[发明专利]一种基于季铵盐化磁性纳米材料与脲酶复合传感器平台快速检测微生物

说明书

技术领域

本发明设计一种基于季铵盐化磁性纳米材料与脲酶复合传感器平台快速检测微生物。

背景技术

在海洋环境中，病原微生物污染、水体富营养化、微生物腐蚀、微生物污损等都是微生物威胁人类生产生活的表观形式，也是快速微生物检测技术需求的客观条件。现有数据表明，病原微生物污染的损失与微生物鉴定种类快慢密切相关，鉴定确定时间越长，损失也就越大。这是因为，一方面微生物增长和传播的速度快，使环境污染和人类疾病加剧；另一方面无法明确微生物种类导致无法实施针对性防护方案，进而导致某些药物或抗菌剂的滥用。在ISO4883-2003标准中，微生物鉴定时间被认定为微生物检测技术等级划分的重要参数。因此，采取有效的方法快速检测微生物是降低海洋环境中微生物病害和污损有效的手段。

生物传感器是一种对微生物敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器。是由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质）、适当的理化换能器（如氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等）及信号放大装置构成的分析工具或系统。生物传感器具有接受器与转换器的功能。有以下共同的结构：包括一种或数种相关生物活性材料（生物膜）及能把生物活性表达的信号转换为电信号的物理或化学换能器（传感器），二者组合在一起，用现代微电子和自动化仪表技术进行生物信号的再加工，构成各种可以使用的生物传感器分析装置、仪器和系统。

磁性纳米材料是指材料尺寸限度在纳米级，通常在1～100 nm的准零维超细磁性微粉、一维超薄膜或二维超细纤维(丝)或由它们组成的固态或液态磁性材料。磁性纳米材料的研究和应用得到了广泛的发展，如磁性分离和纯化、磁共振成像对比剂、磁性药物靶向载体、磁性转染、磁性纳米颗粒的多功能化和应用。

磁性纳米粒子由于具有粒径小、比表面积大、表面有许多悬空键等特点，可以很容易进行表面修饰，将多种反应性功能基（如羧基、氨基、巯基、生物素、单克隆抗体等）通过共聚、表面改性赋予其表面，使其具有一些特殊的性质。磁性分离技术是利用生物素与亲和素系统、免疫亲和系统、化学共价结合等的特异性反应，在外加磁场的定向控制下，磁性粒子通过亲和吸附、清洗、解吸等操作，可以从复杂的生物体系中分离到目标生物分子（如蛋白、核酸等），具有磁性分离方便、亲和吸附的特异性及敏感性高等众多优点。

另外，磁性纳米材料作为信号标记物也有大量的研究。磁共振成像技术是利用生物体内不同组织在外加磁场下产生不同的磁共振信号来成像，磁共振信号的强弱取决于组织内水分子中质子的弛豫时间，成分中的一些未成对电子自旋产生的局部磁场能够缩短或增加临近水分子质子的弛豫时间，从而增大临近区域的磁共振信号强度，提高成像的对比度。例如，超顺磁性氧化铁粒子主要应用于分子和细胞成像。

最近纳米材料的磁性功能作为信号标记物在生物传感器领域得到广泛的应用，其中最为有名的是哈佛医学院的Ralph Weissleder课题组。相对于传统检测技术来说，磁信号（MNP）标记技术有着显著优势，主要归因于生物样本中可以忽略的磁信号背景。当感兴趣的细胞被磁性材料标记，这些生物材料将获得比较高的对比度。当前基于磁性纳米标记的技术有超导量子干涉仪、磁阻传感器、霍尔传感器、诊断磁共振由于它们的尺寸小，MNP呈现与本体材料不同的物理性质。最突出的特征是小MNP组合的超顺磁性行为，称为超顺磁性。对于大多数磁性材料，直径小于20 nm的MNP具有单磁畴，其磁矩限制在由磁各向异性定义的特定方向上。在足够高的温度下，热波动可以克服各向异性势垒并自发地翻转MNP的磁矩。因此，MNP组装结构在没有外部磁场的情况下显示可忽略的剩余磁矩，但磁矩随着外部磁场的增加而增长。这种超顺磁性能确保MNP不会在物理作用下自发聚集。 MNP通常由无机磁性核和生物相容性表面涂层组成，其可以用功能性配体修饰以赋予具有分子特异性的MNP传感器。

快速鉴定病原微生物检验技术的更新换代非常迅速，其主要原因在于微生物的生理特性，它们种类繁多且变异迅速。对病原体进行快速、准确的检测是十分必要的。常规的检测方法操作复杂，耗时长，且对操作人员的要求极高，已经远远不能满足现在对各种病原体的诊断和流行病学研究，微生物检测技术必须得到快速发展，才能适应未来发展的要求。本工作中我们利用季铵盐化的磁性材料与脲酶的复合物能够响应快速检测病原微生物。

发明内容

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

1.一种基于季铵盐化磁性纳米材料与脲酶复合传感器平台快速检测微生物，其特征在于：包括季铵盐化磁性纳米材料、基因工程的脲酶分子。