[发明专利]一种基于吸附态洛伊希瓦氏菌PV-4实现微生物电化学传感器即时检测的方法

说明书

以电化学活性微生物(EAB)为核心的微生物电化学传感器(MEB)，可以直接将待测物质信息转导为电信号，具有操作简单、检测迅速、灵敏度高、检测成本低等优势，在生物医学及环境监测领域具有良好的应用前景。即时检测是生物医学及环境监测领域的重要发展方向。然而，传统MEB均使用EAB所形成的成熟生物膜作为传感元件，这导致了冗长和复杂的传感器启动过程，无法满足即时检测的需求。为解决这一问题，本发明提出了一种基于吸附态洛伊希瓦氏菌(Shewanella loihica)PV‑4实现微生物电化学传感器即时检测的方法，该方法不依赖成熟的EAB生物膜作为传感元件，避免了耗时的生物膜孵育过程。本发明能够突破性地实现MEB即时检测，对于推动MEB实际应用具有重要意义。

技术领域

本发明涉及微生物电化学技术领域，具体涉及一种基于吸附态洛伊希瓦氏菌(Shewanella loihica)PV-4实现微生物电化学传感器即时检测的方法。

背景技术

生物传感器具有成本低廉、操作简单、选择性强和检测快速等特点，同时检测结果能够真实地反映样品的生物利用度信息，已广泛地应用于生物医学、食药分析、环境监测等领域。一般而言，生物传感器的检测原理主要包含两个过程，首先是利用生物元器件感应样品中的待测物质，然后将生物元器件与待测物质发生的生物学反应转换为电信号。最早所采用的生物元器件是酶，基于酶的特异性催化作用可以实现对目标物的选择性检测。此后，核酸、适配体、抗体、荧光蛋白等也被应用于生物传感器。然而，这些生物活性分子制备过程依赖极高的分子生物学专业技术，需要过表达、纯化、重构等复杂过程，限制了其实际应用。同时，现有的生物元器件与待测物质的生物学反应主要为产生光信号。例如广泛使用的免疫荧光技术的基本原理是生物元器件与待测物质结合后会产生荧光信号，另一项已产业化的酶联免疫吸附技术则是利用生物元器件与待测物质结合后可催化颜色反应的发生。但将待测物质浓度信息转导为荧光或色度等光信号后还需要借助复杂或昂贵的仪器实现光电转换，极大地增加了生物传感器的使用成本。更重要的是，光信号极易受环境和背景色彩的影响，导致检测结果出现假阴性或者假阳性，这也明显降低了检测结果的准确度和可重复性。

微生物电化学传感器(Microbial Electrochemical Sensor，MEB)有望解决这些问题。MEB的核心是电化学活性微生物(Electrochemical Actively Bacteria， EAB)。与其他环境微生物相比，EAB具有独特的胞外电子传递(Extracellular Electron Transfer，EET)功能，可以将呼吸链产生的电子传递至胞外形成输出电流(正向EET)，或直接消耗输入电流完成能量代谢(反向EET)。因此，当EAB 与待测物质发生生化反应后，可以直接影响EET的电子传递速率，最终表现为输出/输入电流的变化。与其他生物传感器相比，EAB同时包含了生物活性物质和信号转导元件，不需要额外的信号转导过程即可将待测物质信息直接转导为电信号；同时，EAB作为完整的天然细胞，不需要基因工程、蛋白分离、纯化、重构等复杂的分子生物学技术，具有较低的技术门槛和使用成本，被认为是目前最有前景的生物传感器技术。