[发明专利]利用线虫秀丽隐杆线虫自动检测溶液中气味物质的装置及方法

说明书

基于线虫的使用来自动检测气味物质的装置(1000)和方法，该装置包括：机械选择单元(100)，其配置成从初始线虫种群中选择处于成虫期的线虫，以获得中间线虫种群；线虫光学选择单元(200)，配置成从中间种群中选择处于成虫期线虫的最终种群并且从处于产卵的成虫期的线虫中选择处于年轻成虫期的线虫，以送至测量单元(300)，该测量单元配置成检测最终种群的线虫对气味物质的刺激的响应，机械选择单元(100)通过具有至少三路分支的连接通道而连接到光学选择单元(200)，并且光学选择单元(200)通过装载微通道而连接到测量单元(300)。

技术领域

本发明涉及一种基于使用多细胞微生物自动检测溶液中分子化合物的装置和方法，该装置和方法有效、可靠、简单且便宜。

具体地，该装置基于线虫类秀丽隐杆线虫(Caenorhabditis Elegans或C.Elegans)在识别并且与显示出高化学敏感性和趋化性的某些分子化合物相互作用方面(根据单细胞或多细胞生物体根据周围环境中化学物质的存在而指引它们的运动的现象)高效的用途。这类分子化合物与秀丽隐杆线虫的感觉-嗅觉系统相互作用，由此它们也被称为气味物质或气味剂。

本发明可以应用于不同的应用环境中，例如在医学领域中用于筛选以便早期检测肿瘤标记物和其他疾病，控制环境污染以检测某些化合物或毒素的存在，通过检测与行为动力学相关联的分子来开发人工智能和人-机器人互动，仍然保持在所附权利要求限定的保护范围内。

背景技术

拥有转基因谱系的秀丽隐杆线虫，在吸引趋向特定分子靶点方面的高效性在文献中已经为人所知，自然能够响应于刺激其嗅觉系统的分子而产生神经元活动。它的大部分神经系统和超过5％的基因专用于识别环境中的化学物质。化学感觉刺激可以诱导趋化性、整体运动性的改变，以及进入和退出各同发育阶段。这些行为由含有11对化学感觉神经元的感觉器官头感器调节。每个感觉神经元表达一组特异性候选受体基因并识别一组特异性引诱剂分子、驱避剂分子或信息素。在化学感觉神经元中表达约500至1000种不同的G蛋白偶联受体(GPCR)。因此，秀丽隐杆线虫具有高度发育的化学感觉系统，而使其同样能够识别多种挥发性或水溶性化合物。在N.Bakhtina，J.Korvink的论文“Microfluidiclaboratories for C.elegans enhance fundamental studies in biology”，RSCAdv.，2014，4，4691中，作者指出秀丽隐杆线虫识别了一大类分子，例如氯化钠NaCl、乙醇、异戊醇、氯化铜CuCl₂、伊维菌素、氰化物、甘油、抗生素、重金属。在Hirotsu T.等人(2015年)，AHighly Accurate Inclusive Cancer Screening Test Using Caenorhabditis elegansScent Detection，PLoS ONE 10(3)：e0118699，doi：10.1371/journal.pone.0118699一文中，秀丽隐杆线虫对肿瘤代谢物的敏感性已被证明。关于似乎不足以刺激神经元活动的分子，可能开发出线虫的转基因变体，其中必要的受体在一些嗅觉神经元中表达。也就是说，由于将基因工程技术应用于秀丽隐杆线虫，因而可能创造出对预定义的气味高度敏感的转基因蠕虫系。

目前识别气味物质的技术是基于测量当线虫从由于被检查的气味物质而引起的刺激(神经元活动)分离时产生的荧光脉冲。主要的缺点是线虫高速繁殖，因此几个小时后以前选择的种群也将是极其异种的。秀丽隐杆线虫的生命周期可以概括如下：胚胎期、4个幼虫期(L1-L4)、成虫期。在成虫期，可以区分年轻成虫期和开始产卵成虫期。卵、产卵的成虫或濒临死亡(或已经死亡)的个体的存在涉及线虫特有的非常高水平的自体荧光，因此使得对神经元响应的测量特别复杂。因此，与单次测量相比，同步化线虫饲养需要1或2小时的精度，而化合物的检测不可能与线虫饲养无关。上述缺点使得基于使用多细胞微生物诸如线虫类秀丽隐杆线虫的分子化合物检测技术的扩展和自动化使用(即工业规模的实验室的使用)变得困难。

发明内容