大肠杆菌特异性快速检测系统研制

　　细菌特异性检测在食品卫生安全、水环境检测、医疗卫生等领域都有着重要应用，但目前常用的平板计数方法需要至少24 h 的培养，不能满足现场快速检测的需求[1]。流式细胞计术法[2]、聚合酶链反应法( PCR) [3 - 4]、电化学阻抗谱法[5 - 6]、生物发光法[7]等方法都被用于细菌快速检测。其中生物发光检测方法具有检测速度快、成本低、易于操作等特点，已引起众多研究者关注。目前已有类似相关产品上市，但其检测精度和检测下限有待提高[8]，且不能实现特异性检测。

　　使用免疫磁珠可对细菌进行特异性捕获富集[9]，而采用免疫磁珠对细菌进行特异性富集，ATP发光检测相结合的方法更是能达到既快速又具有特异性的检测[1， 10]。

　　本文结合生物发光和免疫磁珠分离技术，研制出细菌特异性快速检测系统，对大肠杆菌纯菌溶液进行检测，获得了较低检测下限和较好的重复性，对混入高浓度金黄色葡萄球菌的大肠杆菌溶液进行检测，获得了良好的检测结果，实现了对大肠杆菌的特异性检测。与常规方法相比检测时间大大缩短，可用于食品、环境中致病菌快速检测。

　　1 检测系统实现

　　1. 1 检测原理

　　不同细菌个体所含的ATP 量在常态下都处在同一个数量级上[11]，释放细菌胞内ATP，并使其与荧光素- 荧光素酶发生反应，可产生与细菌浓度成比例的微弱荧光，通过检测荧光光强可推算出细菌浓度值。结合免疫磁分离技术，通过免疫磁探针对目标细菌进行特异性捕获，经多次洗涤后可将目标菌分离，然后采用生物发光法检测被捕获的目标细菌浓度。

　　1. 2 检测系统结构设计

　　检测系统主要包括光学检测模块、磁分离器和电路模块三部分，其系统结构如图1 所示。其中光学检测模块包括光学反应池[12]及光电倍增管。磁分离器用于实现对免疫磁探针的分离洗涤。电路部分包括主控计算单元、信号放大采集、驱动控制电路等核心模块，还包括按键、显示、存储、通信等外围器件。选用小型光电倍增管作为微弱荧光检测器件，光电倍增管在电路模块的驱动控制下，检测生物传感器所产生的微弱荧光信号，并将其转换成电信号输出。经过信号放大、模数转换信号采集，转换成数字信号输入到主控计算单元，经数据处理计算得出细菌浓度检测结果。

　　1. 3 检测系统降噪设计

　　被测发光信号极其微弱，为实现高灵敏度检测，需要降低检测光路和电路的噪声干扰。在光学检测模块结构设计中，采用铝制密闭结构，屏蔽外界光及电磁干扰，实现微弱光信号检测。尽可能减小光学反应池和光电倍增管之间的距离，同时采用凸透镜聚光，以提高发光检测效率。选用日本滨松光子( Hamamatsu) 公司的H5773 型光电倍增管作为光电检测器，其光学响应波长为500 ～ 600 nm，尺寸小，灵敏度高，背景暗电流仅为0. 2 nA，输出信号为电流信号，抗干扰能力强，适用于小型光学检测系统。