(cè)的研究

食品中被污染的微生物的種類繁多，主要包括真菌、病毒和細(xì)菌等，其中細(xì)菌在食品中最為常見(jiàn)。食品中被污染的微生物主要分為病原菌和腐敗菌，而其中的腐敗菌本身是不致病的，其致病主要是因?yàn)槭称烦煞直环纸狻⑵茐模瑥亩a(chǎn)生了有毒物質(zhì)，才開(kāi)始對(duì)人體造成傷害。病原菌可以破壞食品的組成成分，該病菌本身可以致病。使用傳統(tǒng)的檢測(cè)方在操作上比較繁瑣，并且檢驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，傳統(tǒng)檢測(cè)方法在一定程度上已經(jīng)不能滿足檢測(cè)要求，所以隨著專家的不斷研究和試驗(yàn)，很多先進(jìn)的檢測(cè)方法開(kāi)始出現(xiàn)，生物傳感器作為一種新型的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于微生物的檢測(cè)。

1.1 微生物的數(shù)量檢測(cè)

我們?cè)谑称分谐Ｒ?jiàn)的食品腐敗菌有:乳酸菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌。由于微生物在呼吸代謝過(guò)程中能夠產(chǎn)生帶有電子的生物傳感器，這樣就可以直接在陽(yáng)極上放電，從而產(chǎn)生微電流，產(chǎn)生的電流大小與測(cè)定溶液中微生物的濃度有關(guān)。所以這種傳感器就可以直接利用微生物本身的性質(zhì)來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，并且檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、檢測(cè)速度快，制樣簡(jiǎn)單，能夠到達(dá)快速檢測(cè)的目的。另外，還有一種光纖傳感器也可直接放入被測(cè)的樣品中，通過(guò)測(cè)定微生物在代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的二氧化碳得含量來(lái)估算細(xì)菌的濃度，該傳感器檢測(cè)技術(shù)解決了原來(lái)無(wú)法測(cè)定該濃度的要求，生物傳感器技術(shù)拓寬了食品中微生物的檢測(cè)范圍，使一些危害人體的病菌能夠快速檢測(cè)出來(lái)，為食品安全作出了很大的貢獻(xiàn)。

1.2 病原菌的檢測(cè)

在食品中一些常見(jiàn)的污染食品的病原菌主要有:李斯特菌、黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等。對(duì)于以上病原菌的檢測(cè)主要采用光纖傳感器與聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)生物放大作用耦合，對(duì)食品中李斯特菌單細(xì)胞基因進(jìn)行檢測(cè)，采用酶免疫電流型生物傳感器可以檢測(cè)食品中存在的少量的大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和沙門菌等。我們一般將蛋白A作為金黃色葡萄球菌存在的標(biāo)記物，利用光纖免疫傳感器，將抗蛋白A的抗體固定在光纖上來(lái)捕獲蛋白A，然后結(jié)合上FTIC標(biāo)記的抗蛋白AIgG以產(chǎn)生抗原-抗體反應(yīng)的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。該免疫傳感器檢測(cè)線低，檢測(cè)時(shí)間短，比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法快很多。

2 生物毒素的檢測(cè)研究

在食品中，污染食品的主要生物毒素有藻類毒素、動(dòng)植物毒素以及細(xì)菌毒素，其中真菌毒素和細(xì)菌毒素較為常見(jiàn)。通常檢驗(yàn)毒素一般都采用色譜分析法和生物學(xué)的方法，但這些分析方法檢測(cè)周期長(zhǎng)，對(duì)樣品的處理比較繁瑣，而免疫傳感器用于以上生物毒素的檢測(cè)以其檢測(cè)速度快、樣品處理簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)受到人們的歡迎，該生物傳感器在生物毒素中檢測(cè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了快速檢測(cè)目標(biāo)。

2.1 細(xì)菌毒素的檢測(cè)

細(xì)菌毒素是生物毒素中最常見(jiàn)的一種毒素，該毒素主要產(chǎn)生于細(xì)菌細(xì)胞外以細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)的致病性物質(zhì)，有內(nèi)外毒素之分。對(duì)于細(xì)菌內(nèi)毒素是G-菌細(xì)胞壁上特有的結(jié)構(gòu)，內(nèi)毒素為外源性致熱原，它可激活中性粒細(xì)胞等，使之釋放出一種內(nèi)源性熱原質(zhì)，作用于體溫調(diào)劑中樞引起發(fā)熱，不能轉(zhuǎn)化為類霉素，毒性弱，毫克級(jí)才能引起動(dòng)物死亡。細(xì)胞外毒素是一種毒性蛋白質(zhì)，是細(xì)菌在生長(zhǎng)過(guò)程中分泌到菌體外的一種毒性物質(zhì)。產(chǎn)生外毒素的細(xì)菌主要有革蘭陽(yáng)性菌。如破傷風(fēng)桿菌、肉毒桿菌、白喉?xiàng)U菌、金黃色葡萄球菌以及少數(shù)革蘭陰性菌，其抗原性強(qiáng)，能夠轉(zhuǎn)化成類毒素，毒性強(qiáng)，微克級(jí)可導(dǎo)致動(dòng)物死亡。現(xiàn)在，我們主要使用免疫生物傳感器對(duì)肉毒素和葡萄球菌腸毒素等細(xì)菌外毒素進(jìn)行檢測(cè)。使用免疫生物傳感器可以快速準(zhǔn)確的檢測(cè)出火腿和奶油等食品中的毒素含量。

國(guó)外學(xué)者已經(jīng)采用光纖傳感器測(cè)定食品中的肉毒桿菌毒素A，檢測(cè)下限可以達(dá)5ug/L，并且在1min內(nèi)可以完成檢測(cè)。很多人已經(jīng)利用壓電晶體免疫傳感器來(lái)檢測(cè)葡萄球菌腸毒素B，通過(guò)測(cè)定晶體振蕩頻率的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)葡萄球菌腸毒素B的定量，檢測(cè)范圍為2.5～60ug/mL。但是該方法雖然具有很高的靈敏度和特異性，但穩(wěn)定性不好。使用光線免疫傳感器檢測(cè)火腿中的葡萄球菌腸毒素B，將免抗葡萄球菌腸毒素B共價(jià)結(jié)合到光纖上用以結(jié)合葡萄球菌腸毒素B，然后用結(jié)合上的熒光染料標(biāo)記的羊抗葡萄球菌腸毒素B，檢測(cè)抗體與葡萄球菌腸毒素B的結(jié)合，使之在光線表面形成熒光復(fù)合物，其檢測(cè)下限可達(dá)5ug/g，檢測(cè)時(shí)間更短，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。

2.2 真菌毒素的檢測(cè)

被污染的食品中的真菌毒素主要有雜色曲霉素、赭霉素、黃曲霉毒素、T-2毒素、鐮刀菌烯醇類毒素、腐馬素、橘霉素和展青霉素等。真菌毒素是真菌分泌產(chǎn)生的有毒次生代謝產(chǎn)物。檢測(cè)真菌毒素的傳統(tǒng)方法有薄層層析法和液相色譜分析法等。目前主要以免疫傳感器用于檢測(cè)黃曲霉素B1的居多，也有用微生物傳感器和以纖毛蟲(chóng)微生物敏感材料的傳感器檢測(cè)展黃曲霉素B1、青霉素和T-2霉素的。腐馬菌B1是污染玉米樣品及飼料的天然霉素組分。學(xué)者們利用表面等離子體共振免疫傳感器來(lái)檢測(cè)玉米抽提物中的腐馬菌B1濃度，它是將抗腐馬菌B1的多克隆抗體吸附到結(jié)合在Kretschmarnn裝置中的玻璃棱鏡的金膜上，二極管發(fā)射的光束通過(guò)棱鏡聚焦于金膜表面以激發(fā)SPR(表面等離子體共振)，當(dāng)加入樣品時(shí)，反射光靈敏度改變，改變角度與腐馬菌B1的濃度成正比，該方法可的檢測(cè)下限為50ug/L，檢測(cè)時(shí)間為10min，而利用光纖免疫傳感器對(duì)腐馬菌B1進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)下限為10ug/L，檢測(cè)時(shí)間為2min，說(shuō)明生物傳感器在檢測(cè)真菌毒素方面的優(yōu)勢(shì)之大。

3 其他生物類霉素的檢測(cè)研究

生物傳感器除了用于上述細(xì)菌毒素和真菌毒素的檢測(cè)外，還可以用于監(jiān)測(cè)食品中污染的種植物毒素。總之，生物霉素是微生物的代謝產(chǎn)物，有很強(qiáng)的毒性，大多有致癌、致畸、致突變作用。為防止毒素超標(biāo)的食品進(jìn)入食物鏈，加強(qiáng)對(duì)其檢測(cè)至關(guān)重要。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)生物傳感器在微生物檢測(cè)中的應(yīng)用研究，我們認(rèn)為，隨著生物技術(shù)、生物信息學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，目前已經(jīng)出現(xiàn)的第四代生物傳感器—生物芯片主要是將硅片或玻片與生命材料結(jié)合制成的，所以我們預(yù)測(cè)，生物傳感器的未來(lái)將向著體積更小、功能強(qiáng)的方向發(fā)展。傳感器作為一種檢測(cè)手段，已經(jīng)由單一功能向多功能生物傳感器發(fā)展，并與其他精密分析儀器相結(jié)合，互補(bǔ)長(zhǎng)短。我們?cè)趯?shí)際的檢測(cè)過(guò)程中，往往會(huì)遇到待測(cè)樣品成分復(fù)雜，往往需要同時(shí)測(cè)定樣品中的多種成分，所以說(shuō)，多種手段結(jié)合應(yīng)用于微生物檢測(cè)是一個(gè)未來(lái)的發(fā)展方向。隨著傳感器技術(shù)的不斷提高，為以后在微生物檢測(cè)方面將會(huì)有更多的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]鮑敏杭，吳憲平.集成傳感器[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，1987.

[2]張先恩.生物傳感器技術(shù)原理與應(yīng)用[M].長(zhǎng)春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1991.

[3]鄧家琪.生物傳感器[J].科學(xué)(雙月刊)，1998，49(4):26-29.

[4]彭志英.食品生物技術(shù)[M].北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，1999.

[5]任恕.膜受體與傳感器[M].北京:科學(xué)出版社，1996.

[6]舒友琴，羅安國(guó)，立清文.生物傳感器在食品分析中的發(fā)展應(yīng)用[J].食品科學(xué)，1999(11):13-17.

[7]劉潔生，彭志英.生物傳感器在視屏也中的應(yīng)用[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1997，23(4):61-66.

[8]陸兆新.現(xiàn)代食品生物技術(shù)[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2002:333-347.