磁弹性无线传感器检测不同液体介质中的金黄色葡萄球菌的论文

磁弹性无线传感器检测不同液体介质中的金黄色葡萄球菌的 磁弹性无线传感器检测不同液体介质中的金黄色葡萄球菌的论文 【摘要】 研制了磁弹性金黄色葡萄球菌无线传感器，用于检测 不同液体介质中的金黄色葡萄球菌。取0.2 ml一定浓度菌液加到含 2 ml无菌液体介质的检测玻璃管中，磁弹性传感器共振频率随细菌 的生长而改变。通过改变牛肉膏和蛋白胨的浓度，得出传感器在含有 2×105 cells/ml金黄色葡萄球菌的培养基cm 2-2中共振频率响应 最大。结果明，此传感器可以测定的金黄色葡萄球菌浓度范围在 cm 2-2中是3×103~2×107cells/ml，在牛奶中是1×104~2×107 cells/ml，检出限分别是,×103 cells/ml和,×104 cells/ml。 传感器共振频移大小与金黄色葡萄球菌的浓度呈线性相关关系，相关 系数在牛奶中是0.98，在培养基中是0.99。 【关键词】 磁弹性无线传感器; 金黄色葡萄球菌; 培养基; 牛 奶 detection of staphylococcus ,ureus in different liquid medium using ireless magnetoelastic sensorhuang si-jing ， ang yi-jie，cai qing-yun，fang jian-deireless sensor as fabricated to detect s.aureus in different liquid medium.after 0.2 ml bacteria ith proper concentration as taken into the testing cuvette containing 2 ml liquid medium，the resonance frequency of magnetoelastic sensor changed ith the bacteria groth.via changing the concentration of beef extract and peptone，sensor had the most frequency response in culture medium cm2-2 incubated ith 2×105 cells/ml s.aureus.the results indicated that this sensor can be used to determine s.aureus concentrations of 3×103 to 2×107cells/ml in culture medium and 104 to 107 cells/ml in milk，ith the detection limits of 103 cells/ml and 104 cells/ml，respectively.the sensor frequency shift as correlated to the logarithmic value of the s.aureus concentration，and the correlation coefficient as 0.98 in milk and 0.99 in culture medium. keyords magnetoelastic ireless sensor; staphylococcus aureusand device传感器置于装有检测溶液的小管中，小管置于恒温水浴锅内，检测装置通过端口rs232与电脑相连来显示和储存数据(the sensor is placed ithin a vial containing the test solution，hich is then placed inside a coil in a thermostate.the detecting device is interfaced to a puter via a rs232 port for data display and storage)。 2(2(2 储备培养基cm 1配制 大豆肉汤(trytic soy broth，tsb)培养基的成分是:胰蛋白胨3.4 g，植物胨0.6 g，葡萄糖0.5 g，k2hpo4 0.5 g，nacl 1 g，二次蒸馏水200 ml，用1 mol/l naoh调ph至7.3，121 ?高压灭菌20 min。将金黄色葡萄球菌接种至已灭菌的tsb中，在37 ?培养箱中培养18 h后放入冰箱，4 ?条件下保存备用。用传统平板记数法测得菌液浓度是4.6×109 cells/ml。 2(2(3 检测培养基cm 2配制 营养肉汤(nutrient broth，nb)培养基的成分是:牛肉膏1 g，蛋白胨2 g，nacl 1 g，二次蒸馏水200 ml，用1 mol/l naoh调至ph 7.2，121 ?高压灭菌20 min。cm 2-1，cm 2-2和cm 2-3分别是将检测培养基的牛肉膏和蛋白胨浓度增加1，2和3倍。 2(2(4 测量 菌液经无菌水梯度稀释到一定浓度，取0.2 ml加入到含2 ml无菌液体介质的检测玻璃管中，用棉塞塞上管口，将玻璃管插入磁传感器检测线圈中。检测线圈置于37 ?恒温水浴锅中开始测量，每1 min采集数据一次，存储在计算机中。最后经数据处理，得到传感器共振频移响应曲线，所有实验重复6次。 3 结果与讨论 3(1 培养基浓度的影响 牛肉膏和蛋白胨是影响nb培养基粘度的主要成分，通过改变它们的浓度来改变培养基的粘度，分别增加到标准浓度的2，3和4倍。 磁弹性传感器在含有2×105 cells/ml金黄色葡萄球菌的不同浓度检测培养基中的典型频移响应曲线如图2。图2显示，传感器在cm 2-2中共振频率响应最大，在cm 2和cm 2-1中响应较小，说明传感器对粘度较高的溶液共振频移响应较大。但并不是溶液粘度越高越好，当物质浓度增加3倍时，传感器在cm 2-3中响应反而比cm 2-2小，说明培养基营养物质含量过高不利于细菌生长，也可能是溶液粘度过高对传感器的性能不利。因此后面的实验中使用cm 2-2。 3(2 不同液体介质中金黄色葡萄球菌的测定 实验根据金 黄色葡萄球菌在液体介质中的生长曲线对它进行定量分析。图3 显示了传感器对cm 2-2中不同浓度的金黄色葡萄球菌的典型共振频移响应曲线。曲线反映了细菌的3个生长阶段:a复生阶段 金黄色葡萄球菌恢复其生理活性，传感器共振频移微小增加;b指数增长阶段 细菌按指数规律增殖，传感器共振频移显著增加;c稳定阶段 细菌衰亡，传感器共振频率不再变化。空白曲线没有明显响应，可知传感器在空白培养基中，其表面的聚氨酯膜不存在非特异性吸附，也说明实验所用培养基性质稳定。但是传感器的共振频移不仅取决于培养基粘度的变化，而且与细菌在传感器表面的粘附有关。细菌在传感器表面的吸附会使共振频率下降，需要寻找一种亲水膜使细菌粘附最小，从而改善传感器的灵敏度。本实验中金黄色葡萄球菌对聚氨酯亲水膜几乎不存在吸附，所以由质量引起的频率下降可不予考虑。 图2 磁弹性传感器在不同浓度培养基中典型频移响应曲线(略) fig.2 typical frequency response curves of magnetoelastic sensor in different concentration culture medium 金黄色葡萄球菌浓度concentration): 2×105 cells/ml，cm 2.标准培养基2×107; 2.4×105; 3×103; 0 cells/m,。 图4是传感器对金黄色葡萄球菌在牛奶中生长的共振频移响应曲线。该曲线反映了牛奶的分解与凝固过程。细菌的增殖分解了牛奶中的大分子物质，导致牛奶粘度减小，传感器共振频率增加。进一步培养又使牛奶凝固，从而粘度显著上升，传感器共振频率减小。图4所示，细菌初始浓度越高传感器频率上升越快，达到最高点所需培养时间越短，即传感器频率开始下降的时间越短。传感器在无菌的牛奶中共振频移仅有所下降，是由于在37 ?的培养条件下，牛奶自身凝固。为考察牛奶粘度的变化情况，将2×107 cells/ml金黄色葡萄球菌接种到牛奶中培养，在25 ?水浴中用乌氏粘度计测定牛奶粘度。牛奶粘度从1.877 mpa?s降到1.576 mpa?s，又上升到2.037 mpa?s，所以传感器共振频率先增大后减小。 图5显示，传感器共振频移大小与金黄色葡萄球菌的浓度密切相关。金黄色葡萄球菌的浓度可以通过传感器共振频率的增大和减小进行定量分析，线性范围在牛奶中是,×104~,×107 cells/ml，检出限是,×104 cells/ml，在培养基中是,×103~,×107 cells/ml，检出限 是,×103 cells/ml。 图4 不同浓度金黄色葡萄球菌在牛奶中的典型频移响应曲线(略)fig.4 typical frequency response curves in milk of different concentration of staphylococcus aureus 金黄色葡萄球菌浓度2×107; 3.4×106; 1.8×105; 2.5×104; 0 cells/m,。 图5 最大频移与金色葡萄球菌初始浓度与and in culture medium【参考文献】 , torres v j，stauff d l，pishchany g.cell host microbe, 2016, 1: 109,119 , liu zhen-zhen(刘真真)，lin tao(林 涛)，li guang-ei(李光伟).inspection and quarantine science(检验检疫科学)， 2005，15: 34,35 , ang xiao-hong， xu kang， ang yin.j.food sci.(食品科学杂志)， 2006，27: 227,231 , tortorello m l，steart d s.appl.environ.microb., 1994，60: 3553,3559 , costa p d，andrade n j，passos f j.braz.arch.biol.techn.，2004，4: 399,405 , bao l l，tan h ，duan q.anal.chim.acta, 1998，369: 139,145 , schmidt s，grimes c a.sens.actuat.a，2001，94: 189,196 , cai q y，grimes c a.sens.actuat.b，2000，71: 112,117 , cai q y，zeng k f，ruan c m，desai t a，grimes c a.anal.chem., 2004，76: 4038,4043 ,, grimes c a，kouzoudis d，dickey e c，qian d，anderson m a，shahidain r，lindsey m，green l.j.appl.phys.，2000，87: 5341,5343 ,, ong k g，leland j m，zen g k f，barrett g，zourob m，grimes c a.biosens.bioelectron.，2006，21: 2270,2274 ,, u s h，gao x j，cai q y.sens.actuat.b, 2016，123: 856,859 ,, zourob m，ong k g，zeng k f，mouffouk f，grimes c a.analyst，2016，132: 338,343 ,, roy s c，paulose m，grimes c a.biomaterials，2016，28: 4667,4672 ,, guntupalli r，hu j，lakshmanan r s，huang t s，barbaree j m，chin b a.biosens.bioelectron., 2016，22:1474,1479 ,, ong k g，zeng k f，yang x p，shankar k，ruan c m，grimes c a.ieee sens.j., 2006，6: 514,523 ,, pang p f，cai q y，yao s z，grimes c a.talanta，2016，76: 360,364