一種細菌分裂生物時鐘的製備方法
2023-12-08 19:20:56 2
專利名稱：一種細菌分裂生物時鐘的製備方法
技術領域：
本發明屬於生物醫學信息檢測技術領域，涉及一種細菌分裂生物時鐘。
背景技術：
細菌(英文germs ;學名bacteria)廣義的細菌即為原核生物是指一大類細胞核無核膜包裹，只存在稱作擬核區(nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細胞生物，包括真細菌(eubacteria)和古生菌(archaea)兩大類群。人們通常所說的即為狹義的細菌，狹義的細菌為原核微生物的一類，是一類形狀細短，結構簡單，多以二分裂方式進行繁殖的原核生物，是在自然界分布最廣、個體數量最多的有機體，是大自然物質循環的主要參與者。細菌一般以簡單的二分裂法進行無性繁殖，個別細菌如結核桿菌偶有分枝繁殖的 方式。在適宜條件下，多數細菌繁殖速度極快，分裂一次需時僅20 30分鐘。球菌可從不同平面分裂，分裂後形成不同方式排列。桿菌則沿橫軸分裂。細菌分裂時，菌細胞首先增大，染色體複製。在革蘭氏陽性菌中，細菌染色體與中價體相連，當染色體複製時，中價體亦一分為二，各向兩端移動，分別拉著複製好的一根染色體移到細胞的側。接著細胞中部的細胞膜由外向內陷入，逐漸伸展，形成橫隔。同時細胞壁亦向內生長，成為兩個子代細胞的胞壁，最後由於肽聚糖水解酶的作用，使細胞壁肽聚糖的共價鍵斷裂，全裂成為兩個細胞。革蘭氏陰性菌無中介體，染色體直接連接在細胞膜上。複製產生的新染色體則附著在鄰近的一點上，在兩點之間形成新的細胞膜，將兩團染色體分離在兩側。最後細胞壁沿橫膈內陷，整個細胞分裂成兩個子代細胞。細菌按其形態主要有三類，球菌、桿菌、螺形菌。球菌外形呈球形或近似球形，根據細菌分裂的平面和菌體之間排列的方式可分為雙球菌、鏈球菌和葡萄球菌等。桿菌外形呈杆狀，各種桿菌大小、長短與粗細差異較大。大桿菌長約4 10 μ m,中等大桿菌長約2 3 μ m,小桿菌長O. 6 I. 5 μ m。螺形菌根據菌體的彎曲分為兩類①弧菌，菌體只有一個彎曲，呈弧形或逗點狀，如霍亂弧菌。②螺菌菌體有數個彎曲，也有的菌體彎曲呈螺旋狀，稱為螺桿菌。細菌的個體很小，通常用微米Um)作為測量單位。測量球菌大小隻測量其直徑。一般球菌直徑在O. 5 5um之間。測量桿菌和螺旋菌則需測量其長度和寬度。但測量螺旋菌長度時，一般只測量其彎曲形長度,而不是測量其真正的總長度。桿菌一般長I 5um,寬為O. 5 lum。細菌的大小可用測微尺在顯微鏡下進行測量。由於菌種不同，細菌的大小存在著較大的差異；染色方法不同，同一種菌種測出的結果往往不一樣；細胞的大小常隨著菌齡而發生變化，一般幼齡細菌比成熟的或老年的細菌大得多。以鑑於以上的原因，有關細菌大小的記載，常是平均值或代表性數值。單個細菌細胞的質量為10, 10_9mg，即每g細菌約含IO12 IO13個細菌菌體。傳統觀測細菌分裂周期的方式，是在光學顯微鏡下觀看。如果可以利用細菌分裂的能量產生的信號，轉變為電信號輸出進行細菌分裂檢測，將會有利於生物醫學信息學科的發展。同時，也有望利用細菌分裂的周期作為一種特殊的生物時鐘，對時間進行標定。石英微天平分析儀QCM是一款最主要的質量感測設備，它能夠在石英晶體上實時地測量極微小的質量變化。它的靈敏度是O. 00lmg，幾乎比靈敏度是O. Img的電子微天平高100倍。這意味著它所能測到的質量變化相當於單分子層或單個原子層的幾分之一。QCM所具有的高靈敏度以及在石英晶體上可實時測量質量變化的特點，使它在很多領域的應用上成為一種極具吸引力的技術。特別是，QCM系統在用於流體和粘彈性沉積技術上的發展，使它受到強烈的關注。在液體系統方面，QCM技術的主要優勢在於它能允許不做標記的分子測量。然而如果藉助QCM來檢測細菌的分裂行為，無疑要檢測大量的細菌分裂行為。要想知道細菌分裂的周期準確數據，就需要讓大量細菌的分裂行為同步，這將是一個較為複雜的過程。因此，期待出現一種更加靈敏，尺寸更加精密的檢測工具。
發明內容
本發明的目的是提供一種更加靈敏，尺寸更加精密的細菌分裂檢測工具細菌分裂生物時鐘的製備方法。本發明的技術方案如下一種細菌分裂生物時鐘的製備方法，其特徵在於，包括下列步驟(I)在矽片上製備圖形化電極，並噴鍍金屬Zn ；(2)在氧化環境中加熱樣品，製備出ZnO納米帶陣列,其中，ZnO納米帶陣列的圖形化面積根據所需要檢測細菌的種類而定；(3)在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍有機物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器。作為優選實施方式，步驟(I)中，噴鍍的金屬Zn厚度在IOO-IOOOOnm之間。步驟
(3)中，隨形噴鍍10 IOOOnm有機物薄膜；有機物薄膜為聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。本發明的細菌分裂「生物時鐘」可為科學家們探索微觀世界提供新的實驗手段，應用範圍也相當廣泛。如在醫學領域可以快速標定出不同細菌的分裂行為，使它們成為細菌的微型監測器。這樣，就會使得細菌的檢測變得更加便捷，更加易於操作。同時實現真正意義上的「晶片級實驗室」，並商業化。
具體實施例方式本發明利用高靈敏度的傳感器單元實現生物時鐘的新型組裝模式。被譽為萬能金屬氧化物半導體的ZnO材料，單根的納米帶狀結構可以在5nN的外力作用下發生劇烈形變特徵。因此有望藉助ZnO —維納米材料的高機電耦合係數特性，組裝一個更加靈敏的細菌分裂行為檢測器，根據力電轉化機制，輸出電信號。從而實現細菌分裂行為的電信號輸出元器件，從而組裝成生物能量反應機制的「生物時鐘」。對應於常規鐘錶的發條，溫度參數可以作為這個特殊「生物時鐘」的調節器。因為細菌分裂的速度是周圍環境溫度參數的對應行為。具體方法如下(I)納米陣列組裝藉助光刻工藝，在Si片上製備圖形化電極，並磁控濺射上金屬Zn，厚度可以在IOO-IOOOnm之間，在氧化環境中加熱樣品，形成製備出符合應用尺寸的納米帶結構。長度不小於10 μ m,寬度50 200nm，厚度30 50nm。其中ZnO納米帶陣列的圖形化面積，根據細菌種類而定選擇。之後在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍10 IOOOnm有機物薄膜(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯醇PVA等，且不僅僅限於此))，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器部分。(2)細菌的稱量標定工作在薄膜上塗覆細菌所對應的抗體，從而實現微量細菌的全附著。在細菌分裂的過程，分裂出來的細菌脫落的瞬間，會對傳感薄膜產生負載的波動，從而產生電信號。利用溫度參數，調節一特殊「生物時鐘」的工作點。本發明的納米陣列組裝的一個實施例為藉助光刻工藝，在Si片上製備圖形化電極，並磁控濺射上200nm厚的金屬Zn，其中金屬Zn靶材為高純度99. 99%。在氧化環境中加 熱樣品，形成製備出符合應用尺寸的納米帶結構。長度不小於10 μ m,寬度約IOOnm,厚度約50nmo本實施例選擇酵母菌為工作物質。由於酵母菌大小一般為I 5 μ mX5 30 μ m。因此其中ZnO納米帶陣列的圖形化面積為1μπιΧ5μπι。在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍IOOnm有機物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器部分。在薄膜上塗覆酵母菌所對應的抗體，這裡選用人抗釀酒酵母抗體(ASCA)，從而實現微量細菌的全附著。在細菌分裂的過程，分裂出來的細菌脫落的瞬間，會對傳感薄膜產生負載的波動，從而產生電信號。利用溫度參數，可以調節這一特殊「生物時鐘」的工作點。
權利要求
1.一種細菌分裂生物時鐘的製備方法，其特徵在於，包括下列步驟 (1)在矽片上製備圖形化電極，並噴鍍金屬Zn； (2)在氧化環境中加熱樣品，製備出ZnO納米帶陣列,其中，ZnO納米帶陣列的圖形化面積根據所需要檢測細菌的種類而定； (3)在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍有機物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器。
2.根據權利要求I所述的細菌分裂生物時鐘的製備方法，其特徵在於，步驟I)中，噴鍍的金屬Zn厚度在IOO-IOOOnm之間。
3.根據權利要求I所述的細菌分裂生物時鐘的製備方法，其特徵在於，步驟3)中，隨形噴鍍10 IOOOnm有機物薄膜。
4.根據權利要求I所述的細菌分裂生物時鐘的製備方法，其特徵在於，步驟3)中的有機物薄膜為聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。
全文摘要
本發明屬於生物醫學信息檢測技術領域，涉及一種細菌分裂生物時鐘的製備方法，其特徵在於，包括下列步驟在矽片上製備圖形化電極，並噴鍍金屬Zn；在氧化環境中加熱樣品，製備出ZnO納米帶陣列，其中，ZnO納米帶陣列的圖形化面積根據所需要檢測細菌的種類而定；在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍有機物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器。本發明的方法可以製備出一種更加靈敏，尺寸更加精密的細菌分裂檢測工具細菌分裂生物時鐘。
文檔編號B81C1/00GK102862948SQ20121032846
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月7日 優先權日2012年9月7日
發明者鄒強, 秦月辰, 劉文濤, 朱哲, 傅星, 馬建國, 薛濤, 王慧, 帕提曼·託乎提 申請人:天津大學