專利名稱：一種細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)信息檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)菌分裂生物時鐘。
背景技術(shù)：
細(xì)菌(英文germs ;學(xué)名bacteria)廣義的細(xì)菌即為原核生物是指一大類細(xì)胞核無核膜包裹，只存在稱作擬核區(qū)(nuclear region)(或擬核)的裸露DNA的原始單細(xì)胞生物，包括真細(xì)菌(eubacteria)和古生菌(archaea)兩大類群。人們通常所說的即為狹義的細(xì)菌，狹義的細(xì)菌為原核微生物的一類，是一類形狀細(xì)短，結(jié)構(gòu)簡單，多以二分裂方式進(jìn)行繁殖的原核生物，是在自然界分布最廣、個體數(shù)量最多的有機(jī)體，是大自然物質(zhì)循環(huán)的主要參與者。細(xì)菌一般以簡單的二分裂法進(jìn)行無性繁殖，個別細(xì)菌如結(jié)核桿菌偶有分枝繁殖的 方式。在適宜條件下，多數(shù)細(xì)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，分裂后形成不同方式排列。桿菌則沿橫軸分裂。細(xì)菌分裂時，菌細(xì)胞首先增大，染色體復(fù)制。在革蘭氏陽性菌中，細(xì)菌染色體與中價體相連，當(dāng)染色體復(fù)制時，中價體亦一分為二，各向兩端移動，分別拉著復(fù)制好的一根染色體移到細(xì)胞的側(cè)。接著細(xì)胞中部的細(xì)胞膜由外向內(nèi)陷入，逐漸伸展，形成橫隔。同時細(xì)胞壁亦向內(nèi)生長，成為兩個子代細(xì)胞的胞壁，最后由于肽聚糖水解酶的作用，使細(xì)胞壁肽聚糖的共價鍵斷裂，全裂成為兩個細(xì)胞。革蘭氏陰性菌無中介體，染色體直接連接在細(xì)胞膜上。復(fù)制產(chǎn)生的新染色體則附著在鄰近的一點(diǎn)上，在兩點(diǎn)之間形成新的細(xì)胞膜，將兩團(tuán)染色體分離在兩側(cè)。最后細(xì)胞壁沿橫膈內(nèi)陷，整個細(xì)胞分裂成兩個子代細(xì)胞。細(xì)菌按其形態(tài)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(jù)細(xì)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。桿菌外形呈桿狀，各種桿菌大小、長短與粗細(xì)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(jù)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(diǎn)狀，如霍亂弧菌。②螺菌菌體有數(shù)個彎曲，也有的菌體彎曲呈螺旋狀，稱為螺桿菌。細(xì)菌的個體很小，通常用微米Um)作為測量單位。測量球菌大小只測量其直徑。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(xì)菌的大小可用測微尺在顯微鏡下進(jìn)行測量。由于菌種不同，細(xì)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(jié)果往往不一樣；細(xì)胞的大小常隨著菌齡而發(fā)生變化，一般幼齡細(xì)菌比成熟的或老年的細(xì)菌大得多。以鑒于以上的原因，有關(guān)細(xì)菌大小的記載，常是平均值或代表性數(shù)值。單個細(xì)菌細(xì)胞的質(zhì)量為10, 10_9mg，即每g細(xì)菌約含IO12 IO13個細(xì)菌菌體。傳統(tǒng)觀測細(xì)菌分裂周期的方式，是在光學(xué)顯微鏡下觀看。如果可以利用細(xì)菌分裂的能量產(chǎn)生的信號，轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栞敵鲞M(jìn)行細(xì)菌分裂檢測，將會有利于生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)科的發(fā)展。同時，也有望利用細(xì)菌分裂的周期作為一種特殊的生物時鐘，對時間進(jìn)行標(biāo)定。石英微天平分析儀QCM是一款最主要的質(zhì)量感測設(shè)備，它能夠在石英晶體上實(shí)時地測量極微小的質(zhì)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(zhì)量變化相當(dāng)于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(shí)時測量質(zhì)量變化的特點(diǎn)，使它在很多領(lǐng)域的應(yīng)用上成為一種極具吸引力的技術(shù)。特別是，QCM系統(tǒng)在用于流體和粘彈性沉積技術(shù)上的發(fā)展，使它受到強(qiáng)烈的關(guān)注。在液體系統(tǒng)方面，QCM技術(shù)的主要優(yōu)勢在于它能允許不做標(biāo)記的分子測量。然而如果借助QCM來檢測細(xì)菌的分裂行為，無疑要檢測大量的細(xì)菌分裂行為。要想知道細(xì)菌分裂的周期準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，就需要讓大量細(xì)菌的分裂行為同步，這將是一個較為復(fù)雜的過程。因此，期待出現(xiàn)一種更加靈敏，尺寸更加精密的檢測工具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種更加靈敏，尺寸更加精密的細(xì)菌分裂檢測工具細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法，其特征在于，包括下列步驟(I)在硅片上制備圖形化電極，并噴鍍金屬Zn ；(2)在氧化環(huán)境中加熱樣品，制備出ZnO納米帶陣列,其中，ZnO納米帶陣列的圖形化面積根據(jù)所需要檢測細(xì)菌的種類而定；(3)在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍有機(jī)物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器。作為優(yōu)選實(shí)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(jī)物薄膜；有機(jī)物薄膜為聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。本發(fā)明的細(xì)菌分裂“生物時鐘”可為科學(xué)家們探索微觀世界提供新的實(shí)驗(yàn)手段，應(yīng)用范圍也相當(dāng)廣泛。如在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域可以快速標(biāo)定出不同細(xì)菌的分裂行為，使它們成為細(xì)菌的微型監(jiān)測器。這樣，就會使得細(xì)菌的檢測變得更加便捷，更加易于操作。同時實(shí)現(xiàn)真正意義上的“芯片級實(shí)驗(yàn)室”，并商業(yè)化。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明利用高靈敏度的傳感器單元實(shí)現(xiàn)生物時鐘的新型組裝模式。被譽(yù)為萬能金屬氧化物半導(dǎo)體的ZnO材料，單根的納米帶狀結(jié)構(gòu)可以在5nN的外力作用下發(fā)生劇烈形變特征。因此有望借助ZnO —維納米材料的高機(jī)電耦合系數(shù)特性，組裝一個更加靈敏的細(xì)菌分裂行為檢測器，根據(jù)力電轉(zhuǎn)化機(jī)制，輸出電信號。從而實(shí)現(xiàn)細(xì)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(yīng)機(jī)制的“生物時鐘”。對應(yīng)于常規(guī)鐘表的發(fā)條，溫度參數(shù)可以作為這個特殊“生物時鐘”的調(diào)節(jié)器。因?yàn)榧?xì)菌分裂的速度是周圍環(huán)境溫度參數(shù)的對應(yīng)行為。具體方法如下(I)納米陣列組裝借助光刻工藝，在Si片上制備圖形化電極，并磁控濺射上金屬Zn，厚度可以在IOO-IOOOnm之間，在氧化環(huán)境中加熱樣品，形成制備出符合應(yīng)用尺寸的納米帶結(jié)構(gòu)。長度不小于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(jù)細(xì)菌種類而定選擇。之后在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍10 IOOOnm有機(jī)物薄膜(如聚甲基丙烯酸甲酯PMMA、聚乙烯醇PVA等，且不僅僅限于此))，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器部分。(2)細(xì)菌的稱量標(biāo)定工作在薄膜上涂覆細(xì)菌所對應(yīng)的抗體，從而實(shí)現(xiàn)微量細(xì)菌的全附著。在細(xì)菌分裂的過程，分裂出來的細(xì)菌脫落的瞬間，會對傳感薄膜產(chǎn)生負(fù)載的波動，從而產(chǎn)生電信號。利用溫度參數(shù)，調(diào)節(jié)一特殊“生物時鐘”的工作點(diǎn)。本發(fā)明的納米陣列組裝的一個實(shí)施例為借助光刻工藝，在Si片上制備圖形化電極，并磁控濺射上200nm厚的金屬Zn，其中金屬Zn靶材為高純度99. 99%。在氧化環(huán)境中加 熱樣品，形成制備出符合應(yīng)用尺寸的納米帶結(jié)構(gòu)。長度不小于10 μ m,寬度約IOOnm,厚度約50nmo本實(shí)施例選擇酵母菌為工作物質(zhì)。由于酵母菌大小一般為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(jī)物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器部分。在薄膜上涂覆酵母菌所對應(yīng)的抗體，這里選用人抗釀酒酵母抗體(ASCA)，從而實(shí)現(xiàn)微量細(xì)菌的全附著。在細(xì)菌分裂的過程，分裂出來的細(xì)菌脫落的瞬間，會對傳感薄膜產(chǎn)生負(fù)載的波動，從而產(chǎn)生電信號。利用溫度參數(shù)，可以調(diào)節(jié)這一特殊“生物時鐘”的工作點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法，其特征在于，包括下列步驟 (1)在硅片上制備圖形化電極，并噴鍍金屬Zn； (2)在氧化環(huán)境中加熱樣品，制備出ZnO納米帶陣列,其中，ZnO納米帶陣列的圖形化面積根據(jù)所需要檢測細(xì)菌的種類而定； (3)在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍有機(jī)物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法，其特征在于，步驟I)中，噴鍍的金屬Zn厚度在IOO-IOOOnm之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法，其特征在于，步驟3)中，隨形噴鍍10 IOOOnm有機(jī)物薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法，其特征在于，步驟3)中的有機(jī)物薄膜為聚甲基丙烯酸甲酯或聚乙烯醇。
全文摘要
本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)信息檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種細(xì)菌分裂生物時鐘的制備方法，其特征在于，包括下列步驟在硅片上制備圖形化電極，并噴鍍金屬Zn；在氧化環(huán)境中加熱樣品，制備出ZnO納米帶陣列，其中，ZnO納米帶陣列的圖形化面積根據(jù)所需要檢測細(xì)菌的種類而定；在ZnO納米帶陣列上表面，隨形噴鍍有機(jī)物薄膜，組裝出高靈敏度的生物時鐘傳感器。本發(fā)明的方法可以制備出一種更加靈敏，尺寸更加精密的細(xì)菌分裂檢測工具細(xì)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(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者鄒強(qiáng), 秦月辰, 劉文濤, 朱哲, 傅星, 馬建國, 薛濤, 王慧, 帕提曼·托乎提 申請人:天津大學(xué)