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CN116256511B - 一种基于单液滴发电机的细菌检测装置和方法 - Google Patents

一种基于单液滴发电机的细菌检测装置和方法

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CN116256511B CN202310145633.0A CN202310145633A CN116256511B CN 116256511 B CN116256511 B CN 116256511B CN 202310145633 A CN202310145633 A CN 202310145633A CN 116256511 B CN116256511 B CN 116256511B
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Abstract

本发明属于生物检测技术领域，特别涉及一种类场效应水滴发电机驱动的细菌检测装置和方法，单液滴发电机、单液滴发生装置、反应装置和信号采集装置；单液滴产生装置放置于单液滴发电机的正上方，信号采集装置与单液滴发电机直接相连。该细菌检测方法利用聚苯乙烯微球附着在单液滴发电机电极上后，聚苯乙烯微球与单液滴发电机之间形成额外的寄生电容，可以直接对细菌样品进行检测。并且这种寄生电容的变化会直接影响水滴发电机的输出电压，可以通过单液滴发电机的输出电压变化快速便捷的对细菌样品进行检测观察。该检测方法具有快速检测，无需外部电源，无需等待能量采集过程，操作简便等优点。

Description

一种基于单液滴发电机的细菌检测装置和方法
技术领域
本发明属于生物检测技术领域，特别涉及一种类场效应水滴发电机驱动的细菌检测装置和方法。
背景技术
细菌污染引起的海洋腐蚀，食品污染，水质污染，慢性感染病给人类社会带来巨大的损失。比如铜绿假单胞杆菌，作为一种兼性厌氧，革兰氏阴性菌，是引起海洋腐蚀和细菌感染疾病的重要细菌。所以，开发一种快速的便捷的细菌检测方式是十分重要的。目前，常用的细菌检测方式是基于细菌培养的生化检测方式，但是这种方式的应用受到耗时长，成本高和劳动密集型程序的限制。而新兴的细菌检测方法，如聚合酶链式反应，表面增强拉曼光谱和酶联免疫吸附测定等，这些方法虽然具备了检测速度块，操作简便等优势，但仍需要昂贵的测试仪器和专业培训的测试人员进行操作。
单液滴发电机因其瞬时功率密度远高于固液摩擦纳米发电机而受到了研究人员的高度关注。目前，单液滴发电机的主要应用集中在能量收集方面。虽然存在一些单液滴发电机被应用于检测温度或湿度，但这些应用都是在能量采集完成后向传感器供电实现检测的。没有研究考虑如何直接利用单液滴发电机自身性能的变化来进行自供电检测。最新研究表明当单液滴发电机中的电极与其它材料接触时，电极和其它材料之间可以形成新的电容结构，即寄生电容。这种寄生电容具有反向分流效应，可明显降低单液滴发电机的输出电压。针对这个寄生电容现象，研究人员提出了多种降低寄生电容的解决方案。然而，单液滴发电机中的寄生电容变化明显，并且可以通过单液滴发电机的输出电压直接体现出来，使得单液滴发电机具有检测细菌的潜力。
发明内容
基于上述问题，本申请提供一种新型的基于单液滴发电机的细菌检测方法。该细菌检测方法利用单液滴发电机自身寄生电容的变化，并通过输出电压展示，可以直接对细菌样品进行检测，具有快速检测，无需外部电源，无需等待能量采集过程，操作简便等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，单液滴发电机、单液滴发生装置、反应装置和信号采集装置；
单液滴产生装置放置于单液滴发电机的正上方，信号采集装置与单液滴发电机直接相连。
单液滴发电机包括摩擦层、导电层、支撑基板和电极；所述导电层固定在支撑基板上，摩擦层固定在导电层上，电极被置于摩擦层上；所述电极经过适配体修饰，用于特异性识别和捕获目的细菌；反应装置内设有聚苯乙烯微球溶液，聚苯乙烯微球表面修饰有针对目的细菌的特异性适配体，用于结合所述目的细菌，引起单液滴发电机自身寄生电容的变化，信号采集装置采集单液滴发电机发出的信号，并用输出电压的形式展示。
优选的，所述摩擦材料为全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、支撑基板为PVC板、电极为金线。
优选的，单液滴产生装置包括控制开关和点滴装置，用于产生单液滴，或连续液滴。
优选的，所述的金线直径为10-50微米；所述的聚苯乙烯微球直径为300-800纳米。
一种基于单液滴发电机的细菌检测方法，将适配体修饰后的金线浸泡在含有目的细菌的待测液中，金线通过适配体的特异性识别和捕获功能，特异性捕获目的细菌；
在捕获目的细菌后，再将该金线浸泡于适配体修饰过的聚苯乙烯微球溶液中，此时附着于金线上的目的细菌又与适配体特异性识别并吸附聚苯乙烯微球；
由于聚苯乙烯微球的附着，单液滴发电机的寄生电容将会发生变化，并且可以通过输出电压的形式展示出来，信号采集检测过程便捷；单液滴发电机将信号发送至信息采集装置，可根据单液滴发电机寄生电容的变化情况来反映目的细菌污染情况。
(1)将金线浸泡在待测样品中，37℃，孵育120min；
(2)取出上述金线，浸泡在修饰有适配体的聚苯乙烯微球溶液中，37℃，孵育120min；
(3)取出上述金线，用去离子水冲去未结合的聚苯乙烯微球，自然风干；
(4)将上述金线安置于单液滴发电机的摩擦层上，控制单液滴落下，测试单液滴发电机的输出信号，并于原始金线作为电极时的输出信号对比，分析细菌污染情况。
优选的，聚苯乙烯微球结合到单液滴发电机的电极上后，会增强单液滴发电机的寄生电容，并通过反向分流效应储存单液滴发电机中的转移电荷，进而降低单液滴发电机的输出电压，故可以通过单液滴发电机的输出电压反应寄生电容的情况进而展示细菌浓度；单液滴发电机的输出电压和细菌浓度拟合关系式如下，
其中，U0代表水滴发电机的初始输出电压；UC代表水滴发电机的实际输出电压；其中SAu、Sps、εwater、εps、KF、CB分别表示水与金线-F23之间的覆盖面积、附着的聚苯乙烯微球总面积、水的介电常数、聚苯乙烯微球的介电常数、Freundlich等温线常数、细菌浓度；当细菌类型确定时，b和a为两个常数。
优选的，所述信号采集装置与报警系统连接，当电压信号超过阈值时，报警系统发出警报。
有益效果
1.本发明中，单液滴发电机可以有效地将机械能转化为电能，不再需要外部电源的供能，提高了便捷性，降低了操作难度；
2.本发明中，首次利用单液滴发电机中的寄生电容现象对细菌进行检测，突破了传统单液滴发电机利用过程需要先采集能量的限制。
3.本发明的细菌特异性检测方法，采用适配体探针技术，可以特异性检测目标细菌；
4.适配体可以针对不同的细菌进行选择替换，故该方法可以通过更换适配体或分子探针实现对不同细菌的特异性检测；
5该方法快捷简便无需外部电源供能，只需要几个小时便可完成操作，与传统方法相比，该方法具有更好的安全性和高效性；
6.本发明的细菌检测方法制作成本较低，适用于各种环境进行操作，同时配合警报系统可以将电压信号转变为可视化信号，便于观察。
附图说明
图1为本发明实施例的基于单液滴发电机细菌检测方法的结构示意图；
图2为本发明实施例的单液滴发电机示意图；
图3为本发明实施例的基于单液滴发电机细菌检测方法的工作原理示意图；
图4为单液滴发电机伴随不同液滴下落高度的输出电压；
图5为修饰适配体(名称)的金线作为单液滴发电机的电极检测不含目的细菌(名称)时的输出电压；
图6为单液滴发电机输出电压随细菌浓度变化以及拟合图。
图中，100-单液滴发电机，200-单液滴发生装置，300-信号采集装置，101-摩擦层，102-导电层，103-支撑基板，104-电极。
具体实施方式
实施例1提供一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，图1展示出该检测装置的结构。如图1所示，该检测装置包括单液滴发电机100、单液滴发生装置200和信号采集装置300。该单液滴发电机100通过自身寄生电容的变化影响单液滴产生的能量转化为电能的效率，并产生检测信号。单液滴产生装置放置于单液滴发电机的正上方合适位置，通过控制开关可以控制产生单液滴，用于提供单液滴。信号采集装置300与单液滴发电机直接相连，其包括电压检测装置和警报系统，用于监测单液滴发电机的信号变化，并分析数据发出警报信号。
如图2所示，单液滴发电机100包括一个摩擦层101、一个导电层102、一个支撑基板103和电极104。其中摩擦层101材料为全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、导电层采用金属材料(优选为铜箔、铁、银等)，支撑基板为PVC板、电极为金线(金线直径优选为20微米)。在图2所示的实例中，导电层固定在支撑基板上，而摩擦层固定在导电层上，电极被置于摩擦层上合适的位置。支撑基板、导电层和摩擦层大小一致，导电层层通过Kapton胶粘在支撑基板上，摩擦层直接粘在导电层具有粘性的一侧。
所述单液滴发电机中的导电层被视为源极，电极被视为漏极，单液滴被视为栅极。其工作机制与场效应晶体管十分相识，液滴(栅极)与金电极(漏极)的接触情况动态控制单液滴发电机的开/关状态；所述电极经过适配体修饰，用于特异性识别和捕获目的细菌；反应装置内设有聚苯乙烯微球溶液，聚苯乙烯微球表面修饰有针对目的细菌的特异性适配体，用于结合所述目的细菌，引起单液滴发电机寄生电容的变化。
所述的聚苯乙烯微球直径为500纳米。
所选用的电极材料需要经过适配体修饰，以便于特异性识别和捕获细菌。
单液滴产生装置200包括具有开关的点滴装置和控制开关，通过控制开关，可以产生单液滴，或连续液滴。
本实施例提供基于单液滴发电机的细菌检测方法，工作原理是：单液滴发生装置200产生的单液滴在下落至摩擦层时，液滴与摩擦层完全接触并接触电极，产生电荷转移，可将机械能转化为电能，并通过导电层102和电极104将电信号传输至信号采集装置及警报系统300。当单液滴发电机中的电极与聚苯乙烯微球之间形成寄生电容后，由于寄生电容的反向分流效应，会使得液滴发电机的转移电荷量下降，可以通过输出电压的形式展示。输出电压可以通过可编程的多功能静电计(Keithley，6514)测量，通过基于Labview编写的警报程序将电压信号转变为可视化信号。该可视化信号可以是指示灯，蜂鸣器，语音或短信提醒等。
通常的检测还包括通过万古霉素特异性检测革兰氏阳性菌(环境污染)，通过刀豆蛋白检测革兰氏阴性菌(环境污染)，通过金黄色葡萄球菌相关抗体检测金黄色葡萄球菌(医疗污染)等。
检测方法如下：
(1)将金线浸泡在待测溶液中，37℃，孵育120min；
(2)取出上述金线，浸泡在修饰有适配体的聚苯乙烯微球溶液中，37℃，孵育120min；
(3)取出上述金线，用去离子水轻轻冲洗，将未结合的聚苯乙烯微球洗去，干燥；
(4)将上述金线安置于单液滴发电机的摩擦层上，控制单液滴落下，测试单液滴发电机的输出信号，并于原始金线作为电极时的输出信号对比，分析细菌的污染情况。
以铜绿假单胞杆菌的检测为例：
将适配体F23修饰后的金线浸泡在含有铜绿假单胞杆菌的待测液中，金线通过适配体F23的特异性识别和捕获功能，特异性捕获铜绿假单胞杆菌。在捕获铜绿假单胞杆菌后，再将该金线浸泡于适配体F23修饰过的聚苯乙烯微球溶液中，此时附着于金线上的目的铜绿假单胞杆菌又与适配体F23特异性识别并吸附聚苯乙烯微球。由于聚苯乙烯微球的附着，单液滴发电机的寄生电容将会增加，这种寄生电容具有反向分流效应，可以储存单液滴发电机所产生的转移电荷，降低外部电路监测到的输出电压信号。铜绿假单胞杆菌浓度高时，金线表面附着的聚苯乙烯微球数量也多，单液滴发电机的寄生电容也会越高，此时单液滴发电机可以储存更多的转移电荷，降低单液滴发电机产生的输出电压，所以可以根据单液滴发电机100产生的电压信号来反映单液滴发电机的寄生电容状态进而体现出铜绿假单胞杆菌污染情况。可以通过更换适配体或其它分子识别探针来对不同的目的细菌进行特异性检测，如特异性针对金黄色葡萄球菌的适配体，针对大肠杆菌的适配体，针对铜绿假单胞杆菌的半乳糖胺。
如图3所示，当聚苯乙烯微球通过铜绿假单胞杆菌附着到水滴发电机的电极表面时，水滴发电机会产生寄生电容，寄生电容具有反向分流效应，可储存单液滴发电机产生的转移电荷，导致单液滴发电机的输出电压下降。
图4为单液滴发电机的输出性能，以及不同单液滴下落高度对单液滴发电机输出性能的影响。本实验中所述电极上的适配体修饰与聚苯乙烯微球表面的特异性适配体属于同一种适配体F23，可以特别识别铜绿假单胞杆菌。从中可以看出，当液滴下落高度为30cm时，单液滴发电机的输出电压相对稳定且输出较高。当液滴下落高度过高时，液滴在接触到摩擦层的瞬间会破裂产生众多小液滴，进而使得输出电压基线不稳。因此采用30cm作为液滴下落高度是最为合适的。由此可见该单液滴发电机的输出电压为-60V左右。
图5证明了修饰有适配体F23的金线对单液滴发电机的输出性能没有影响，并且当待测溶液中不含有铜绿假单胞杆菌时，单液滴发电机的输出性能不会发生改变。
基于单液滴发电机的铜绿假单胞杆菌检测方法检测不同浓度的铜绿假单胞杆菌的电压变化如图6中的a所示。伴随着铜绿假单胞杆菌浓度的提升，单液滴发电机的输出电压的绝对值不断下降，这是由于伴随着铜绿假单胞杆菌浓度的增加，黏附在金线上的聚苯乙烯微球数量也会不断增加，导致单液滴发电机的寄生电容不断上升，电压下降。如图6中的b所示，单液滴发电机的输出电压和铜绿假单胞杆菌浓度直接存在良好的联系，可以建立数学模型，对细菌浓度进行推断。
其中，U0代表水滴发电机的初始输出电压；UC代表水滴发电机的实际输出电压；其中SAu、Sps、εwater、εps、KF、CB分别表示水与金线-F23之间的覆盖面积、附着的聚苯乙烯微球总面积、水的介电常数、聚苯乙烯微球的介电常数、Freundlich等温线常数、细菌浓度。b和a为两个常数(aKF＝218.143,b＝0.2347)。本实例的基于单液滴发电机的细菌检测方法可以检测任何生物材料，不限于细菌、真菌、病毒、动植物细胞或生物大分子物质。
本实例中的数学模型适用于检测其它细菌，对于其它细菌的数学模型，常数KF、b和a会有所变化。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，其特征在于，所述细菌检测装置包括单液滴发电机、单液滴发生装置、反应装置和信号采集装置；
单液滴发生装置放置于单液滴发电机的正上方，信号采集装置与单液滴发电机直接相连；
单液滴发电机包括摩擦层、导电层、支撑基板和电极；所述导电层固定在支撑基板上，摩擦层固定在导电层上，电极被置于摩擦层上；所述电极为金线，所述电极经过适配体修饰，用于特异性识别和捕获目的细菌；反应装置内设有聚苯乙烯微球溶液，聚苯乙烯微球表面修饰有针对目的细菌的特异性适配体，用于结合所述目的细菌，引起单液滴发电机自身寄生电容的变化，信号采集装置采集单液滴发电机发出的信号，并用输出电压的形式展示；
聚苯乙烯微球结合到单液滴发电机的电极上后，会增强单液滴发电机的寄生电容，并通过反向分流效应降低单液滴发电机的输出电压，故能够通过单液滴发电机的输出电压反映寄生电容的情况进而展示细菌浓度；
单液滴发电机的输出电压和细菌浓度拟合关系式如下，
；
其中，代表水滴发电机的初始输出电压；代表水滴发电机的实际输出电压；其中分别表示水与金线-适配体之间的覆盖面积、附着的聚苯乙烯微球总面积、水的介电常数、聚苯乙烯微球的介电常数、Freundlich等温线常数、细菌浓度；当细菌类型确定时，b和a为两个常数。
2.根据权利要求1所述的一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，其特征在于，所述摩擦层材料为全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、支撑基板为PVC板。
3.根据权利要求1所述的一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，其特征在于，单液滴产生装置包括控制开关和点滴装置，用于产生单液滴，或连续液滴。
4.根据权利要求2所述的一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，其特征在于，所述的金线直径为10-50微米；所述的聚苯乙烯微球直径为300-800纳米。
5.根据权利要求1所述的一种基于单液滴发电机的细菌检测装置，所述信号采集装置与报警系统连接，当电压信号超过阈值时，报警系统发出警报。
6.采用如权利要求1-5任一项所述装置的检测方法，其特征在于，
（1）将金线浸泡在待测样品中，37℃，孵育120 min；
（2）取出上述金线，浸泡在修饰有适配体的聚苯乙烯微球溶液中，37℃，孵育120 min；
（3）取出上述金线，用去离子水冲去未结合的聚苯乙烯微球，自然风干；
（4）将上述金线安置于单液滴发电机的摩擦层上，控制单液滴落下，测试单液滴发电机的输出信号，并与原始金线作为电极时的输出信号对比，分析细菌污染情况。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2109774B1 (en) * 2007-02-15 2018-07-04 Advanced Liquid Logic, Inc. Capacitance detection in a droplet actuator
TWI809378B (zh) * 2021-04-19 2023-07-21 國立清華大學 固液接觸摩擦起電的自驅動化學感測器、感測方法及其製造方法
CN114324488B (zh) * 2021-11-25 2023-05-16 中国科学院海洋研究所 摩擦纳米发电机驱动的用于细菌检测的传感系统及方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A droplet-based electricity generator with high instantaneous power density.;Wanghuai Xu等;《Nature》;20200220;方法部分，图1a *
Droplet-based energy harvesting superhydrophobic membrane with bacterial sensing ability for continuous monitoring.;Sungwon Jung等;《Chemical Engineering Journal》;20221224;摘要，第2.7、2.8、3.6节，图5、6、S9、S10 *
Vertical capacitance aptasensors for real-time monitoring of bacterial growth and antibiotic susceptibility in blood.;Jun Ho Song等;《Biosensors and Bioelectronics》;20190822;摘要，材料和方法、结果和讨论部分 *

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