生物傳感器在微生物檢測中的創新研究

摘 要:本文主要研究了生物傳感器在微生物檢測、生物毒素檢測以及其他生物類霉素的檢測中的廣泛應用。生物傳感器以其高選擇性、高靈敏度、低成本的優點，已經成為一種新型的檢測技術，并且在較復雜的體系中能夠進行快速連續監測，因此，生物傳感器已經成為最具潛力的微生物檢測技術。

關鍵詞:生物傳感器 微生物檢測 生物毒素檢測

中圖分類號:Q819文獻標識碼:Ａ文章編號:1674-098X(2012)08(b)-0030-02

目前，生物傳感器技術是一個極具有發展潛力的學科領域，已經廣泛的應用于環境監測、食品檢測、生物醫學等方面，該技術主要用來檢測食品和污染物的濃度，在微生物呼吸活性的測定，微生物培養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備。對于生物傳感器的發展前景及趨勢，我們認為將會向著實用化、微型化、人工智能化和多樣化的方向發展，并且還將用于對生物功能進行人工模擬，研究人工感官。本文主要從以下微生物檢測、生物毒素檢測以及其他生物類霉素的檢測三個方面來探討生物傳感器在微生物檢測中的應用。

1 微生物的檢測的研究

食品中被污染的微生物的種類繁多，主要包括真菌、病毒和細菌等，其中細菌在食品中最為常見。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，其致病主要是因為食品成分被分解、破壞，從而產生了有毒物質，才開始對人體造成傷害。病原菌可以破壞食品的組成成分，該病菌本身可以致病。使用傳統的檢測方在操作上比較繁瑣，并且檢驗時間長，傳統檢測方法在一定程度上已經不能滿足檢測要求，所以隨著專家的不斷研究和試驗，很多先進的檢測方法開始出現，生物傳感器作為一種新型的檢測技術已經被廣泛的應用于微生物的檢測。

1.1 微生物的數量檢測

我們在食品中常見的食品腐敗菌有: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程中能夠產生帶有電子的生物傳感器，這樣就可以直接在陽極上放電，從而產生微電流，產生的電流大小與測定溶液中微生物的濃度有關。所以這種傳感器就可以直接利用微生物本身的性質來進行檢測，并且檢測結果準確、檢測速度快，制樣簡單，能夠到達快速檢測的目的。另外，還有一種光纖傳感器也可直接放入被測的樣品中，通過測定微生物在代謝過程中所產生的二氧化碳得含量來估算細菌的濃度，該傳感器檢測技術解決了原來無法測定該濃度的要求，生物傳感器技術拓寬了食品中微生物的檢測范圍，使一些危害人體的病菌能夠快速檢測出來，為食品安全作出了很大的貢獻。

1.2 病原菌的檢測

在食品中一些常見的污染食品的病原菌主要有:李斯特菌、黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢桿菌和產氣莢膜梭菌等。對于以上病原菌的檢測主要采用光纖傳感器與聚合酶鏈式反應生物放大作用耦合，對食品中李斯特菌單細胞基因進行檢測，采用酶免疫電流型生物傳感器可以檢測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捕獲蛋白A，然后結合上FTIC標記的抗蛋白AIgG以產生抗原-抗體反應的信號進行檢測。該免疫傳感器檢測線低，檢測時間短，比傳統的檢測方法快很多。

2 生物毒素的檢測研究

在食品中，污染食品的主要生物毒素有藻類毒素、動植物毒素以及細菌毒素，其中真菌毒素和細菌毒素較為常見。通常檢驗毒素一般都采用色譜分析法和生物學的方法，但這些分析方法檢測周期長，對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以其檢測速度快、樣品處理簡單等優勢受到人們的歡迎，該生物傳感器在生物毒素中檢測應用，實現了快速檢測目標。

2.1 細菌毒素的檢測

細菌毒素是生物毒素中最常見的一種毒素，該毒素主要產生于細菌細胞外以細菌細胞內的致病性物質，有內外毒素之分。對于細菌內毒素是G-菌細胞壁上特有的結構，內毒素為外源性致熱原，它可激活中性粒細胞等，使之釋放出一種內源性熱原質，作用于體溫調劑中樞引起發熱，不能轉化為類霉素，毒性弱，毫克級才能引起動物死亡。細胞外毒素是一種毒性蛋白質，是細菌在生長過程中分泌到菌體外的一種毒性物質。產生外毒素的細菌主要有革蘭陽性菌。如破傷風桿菌、肉毒桿菌、白喉桿菌、金黃色葡萄球菌以及少數革蘭陰性菌，其抗原性強，能夠轉化成類毒素，毒性強，微克級可導致動物死亡。現在，我們主要使用免疫生物傳感器對肉毒素和葡萄球菌腸毒素等細菌外毒素進行檢測。使用免疫生物傳感器可以快速準確的檢測出火腿和奶油等食品中的毒素含量。

國外學者已經采用光纖傳感器測定食品中的肉毒桿菌毒素A，檢測下限可以達5ug/L，并且在1min內可以完成檢測。很多人已經利用壓電晶體免疫傳感器來檢測葡萄球菌腸毒素B，通過測定晶體振蕩頻率的變化來實現對葡萄球菌腸毒素B的定量，檢測范圍為2.5～60ug/mL。但是該方法雖然具有很高的靈敏度和特異性，但穩定性不好。使用光線免疫傳感器檢測火腿中的葡萄球菌腸毒素B，將免抗葡萄球菌腸毒素B共價結合到光纖上用以結合葡萄球菌腸毒素B，然后用結合上的熒光染料標記的羊抗葡萄球菌腸毒素B，檢測抗體與葡萄球菌腸毒素B的結合，使之在光線表面形成熒光復合物，其檢測下限可達5ug/g，檢測時間更短，檢測結果準確。

2.2 真菌毒素的檢測

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生的有毒次生代謝產物。檢測真菌毒素的傳統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黃曲霉素B1的居多，也有用微生物傳感器和以纖毛蟲微生物敏感材料的傳感器檢測展黃曲霉素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。學者們利用表面等離子體共振免疫傳感器來檢測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合在Kretschmarnn裝置中的玻璃棱鏡的金膜上，二極管發射的光束通過棱鏡聚焦于金膜表面以激發SPR(表面等離子體共振)，當加入樣品時，反射光靈敏度改變，改變角度與腐馬菌B1的濃度成正比，該方法可的檢測下限為50ug/L，檢測時間為10min，而利用光纖免疫傳感器對腐馬菌B1進行檢測，其檢測下限為10ug/L，檢測時間為2min，說明生物傳感器在檢測真菌毒素方面的優勢之大。

3 其他生物類霉素的檢測研究

生物傳感器除了用于上述細菌毒素和真菌毒素的檢測外，還可以用于監測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物，有很強的毒性，大多有致癌、致畸、致突變作用。為防止毒素超標的食品進入食物鏈，加強對其檢測至關重要。

4 結語

通過對生物傳感器在微生物檢測中的應用研究，我們認為，隨著生物技術、生物信息學、計算機技術的發展，目前已經出現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合制成的，所以我們預測，生物傳感器的未來將向著體積更小、功能強的方向發展。傳感器作為一種檢測手段，已經由單一功能向多功能生物傳感器發展，并與其他精密分析儀器相結合，互補長短。我們在實際的檢測過程中，往往會遇到待測樣品成分復雜，往往需要同時測定樣品中的多種成分，所以說，多種手段結合應用于微生物檢測是一個未來的發展方向。隨著傳感器技術的不斷提高，為以后在微生物檢測方面將會有更多的技術支持。

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