專利名稱：用于檢測細菌的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及檢測技術領域，更具體地，涉及一種用于檢測細菌的裝置。
背景技術：
在現(xiàn)代社會中，食品安全問題引起了全社會的廣泛關注。食品安全的一個主要原因是病原性細菌引起的微生物污染。病原性細菌能夠污染食品原料或未加工的食品，進而通過自身的消耗來攻擊人體。為了減少由于微生物污染所引起的食品安全問題，許多檢測方法被研發(fā)出來以檢測食品中是否存在病原性細菌，例如細菌培養(yǎng)或分子生物檢測技術。然而，細菌培養(yǎng)檢測需要事先培養(yǎng)細菌幾個小時到幾天，這耗時且效率低下。分子生物技術，例如聚合酶鏈式反應 (Polymerase Chain Reaction),能夠不需要細菌培養(yǎng)而識別細菌,但是其檢測費用較高
實用新型內容
。因此，需要一種成本較低且便于檢測細菌的裝置。為了解決上述問題，根據本實用新型的一個方面，提供了一種用于檢測細菌的裝置，包括第一腔體，用于容納測試樣品；第二腔體，其至少部分地通過一個薄膜與所述第一腔體隔離，其中所述薄膜用于在所述細菌接觸其時允許所述測試樣品中所述細菌的分泌物穿過所述薄膜而被分泌到所述第二腔體中；以及一個或多個傳感器，其位于所述第二腔體中或位于所述第二腔體外，用于檢測所述第二腔體中的所述分泌物。對于例如病原性細菌的細菌而言，其具有一種蛋白質分泌系統(tǒng)，該蛋白質分泌系統(tǒng)能夠在細菌接觸上述裝置的薄膜時開始分泌蛋白質分子。所分泌的蛋白質分子能夠被高效地輸送穿過薄膜，并在第二腔室中累積。這樣，測試樣品中是否存在細菌易于通過檢測第二腔室中的蛋白質分子或其他分泌物來檢測。此外，該薄膜能夠防止測試樣品中的其他物質穿過該薄膜，從而避免這些物質對細菌分泌物檢測的干擾。因此，這種裝置的測試精度較聞。在一個實施例中，所述薄膜是Caco-2型細胞膜。Caco-2型細胞具有類似于小腸絨毛上皮細胞的性質，并且其能夠在培養(yǎng)后分化為顯示絨毛區(qū)域與細胞-細胞區(qū)域的單分子層。因此，Caco-2細胞膜能夠被用于模擬食品或其他材料中各種病原性細菌侵入人體的機理，進而可以用于檢測細菌。在一個實施例中，所述薄膜對選自下述物種中的細菌具有特異性志賀氏桿菌、沙門氏菌、大腸埃希菌、伯克霍爾氏菌、耶爾森氏菌、衣原體、假單胞菌屬、青枯菌、根瘤菌、弧菌屬、黃單孢菌屬。這些細菌物種具有第三類分泌系統(tǒng)(Type III Secretion System,T3SS)，這種第三類分泌系統(tǒng)有利于細菌將其分泌物輸送過薄膜。在一個實施例中，所述分泌物包括蛋白質分子。其例如是轉運子蛋白質分子或效應子蛋白質分子。在一個實施例中，所述傳感器包括用于測量所述分泌物中的目標分子或目標離子的生物傳感器、化學傳感器或光學傳感器。在一個實施例中，所述傳感器是Magnotech 生物傳感器。這種Magnotech 生物傳感器適于測量濃度為皮摩爾量級的目標物質。此外，這種生物傳感器體積較小，因而適于被集成在一個手持的便攜式測量裝置中。在一個實施例中，所述裝置還包括媒質，其被設置在所述第二腔體中，用于將所述分泌物由所述薄膜轉移到所述傳感器。這種媒質進一步降低了細菌的檢測難度。在一個實施例中，所述第二腔體具有一個或多個分離的子腔室，所述一個或多個子腔室中的每一個至少部分地通過 所述薄膜與所述第一腔體隔離，并且被所述一個或多個傳感器中的至少一個傳感器所檢測。不同的子腔室中細菌分泌物的檢測相對獨立，這使得可以在不同的子腔室中設置不同的傳感器，以檢測不同的細菌，從而提高了檢測效率。本實用新型的以上特性及其他特性將在下文中的實施例部分進行明確地闡述。

通過下文對結合附圖所示出的實施例進行詳細說明，本實用新型的上述以及其他特征將更加明顯，本實用新型附圖中相同或相似的標號表示相同或相似的部件。圖I示出了具有T3SS分泌系統(tǒng)的細菌侵入上皮細胞的示意圖；圖2示出了根據本實用新型一個實施例的用于檢測細菌的裝置100。
具體實施方式
下面詳細討論實施例的實施和使用。然而，應當理解，所討論的具體實施例僅示范性地說明實施和使用本實用新型的特定方式，而非限制本實用新型的范圍。本實用新型的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，對于許多寄生于食物或食物原料的細菌而言，其侵入人體通常是通過進入人體消化道，然后進入消化道上皮細胞并向人體內注入一些具有致病效果的蛋白質來作用于人體的。例如，對于沙門氏菌而言，其侵入非卩遼菌上皮細胞(non-phagocytic epithelialcell)包括下述階段原生質薄膜變形、肌動蛋白細胞骨架(actin cytoskeleton)的重排、將細菌包圍在細胞內的吞噬體中。在前兩個階段中，細菌需要通過特定的蛋白質分泌系統(tǒng)，即第三類蛋白質分泌系統(tǒng)(T3SS)，來分泌轉運子(translator)蛋白質和效應子(effector)蛋白質。圖I示出了具有T3SS分泌系統(tǒng)的細菌侵入上皮細胞的示意圖。如圖I所示，對于具有T3SS分泌系統(tǒng)的細菌11而言，其細胞膜12上具有針狀復合物(needle complex) 13。該針狀復合物13始于細菌11的細胞質14，并由細胞膜12表面向細胞11外延伸一段距離。在一些細菌11中，針狀復合物13的長度為60至80納米，而其外部的寬度為約8納米。針狀復合物13還具有貫穿其的開孔15，該開孔15使得適當大小的蛋白質能夠由該開孔15排出到細菌11外。當具有T3SS分泌系統(tǒng)的細菌11接觸寄主細胞(host cell) 16時，該寄主細胞16例如是消化道上皮細胞，T3SS分泌系統(tǒng)開始分泌轉運子蛋白質17。該轉運子蛋白質17會在寄主細胞16的細胞膜18上產生一個孔或管道19。通過這個孔或管道19，細菌11的細胞質14能夠與寄主細胞16的細胞質20流體連通。接著，細菌11繼續(xù)分泌效應子蛋白質21，該效應子蛋白質21穿過針狀復合物13而由細菌11的細胞質14進入到寄主細胞16的細胞質20中，從而影響寄主細胞16。通過T3SS分泌系統(tǒng)分泌的效應子蛋白質21可以以各種方式感染寄主細胞16。例如，效應子蛋白質21能夠作用于寄主細胞16，并使得寄主細胞16吞噬細菌11，從而進一步地進行細菌11的復制，并傳播感染。通過效應子蛋白質21，細菌11能夠利用寄主細胞16自身的機構。此外，一旦細菌11進入寄主細胞16中，其能夠更容易地分泌其他效應子蛋白質，從而影響被感染寄主細胞16的相鄰的細胞 ，并最終使得局部的組織感染。另一方面，具有T3SS分泌系統(tǒng)的細菌11分泌的蛋白質(包括轉運子蛋白質17和效應子蛋白質21)具有特異性，即不同種細菌11所分泌的蛋白質分子大小、結構或其他性質可能相互區(qū)別。因此，通過檢測所分泌的蛋白質，即可確定相應的細菌11是否存在于被測的物質中。此外，由于被檢測的蛋白質是由細菌11主動分泌并輸送到寄主細胞16中的，因而其輸送效率遠高于一些被動的輸送方式，即由細菌11分泌的蛋白質更容易被檢測。為了刺激細菌分泌蛋白質，并收集其所分泌的蛋白質，發(fā)明人采用了一種薄膜來模擬能夠刺激細菌分泌蛋白質的細胞膜，并利用該薄膜構建用于收集蛋白質的空間的至少部分區(qū)域。在一些例子中，該空間中可以填充有水、溶液、氣體或其他物質以模擬人體細胞的細胞質。這樣，僅僅需要檢測該空間中的蛋白質，即可確定受試物質是否被細菌污染。圖2示出了根據本實用新型一個實施例的用于檢測細菌的裝置100。該裝置100可以用于檢測食品、食品原料、體液、土壤或其他可能存在有一種或多種病原性細菌或其他細菌的物質。如圖2所示，該裝置100包括第一腔體101,其用于容納測試樣品103 ；第二腔體105，其至少部分地通過一個薄膜107與第一腔體101隔離，其中該薄膜107用于在細菌108接觸其時允許測試樣品103中的細菌108的分泌物110穿過薄膜107而被分泌到第二腔體105中；以及一個或多個傳感器109，其位于第二腔體105中或位于第二腔體105外，用于檢測第二腔體105中的分泌物110。具體地，第一腔體101具有外壁111，其限定用于放置樣品的空間。外壁111上具有開口 113，其適于將測試樣品103引入到第一腔體101中。此外，該開口 113上可以具有密封蓋115，其形狀與開口 113的形狀大體匹配，以封閉開口 113并使得第一腔體101大體密封，以避免測試樣品103從第一腔體101部分或全部移除而影響檢測效果。在不同的應用環(huán)境下，測試樣品103可以以溶液、固體、懸濁液、乳濁液或其他形式。其中，對于流體形式的測試樣品103(例如溶液、懸濁液或乳濁液)，可以通過移液管將測試樣品103引入第一腔體101中?？蛇x地，也可以通過其他引流裝置將測試樣品103引入，在此不再贅述。正如前述，第一腔體101與第二腔體105的至少部分是由薄膜107構成的。因而，當測試樣品103被放置到第一腔體101中后，流體形式的測試樣品103能夠在第一腔體101中流動，從而使得其中潛在的細菌108能夠與薄膜107充分接觸。在另一些例子中，測試樣品103可以是固體。相應地，可以將測試樣品103朝向第一腔體101具有薄膜107的壁放置，以使得測試樣品103與薄膜107至少部分接觸?？蛇x地，也可以選取一定體積的測試樣品103，以使得其能夠基本充滿第一腔體101并與第一腔體101側壁上的薄膜107充分接觸?？蛇x地，還可以在放置好測試樣品103后，繼續(xù)向第一腔體101中填充一定量的液體，例如水或生理鹽水，從而使得測試樣品103中潛在的細菌108能夠被所加入的液體攜帶至接觸薄膜107。薄膜107可以是模擬人體細胞的細胞膜的薄膜，例如Caco-2型細胞的細胞膜。Caco-2型細胞是一種人克隆結腸腺癌細胞，其結構和功能類似于分化的小腸上皮細胞，具有微絨毛等結構。在細胞培養(yǎng)條件下，可以在多孔的可滲透聚碳酸酯膜上生長該Caco-2型細胞，其被培養(yǎng)后可以融合并分化為腸上皮細胞，形成連續(xù)的單層。相應地，可以從所培養(yǎng)的Caco-2型細胞中獲得連續(xù)的單層的薄膜107。薄膜107具有脂質雙層結構，并且具有集成的蛋白質分子、碳水化合物或脂質。該薄膜107能夠模仿上皮細胞的細胞膜，并引導與其接觸的細菌108分泌蛋白質。在一些例 子中，薄膜107對選自下述物種中的細菌具有特異性志賀氏桿菌(Shigella)、沙門氏菌(Salmonella)、大腸埃希菌(Escherichia coli)、伯克霍爾氏菌(Burkholderia)、耶爾森氏菌(Yersinia)、衣原體(Chlamydia)、假單胞菌屬(Pseudomonas)、歐文菌屬(Erwinia)、青枯菌(Ralstonia)、根瘤菌(Rhizobium)、弧菌屬(Vibrio)、黃單抱菌屬(Xanthomonas)。這些細菌都具有T3SS分泌系統(tǒng)，這種分泌系統(tǒng)有利于細菌分泌物110輸送過薄膜107。在實際應用中，薄膜107可以選取為對大分子、雜質顆粒等選擇性不透過，因而細菌108本身、以及例如測試樣品103的顆粒可以被排除在第二腔體105外。這可以避免這些雜質影響細菌分泌物110的檢測。這樣，不需要采用過于復雜或者要求較高的測試樣品培養(yǎng)方式來檢測細菌，這有效提高了檢測效率?？梢岳斫猓谝恍├又?，第一腔體101與第二腔體105中容納有溶液(例如水溶液)。這使得薄膜107兩側存在壓強差，該壓強差可能會使得第一腔體101中小分子溶劑(例如水)會第二腔體105中滲透，或者使得第二腔體105中的小分子溶劑向第一腔體101中滲透,但由于這種溶劑滲透并不會攜帶固體雜質或細菌進入第二腔體105，因而并不會影響細菌分泌物的檢測。第二腔體105與第一腔體101相鄰，并被薄膜107所隔離。在圖2中，第二腔體105與第一腔體101相互并排，其形狀呈立方體形。在一些其他的例子中，第二腔體105與第二腔體101也可以以其他形狀設置。例如，第二腔體105可以被設置在第一腔體101外，其可以大體呈球形或圓柱形。再例如，第二腔體105也可以被設置在第一腔體101的下方。第二腔體105具有外壁117，該外壁117限定用于收集并存放細菌分泌物110的空間。在一些例子中，第二腔體105中可以具有媒質(圖中未示出)，其例如為水、生理鹽水、氣體、溶膠或其他具有流動性的物質。該媒質用于將細菌分泌物110由薄膜107轉移到傳感器109附近，以適于傳感器109的探頭更好地檢測細菌分泌物110。在一些情況下，細菌分泌物110在由第一腔體101中的細菌108分泌并透過薄膜107而進入到第二腔體105中時，細菌分泌物110可能附著在第二腔體105的外壁117上，或者附著于薄膜107靠近第二腔體105 —側的表面上。而前述用于收集細菌分泌物110的空間包括上述附著于外壁117或薄膜107的情況，即分泌物110與測試樣品103被由薄膜107相互隔離。在一些例子中，第二腔體105可以具有一個或多個分離的子腔室，這些子腔室均至少部分地通過薄膜107與第一腔體101隔離。同時，每個子腔室中或子腔室外還可以分別地設置有至少一個傳感器，以檢測對應子腔室中的細菌分泌物110。優(yōu)選地，可以在各個子腔室中設置不同檢測方式或檢測特性的傳感器，以檢測不同種類的細菌。傳感器109用于檢測第二腔體105中的分泌物110，其可以位于第二腔體105內，或位于第二腔體105外。在一些例子中，傳感器109可以是接觸式傳感器，即傳感器的探頭需要與分泌物110相互接觸來檢測分泌物110存在與否，其例如為用于檢測分泌物110中目標分子或離子的化學傳感器。接觸式傳感器通?？梢员辉O置在第二腔體105內。其中，目標分子或目標離子是指能夠標識分泌物110蛋白質的分子或離子。在一些例子中，傳感器109還可以是非接觸式傳感器，其例如為光學傳感器或磁性傳感器。這些傳感器可以被設置在第二腔體105外。例如,傳感器109是光學傳感器,第二腔體105的外壁115可以全部或部分地由透光材料構成，例如玻璃、塑料等，以適于光線透過并檢測第二腔體105中的細胞分泌物110。在一個優(yōu)選的實施例中，傳感器109是生物傳感器，例如飛利浦公司的 Magnotech 生物傳感器。Magnotech 生物傳感器是一種利用磁性納米顆粒來測量液體中的目標分子的傳感器，其能夠在數分鐘內檢測出皮摩爾量級的目標分子，具有極高的測量精度。當這種傳感器用于檢測細菌分泌物110時，其首先在第二腔體105中注入含有磁性納米顆粒的液體，該磁性納米顆粒是能夠與細菌分泌物110相互結合的配位體。通過該配位體與細菌分泌物110的結合，磁性納米顆粒能夠被吸附在細菌分泌物110上。接著，施加第一磁場，以使得磁性納米顆粒能夠移動到細菌分泌物110附近，從而使得細菌分泌物110與配位體相互結合。可以理解，細菌分泌物110的數量越高，能夠被結合并粘附到細菌分泌物110上的磁性納米顆粒的數量也越高。再然后，施加遠高于第一磁場的第二磁場，以使得未結合的磁性納米顆粒離開細菌分泌物110。最后,通過基于內全反射(Frustrated TotalInternal Reflection, FT IR)的光學設備來測量反射率，以確定細菌分泌物110上附著的磁性納米顆粒的數量，進而確定細菌分泌物110的數量。此外，這種生物傳感器體積較小，因而適于被集成在一個手持的便攜式測量裝置100中?？梢岳斫猓捎诩毦置诜置谖?10的行為通常是具有一定過程的，即分泌物110可能被持續(xù)地分泌到第二腔體105中，其濃度也不斷升高。因此，根據具體應用條件的不同，例如測試樣品103與薄膜107接觸情況(即測試樣品103與薄膜107的接觸情況)、分泌物110由薄膜107轉移到第二腔體105的情況、分泌物110在第二腔體105內的分布情況以及測試時間的不同，傳感器109所測得的分泌物110的檢測結果也可能有所區(qū)別。因此，在一些例子中，傳感器109還可以耦接到數據處理模塊(圖中未示出)，其用于獲取傳感器提供的測試結果，并該測試結果進行數據處理。例如，該數據處理模塊可以用于根據測試結果確定一定時間內第二腔體105中的分泌物110的變化值，或者分泌物110的變化速率，以確定對應的測試樣品103中細菌108的密度，進而確定被測物質被細菌108污染的情況。優(yōu)選地，數據處理模塊還可以用于將測試結果與預定參考值相比較，并在測試結果超出預定參考值時輸出報警信號，以指示被測的測試樣品103中的細菌108含量過高。當圖I所示的裝置100被用于檢測測試樣品中的細菌時，首先將測試樣品103放置于第一腔體101中，并使得測試樣品103接觸薄膜107，從而使得測試樣品103中潛在的細菌108接觸薄膜107。這樣，薄膜107會刺激細菌108分泌蛋白質。同時，細菌108特有的分泌系統(tǒng)可以使得薄膜107被穿透，形成由第一腔體101到第二腔體105的蛋白質輸送通道。該蛋白質輸送通道可以允許細菌分泌物110穿過薄膜107而進入到第二腔體105中，并避免測試樣品103中的其他雜質進入第二腔體105中。接著，傳感器109檢測第二腔體105中的分泌物110，例如分泌物110中的目標分子或目標離子，以確定測試樣品103中是否存在有細菌。發(fā)明人以沙門氏菌為例對該裝置100的測試效率進行了實驗。實驗結果顯示，對于每個沙門氏菌細胞而言，其T3SS分泌系統(tǒng)其每秒鐘所分泌的蛋白質分子的數量為7至60個，這相當于測試精度為10毫克/升小時(假設蛋白質分子是肌動蛋白解聚合因子(ActinDepolymerizing Factor, ADF)為2的蛋白質分子)?？梢钥闯?，這種裝置具有較高的測試精度與測試效率。相比于現(xiàn)有技術，根據本實用新型實施例的用于檢測細菌的裝置利用了細菌自身的主動分泌系統(tǒng)來獲取與輸送待測的分泌物，這種輸送方式的輸送效率高，因而可以提高測試精度。同時，這種裝置不需要使用復雜昂貴的實驗室測試設備，例如細菌培養(yǎng)設備，因·而其制造和使用成本較低。盡管在附圖和前述的描述中詳細闡明和描述了本實用新型，應認為該闡明和描述是說明性的和示例性的，而不是限制性的；本實用新型不限于所上述實施方式。那些本技術領域的一般技術人員可以通過研究說明書、公開的內容及附圖和所附的權利要求書，理解和實施對披露的實施方式的其他改變。在權利要求中，措詞“包括”不排除其他的元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復數。在實用新型的實際應用中，一個零件可能執(zhí)行權利要求中所引用的多個技術特征的功能。權利要求中的任何附圖標記不應理解為對范圍的限制。
權利要求1.一種用于檢測細菌的裝置(100)，其特征在于，包括 第一腔體(101)，用于容納測試樣品(103)； 第二腔體(105)，其至少部分地通過一個薄膜(107)與所述第一腔體隔離，其中所述薄膜用于在所述細菌(108)接觸其時允許所述測試樣品中所述細菌的分泌物(110)穿過所述薄膜而被分泌到所述第二腔體中；以及 一個或多個傳感器(109)，其位于所述第二腔體中或位于所述第二腔體外，用于檢測所述第二腔體中的所述分泌物。
2.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述薄膜是Caco-2型細胞膜。
3.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述薄膜對選自下述物種中的細菌具有特異性志賀氏桿菌、沙門氏菌、大腸埃希菌、伯克霍爾氏菌、耶爾森氏菌、衣原體、假單胞菌屬、青枯菌、根瘤菌、弧菌屬、黃單孢菌屬。
4.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述分泌物包括蛋白質分子。
5.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述傳感器包括用于測量所述分泌物中的目標分子或目標離子的生物傳感器、化學傳感器或光學傳感器。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述傳感器是Magnotech 生物傳感器。
7.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，還包括 媒質，其被設置在所述第二腔體中，用于將所述分泌物由所述薄膜轉移到所述傳感器。
8.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第二腔體具有一個或多個分離的子腔室，所述一個或多個子腔室中的每一個至少部分地通過所述薄膜與所述第一腔體隔離，并且被所述一個或多個傳感器中的至少一個傳感器所檢測。
專利摘要本實用新型涉及一種用于檢測細菌的裝置。該裝置包括第一腔體，用于容納測試樣品；第二腔體，其至少部分地通過一個薄膜與所述第一腔體隔離，其中所述薄膜用于在所述細菌接觸所述薄膜時允許所述測試樣品中所述細菌的分泌物被穿過所述薄膜分泌到所述第二腔體中；以及一個或多個傳感器，其位于所述第二腔體中或位于所述第二腔體外，用于檢測所述第二腔體中的所述分泌物。相比于現(xiàn)有技術，該裝置利用了細菌自身的主動分泌系統(tǒng)來獲取并輸送待測的細菌分泌物，其輸送效率高，因而測試精度相應較高。同時，由于這種裝置不需要使用復雜昂貴的實驗室測試設備，因而其制造和使用成本較低。
文檔編號C12M1/34GK202786249SQ201220330360

公開日2013年3月13日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2012年6月29日
發(fā)明者華僑, D·凱利, 王廣偉 申請人:飛利浦(中國)投資有限公司