食品微生物檢測技術(shù)的研究進(jìn)展——4

6、生物傳感器法
   生物傳感是指對牛物活性物質(zhì)的物理化學(xué)變化產(chǎn)生感應。它通過(guò)物理、化學(xué)換能器捕捉目標物與敏感元件之間的反應，然后將反應的程度用離散或連續的數寧電信號表達出來(lái)，從而得被分析物的濃度。Turner敦授將它簡(jiǎn)化定義為：“牛物傳感器是一種精致的分析器件，它結合一種生物的或生物衍生的敏感元件與一只理化換能器，能夠產(chǎn)生間斷或連續的數字電信號，信號強度與被分析成比例�！边@種描述如今已被廣泛接受。生物傳感器是分析生物技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。它是一個(gè)典型的多學(xué)科交叉產(chǎn)物，結合了生命科學(xué)、分析化學(xué)、物理學(xué)和信息科學(xué)及其相關(guān)技術(shù)，能夠對所需要檢測的物質(zhì)進(jìn)行快速分析和追蹤。生物傳感器的出現，是科學(xué)家的興趣和科學(xué)技術(shù)發(fā)展及社會(huì )發(fā)展需求多方面雙驅動(dòng)的結果，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，已經(jīng)成為一個(gè)涉及內容廣泛、多學(xué)科介入和交叉、充滿(mǎn)創(chuàng )新活力的領(lǐng)域。。20世紀90年代以后，生物傳感器的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)獲得顯著(zhù)成績(jì)。傳感器的應用領(lǐng)域已滲透到國民經(jīng)濟的各個(gè)部門(mén)及人們的日常文化生活中。生物傳感器特異性和靈敏度高，能對復雜樣品進(jìn)行多參數檢測，可應用于微生物快速檢鋇0。
6．1光學(xué)傳感器
   將細胞固定于傳感器表面，由于厚度的變化，光發(fā)生折射，光學(xué)傳感器可以檢測到此微小變化。單模雙電波導、表面等離子體共振(SPR)、橢圓率測量法、單模雙電波導、光纖波導、干擾儀和已被用于致病菌的檢測。Watts等用共振鏡(波型偶合)檢測金黃色葡萄球菌，檢出限為8X10。cells／mL，檢測時(shí)間為5min。Swensonl12采用橢圓率測量法來(lái)檢測好氧微生物。Schneider等采用衰減式全內反射檢測沙門(mén)氏菌，檢測靈敏度達5*10efu／mL，檢測時(shí)間5min。Glazier等采用純銀金屬濾膜可檢測1．7X10cells／mL；腸桿菌，全過(guò)程需15min。這種方法簡(jiǎn)便、快速、成本較低，但只適用于檢測能產(chǎn)生熒光素的細菌，且靈敏度不高。
6．2生物發(fā)光傳感器(bioluminescenecesensor)
    隨著(zhù)對能表達熒光素酶的噬菌體研究的深入，此傳感器的應用越來(lái)越廣泛。Ulitzur等將標記有熒光素酶的基因轉入噬菌體的染色質(zhì)中，再將噬菌體感染目標細菌，目標細菌即具有發(fā)光能力得以檢測。Folley—Thomas等采用TM4抗菌素檢測結核桿菌，靈敏度為10cells／mL，檢測時(shí)問(wèn)2h。Blasco等發(fā)展的一種靈敏度較好的生物傳感系統來(lái)檢測沙門(mén)氏菌和大腸桿菌，反應過(guò)程中，噬菌體專(zhuān)一性地裂解相應的細菌宿主，利用生物發(fā)光即可檢測所釋放的細胞內容物中的ATP，根據ATP與菌體數量的線(xiàn)性關(guān)系測定目的微生物的數量。如果以腺苷酸激酶代替ATP作為細胞標記物，檢測限可降低至10eel1／mL。Chen等用A511抗菌素可在24h內檢測1cell／g的活單增李斯特菌。生物發(fā)光傳感檢測方法的特異性好，能區分活菌體和死菌體。但不足之處在于檢測時(shí)間太長(cháng)，靈敏度不高。
6．3壓電免疫傳感器
    壓電免疫傳感器的設計思路是在石英晶體電極(金或銀)表面固定上一層抗體或抗原活性物質(zhì)，在液相中通過(guò)免疫反應，同定的抗體(或抗原)分子能識別其相應的抗原(抗體)，并特異性結合形成免疫復合物，沉積在電極表面，導致電極表面質(zhì)量負載的改變。免疫反應前后為晶體振蕩頻率的變化，根據石英晶體振蕩頻率的變化量可計算出被測物質(zhì)的量。1972年，Shons等首次將壓電傳感器應用于免疫測定，在有塑料涂層的石英晶體表面結合牛血清白蛋白(BSA)，用于測量BSA抗體，所得的靈敏度與傳統被動(dòng)凝聚法悄似。Koenig等用石英晶體免疫傳感器檢測沙門(mén)氏菌，，得到的線(xiàn)性范圍為10（6）～10（8）cell／mL，檢測時(shí)間為45min。以一種能特異性結合目的抗原的人工合成多肽對晶體進(jìn)行再生后可重復使用l2次以上。Plomer等。將存在于腸道致病菌細胞壁外側的磷脂糖作為抗原制備單克隆抗體，并組裝壓電免疫傳感器，實(shí)現了對水產(chǎn)品中腸道致病菌的快速檢測，對大腸桿菌K12的相應范圍為l0～10cell／mL。2OO1年，AlvinJin—CherngEun等用石英晶體免疫傳感器檢測了兩種蘭花病毒(cymbidiummosaicpotexvims和odontoglossumringspottobamovirus)，這是第一個(gè)報道用石英晶體免疫傳感器檢測植物病毒，并且和ELISA方法比較，其特異性好、敏感性高、迅速又經(jīng)濟。2001年，R．D．Vaughan等采用白組裝膜的方法制備石英晶體免疫傳感器，并用其檢測了Listeria單胞質(zhì)基因，它可以檢測到溶液中1×10cells／mL，并且在不影響非特異性反應的同時(shí)傳感器還可以重復用10次。壓電免疫傳感器由于有利于進(jìn)行生命體活動(dòng)的研究，因此成為生物傳感器的研究熱點(diǎn)之。生物傳感器從其最初的設想開(kāi)始就是為了利用生化反應的專(zhuān)一性，高選擇性地分析目標物。但是，由于生物單元的引入，生物結構固有的不穩定性、易變性，人們作出了一系列的努力與設想，來(lái)提高生物傳感器的性能。生物傳感器陣列為復雜體系中多種組分的同時(shí)測定提供了一種直接、簡(jiǎn)便的解決方法。目前，國外市場(chǎng)上已有町同時(shí)測定16種組分的固定式分析儀。這一技術(shù)的發(fā)展方向足功能的多元化和儀器體積的微型化，即在盡可能小的面積上排列盡可能多的傳感器。人們正嘗試用于涉、三維高速立體噴墨、光剡、自組裝和激光解吸等技術(shù)實(shí)現這一目標。2000年，Chang等用八通道傳感器陣列對埃希氏大腸桿菌的濃度及生長(cháng)環(huán)境進(jìn)行監測。2004年，Kim等采用白組裝分子膜法構建四通道壓電免疫傳感器，檢測范圍1．3×10～1．3×10cfu／mL，實(shí)現了假單苞菌的同步檢測�？梢�(jiàn)，應用生物傳感器微陣列實(shí)現多參數的同步檢測，正成為生物醫學(xué)以及食品安全檢測的主流。隨著(zhù)生物傳感器在食品、醫藥、環(huán)境和過(guò)程監控等方面應用范圍的擴大，傳感器常被要求既不干擾測定對象，而又不被測定對象中的其它相關(guān)組分影響。要滿(mǎn)足這一要求，同時(shí)義能得出靈敏、高精度的測量結果，不能只依靠對敏感元件的改進(jìn)。通常，只有建立一套一體化、微型化的優(yōu)化系統(包括進(jìn)樣、處理和測量)才能得到滿(mǎn)意的結果。因此，今后的研究趨勢大致包括：通用型快速檢測平臺的建立；逐步實(shí)現多指標、多樣品的同時(shí)檢測；突出小型化、集成化、自動(dòng)化的特點(diǎn)，更好地用于現場(chǎng)快速篩選檢測。作為一種新興的現代分析手段，生物傳感器具有許多獨特的優(yōu)勢，隨著(zhù)研究的不斷深入和技術(shù)的不斷發(fā)展，在微生物檢測上將有非常廣闊的發(fā)展前景。   
   

 

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