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- “人菌大戰(zhàn)”又見分曉：新型光學(xué)傳感器助力人類抗菌工程
- 來(lái)源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2016/9/20
大腸埃希氏菌（E. coli），俗稱大腸桿菌，在1885年的首次發(fā)現(xiàn)之后一直被認(rèn)為是正常腸道菌群中非致病菌中的一員。直到20世紀(jì)中葉，大腸桿菌在人和動(dòng)物體內(nèi)的病原性才為人所知，原來(lái)它就是導(dǎo)致諸多嚴(yán)重腹瀉和敗血癥病例的罪魁禍?zhǔn)住?/p>
這種致命的細(xì)菌通常以潛伏在食物和飲用水中的方式傳播到人群中，老人和幼童尤其面臨被感染的風(fēng)險(xiǎn)。2011年春季，發(fā)生在德國(guó)的一場(chǎng)大腸桿菌爆發(fā)就導(dǎo)致數(shù)千人患病50余人死亡，足以證明其危害非同小可。
日前，科學(xué)家們?nèi)卵兄瞥隽艘环N可以快速有效的檢測(cè)大腸桿菌存在與否的傳感器，成功將漫長(zhǎng)的探測(cè)周期縮短到15-20分鐘，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法。
來(lái)自加拿大魁北克大學(xué)(Universityof Quebec)光子學(xué)研究中心（Photonics Research Centre）的研究團(tuán)隊(duì)在Wojtek J. Bock 教授的帶領(lǐng)下與印度理工學(xué)院（IndianInstitute of Technology）合作研制出了這款新型的傳感器，它能夠在較寬的溫域下快速高效的檢測(cè)出大腸桿菌的存在與否。參與此項(xiàng)研究的科學(xué)家們?cè)凇豆鈱W(xué)快報(bào)》（Optics Letters）中詳細(xì)描述了該傳感器的設(shè)計(jì)與制造。
“現(xiàn)行的測(cè)菌手段大多都基于樣本的擴(kuò)增，利用這一方法檢測(cè)細(xì)菌生長(zhǎng)所需的時(shí)間快則數(shù)小時(shí)慢則數(shù)日。因此，我們非常期待更快、更準(zhǔn)確的檢測(cè)方法來(lái)代替現(xiàn)今的技術(shù)，”印度理工學(xué)院的物理學(xué)家Saurabh Mani Tripathi 解釋說(shuō)。只有更快的監(jiān)測(cè)機(jī)制才能使更加及時(shí)的患者診療以及更加簡(jiǎn)單便捷的環(huán)境監(jiān)測(cè)成為可能。
新型傳感器主要利用了噬菌體（Bacteriophages），一種能自動(dòng)抓住并殺死細(xì)菌的病毒。這些噬菌體被固定在光學(xué)纖維的表面，目的在于捕獲樣品中的大腸桿菌并使其同樣附著在光纖上。
倘若這時(shí)一束光照向該表面，大腸桿菌的存在會(huì)導(dǎo)致光子波長(zhǎng)的變化，樣本細(xì)菌污染的報(bào)警信號(hào)就這樣被制造出來(lái)了。
光纖測(cè)菌在技術(shù)上的最大挑戰(zhàn)在于溫度的變化會(huì)影響材料的光學(xué)性質(zhì)。正因如此，光學(xué)傳感器一般都要在特定的溫度下工作，過(guò)熱或過(guò)冷的樣本都會(huì)導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)。Tripathi團(tuán)隊(duì)的設(shè)計(jì)卻成功攻克了這一難題，其秘訣在于額外添加可以抵消溫度變化影響的光學(xué)組件。
在20攝氏度或68華氏度的溫域內(nèi)，例如從室溫到40攝氏度或104華氏度的溫度變化，他們所設(shè)計(jì)的傳感器都可以正常運(yùn)行。良好的溫度不敏感性（TemperatureInsensitivity）為其創(chuàng)造了更加廣泛的室外應(yīng)用，其中包括蓄水池和水庫(kù)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
Tripathi也提到說(shuō)，食品工業(yè)以及病理實(shí)驗(yàn)室等也將是這一新型傳感器的潛在大客戶。進(jìn)一步完善過(guò)后，該設(shè)備也將可以利用不同的噬菌體來(lái)監(jiān)測(cè)其它種類的細(xì)菌。
此項(xiàng)目的科研團(tuán)隊(duì)當(dāng)前正在與加拿大的國(guó)際安全保護(hù)股份有限公司（Security and Protection International, Inc.）在產(chǎn)品商業(yè)化方面進(jìn)行合作。Bock表示，現(xiàn)階段還很難為他們?cè)O(shè)計(jì)的儀器定價(jià)，不過(guò)該團(tuán)隊(duì)希望能夠?yàn)槭袌?chǎng)提供便攜高效、價(jià)格不超過(guò)幾千美元的產(chǎn)品。
“病理細(xì)菌感染是導(dǎo)致死亡最主要的原因之一，因此只有“早發(fā)現(xiàn)”“早治療”才能幫助大家遠(yuǎn)離其危害，”Tripathi先生指出。“我們的傳感器可以快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)出來(lái)自不同環(huán)境的水樣本中是否存在大腸桿菌，這的確是令人振奮的進(jìn)步！”
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