[发明专利]用于微生物细胞生物信息实时检测的石墨烯芯片

说明书

本发明公开了一种用于微生物细胞生物信息实时检测的石墨烯芯片。本发明用于微生物细胞生物信息实时检测的石墨烯芯片包括石墨烯电极，其包括Si/SiO2基底、金片、石墨烯和铜丝，用于实时检测酵母菌细胞的生理信息；PDMS槽，用于维持酵母菌细胞的正常生长代谢；芯片底座和芯片盖，用于密封石墨烯电极和将铜丝隔绝出液体环境；微流控管道，用于酵母菌和物料等的进出。本发明能够长时间地实时检测微生物细胞的生理特性，为微生物优良菌种筛选和发酵参数优化提供一种高效的新方法。

技术领域

本发明涉及发酵领域，具体涉及一种用于微生物细胞生物信息实时检测的石墨烯芯片。

背景技术

发酵过程其实质是微生物菌种在外界多重因素，包括物料、温度、溶液PH值、溶氧量等，影响下发生的持续地生长、代谢和繁殖的过程。发酵产出效益受发酵菌种质量和这些外界因素的调节参数共同影响。通过实时检测微生物菌种在受到各种外界因素刺激下其生物信息的变化能够有效地筛选出优良发酵菌种和优化发酵参数。

传统技术存在以下技术问题：

现今的发酵菌种的筛选都是基于微生物学的方法，其主要包括两类方法：通过基因工程的方法改良菌种和从自然界中提取菌种。前一种方法培育出能够产生新代谢产物的新菌种或者改良出产量更高的菌种，其在优良菌种筛选或表征过程中，常用同位素表征法或者荧光标记等方法对微生物生长的代谢产物进行标记，而后借助相应的同位素追踪仪器或者荧光显微镜对相应的标记进行检测，通过检测的生物信息来表征出优良菌种。该生物信息检测方法需要借助大型的生物检测仪器，检测成本高、步骤复杂，并不适用于中小型企业；第二种菌种筛选方法是基于生物免疫学的生物信息表征方法，通过用抗生物、不同组分的培养基连续多次培养，最后筛选出优良菌种。这种生物信息表征手段周期较长，并且无法获得筛选过程中生物信息的变化过程，不利于筛选参数的调节。

而发酵参数的选择是在小型发酵罐中，不断调控各种外界因素的输入参数，通过检测和比较发酵产物的效益来获得相对较好的发酵参数。传统的这种方法获得的发酵参数其实并不是最优的发酵参数，只能是相对较好的发酵参数，并且获得的参数对数量有限。此外，由于影响发酵过程的参数较多，并且单个影响因素的可能变化范围较大，通过这种发酵实验的方法来筛选出合适的发酵参数需要的时间长、成本高，并且无法筛选出最优的发酵参数。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于微生物细胞生物信息实时检测的石墨烯芯片，将微生物细胞培养在PDMS槽里，通过石墨烯电极能够实时检测该微生物细胞在各种外界因素影响下生物信息的动态变化，从而筛选出优良菌种和提取最优的发酵参数。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于微生物细胞生物信息实时检测的石墨烯芯片，包括：

芯片底座，所述芯片底座设有芯片底座凹槽，所述芯片底座由透明且绝缘的材料制成；

石墨烯电极，所述石墨烯电极包括：

基底，所述基底由绝缘材料制成，所述基底设在所述芯片底座凹槽内；

石墨烯，所述石墨烯设置在所述基底上；

微生物细胞培养槽，所述微生物细胞培养槽设置在所述基底上，所述微生物细胞培养槽围绕所述石墨烯的边缘设置；

第一导电片，所述第一导电片设置在所述基底，所述第一导电片与所述石墨烯的一端电连接；以及

第二导电片，所述第二导电片设置在所述基底，所述第二导电片与所述石墨烯的远离所述第一导电片的一端电连接；

第一导电丝，所述第一导电丝与所述第一导电片电连接；

第二导电丝，所述第二导电丝与所述第二导电片电连接；以及