新型氨氣傳感器檢測肺炎克雷伯菌的應(yīng)用

龍梅丹+周俊

摘要：提出了一種通過自行研制的聚苯胺/TiO2-PQC新型氨氣傳感器來實現(xiàn)迅速定量檢測肺炎克雷伯菌的方法。該方法是利用肺炎克雷伯菌在有尿素的存在下能夠產(chǎn)生大量的氨氣和二氧化碳，此時產(chǎn)生的氨氣能夠與自制的聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器反應(yīng)，并引起其表面電參數(shù)的變化，信號通過電腦輸出，從而達到檢測肺炎克雷伯菌的目的。經(jīng)過研究結(jié)果顯示，與SPQC相比新方法操作簡單，更加靈敏以及不需要特定的培養(yǎng)基等特性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)定量實時監(jiān)測肺炎克雷伯菌。

關(guān)鍵詞：聚苯胺/二氧化鈦；肺炎克雷伯菌；檢測；鑒定；SPQC

中圖分類號： R446.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）02（b）-0000-00

0前言

近年來屬于革蘭陰性菌敗血癥的肺炎克雷伯菌敗血癥發(fā)生率成上升趨勢，并且對抗菌藥物耐藥性也不斷攀升[1]，這樣就給臨床治療帶來非常大的困難。目前臨床上主要采用的是費用昂貴且操作復雜的表型確證試驗，雙紙片法，聚合酶鏈反應(yīng)（PCR），質(zhì)粒提取等技術(shù)[2]，這些技術(shù)的操作方法的復雜程度及費用的昂貴都局限其使用。因此提出肺炎克雷伯菌檢測方法是具有價格便宜，操作簡單且檢測速度快是非常具有意義的研究。

本文提出了一種新型串聯(lián)式壓電氨氣傳感器來實現(xiàn)實時快速檢測肺炎克雷伯菌，該傳感器是通過串聯(lián)修飾了聚苯胺/TiO2復合材料[3]的叉指電極與石英晶體所構(gòu)成的。該方法具有檢測速度快，操作簡單，在線監(jiān)測的特點，為臨床診斷致病菌肺炎克雷伯菌提供很好的檢測方法。

1 實驗部分

1.1 細菌和化學試劑

菌種：肺炎克雷伯菌（來自湖南省兒童醫(yī)院）

化學試劑：鈦酸四丁酯（天津市科密歐化學試劑有限公司，AR）；苯胺單體（AR）；鹽酸（AR）；過硫酸胺（AR）；無水乙醇（天津市大茂化學試劑廠，AR）；聚二烯丙基氯化銨（PDDA）（美國Aldrich公司，AR）；聚對苯乙烯磺酸鈉（PSS）（美國Aldrich公司，AR）；氨氣，二氧化碳，氮氣（均由大連海得氣體股份有限公司提供）

1.2培養(yǎng)基

用來儲藏菌種的培養(yǎng)基-營養(yǎng)肉湯NB：依次向錐形瓶中加入5.0 g氯化鈉，5.0g牛肉浸膏 ，10.0 g蛋白胨，1000 ml去離子水，通過高溫高壓鍋經(jīng)過121℃滅菌冷卻后，調(diào)溶液pH為7.4。

YC肉湯培養(yǎng)基[4]：依次向錐形瓶中加入1.0 g酵母浸膏，2.0 g牛肉浸膏，10.0 g葡萄糖，16.0 ml氨基酸以及用孔徑為0.2 μm的微孔濾膜過濾除菌后濃度為20 g/L的尿素，再加入去離子水1000 ml，通過高溫高壓鍋經(jīng)過121℃滅菌冷卻后，調(diào)溶液pH為7.4。

1.3 實驗裝置

實驗裝置[5]如圖1所示（1.恒溫水浴套 2.大檢測室 3.小檢測室 4.培養(yǎng)基5. 聚四氟乙烯膜（PTFE膜）6. 聚苯胺/TiO2電極 7. 氣體入口 8.氣體出口）。該裝置是由檢測單元，振蕩器，電腦以及頻率計數(shù)器組成。整個檢測單元的構(gòu)成步驟如下：首先把培養(yǎng)基和細菌放在大檢測室中，接著用孔徑為0.2μm的聚四氟乙烯（PTFE）膜密封小檢測池的底部，然后將其插入到培養(yǎng)基約0.5 cm深處，最后把檢測氨氣的探針—聚苯胺/TiO2電極放在小檢測室中（切忌該電極不要接觸到培養(yǎng)基液體）。

檢測整個流程如下：先后將培養(yǎng)基和細菌接種到大檢測室中，當在生長代謝過程中細菌會產(chǎn)生大量的氨氣，此時氨氣就會透過PTFE膜進入小檢測室隨即就會與電極上的聚苯胺/TiO2接觸發(fā)生反應(yīng)，引起電極表面電參數(shù)的變化，接著這種變化就會通過IC-TTC振蕩電路和石英晶體轉(zhuǎn)換為頻率的變化，同時電腦記錄數(shù)據(jù)。（整個實驗過程中，恒溫水浴套將裝置恒溫控制在37℃）

1.4 聚苯胺/二氧化鈦復合材料和聚苯胺材料的制備[6]

1.4.1 二氧化鈦溶膠的制備

A液：用移液管精確移取1.0ml鈦酸四丁酯溶液并緩慢價加入到無水乙醇中，同時不斷攪拌，大約攪拌15min后靜置放置，備用。

B液：用移液管分別移取7.5 ml無水乙醇，2.5 ml HNO3到燒杯中，大約攪拌15min后靜置放置，備用。

二氧化鈦溶膠（AB混合液）：接著把B液緩慢的滴加到A液中，并用磁力攪拌器連續(xù)攪拌4 h，隨后放置24 h，備用。

1.4.2 聚苯胺的合成

在室溫條件下，首先將20 ml 2 mol/L的鹽酸溶液加入到燒杯中，然后向其中逐滴的加入0.45 ml的苯胺單體并不斷的攪拌，當混合均勻后向該溶液中再逐滴緩慢的滴加10.0 ml的過硫酸胺HCl溶液，當觀察到溶液的顏色變?yōu)樗{黑色時則表示聚苯胺材料已經(jīng)合成完成了。

1.4.3 聚苯胺/二氧化鈦復合材料的合成

0.1 wt%的TiO2溶膠的制備：在室溫條件下，移區(qū)體積為1.0 ml自制的TiO2溶膠加入到9.0 ml蒸餾水中然后經(jīng)過超聲15min，冷卻靜置備用。

首先將20 ml 20 mol/L的HCl溶液加入到燒杯中，然后依次向其中加入把自制的0.1 wt%的TiO2溶膠，0.45 ml苯胺單體，然后不斷攪拌，最后將10 ml過硫酸胺HCl溶液緩慢滴加到混合溶液中，當觀察到溶液顏色變?yōu)樗{黑色時則表示聚苯胺/二氧化鈦復合材料合成完成。

1.4.4 復合薄膜敏感電極的制備

1.4.4.1 叉指電極的清洗

依次把叉指電極放在0.5 mol/L H2SO4溶液，二次蒸餾水，無水乙醇中超聲清洗5 min，然后用氮氣吹干備用。

1.4.4.2 自組裝氣敏薄膜

依次將清洗干凈的叉指電極浸入到1.0 wt%PDDA水溶液中保持15 min，取出用去離子水沖洗，用氮氣吹干，再將該電極浸入到2 mg/ml PSS溶液中15 min，取出用去離子水沖洗并吹干，備用。復合薄膜的自組裝示意圖如圖2所示。endprint

1.5實驗過程

在無菌操作臺中，分別依次向兩個大檢測池中加入3.0 mlYC肉湯培養(yǎng)基，0.5 ml 20.0 g/L尿素和0.5 ml檢測菌，然后在小檢測池中插入探頭PANI和PANI/TiO2，接著把該小檢測池固定在大檢測池中。在整個實驗過程中MSPQC系統(tǒng)自動實時的記錄這細菌的每個生長代謝過程，并通過自帶軟件得到頻移-時間的響應(yīng)曲線（ ），從而實現(xiàn)實時監(jiān)測細菌的生長過程。

2結(jié)果與討論

2.1 實驗原理

在有尿素的培養(yǎng)基中，肺炎克雷伯菌在生長代謝過程中能產(chǎn)生大量的氨氣和二氧化碳，如下式子所示：

（1.0）

而當自制的PANI/TiO2-PQC氨氣傳感器接觸到肺炎克雷伯菌代謝過程中釋放出來的氨氣時會引起電極表面電參數(shù)的變化如圖3所示，這種變化通過石英晶體和IC-TTC振蕩電路轉(zhuǎn)換為頻率的變化，從而可以實現(xiàn)迅速檢測細菌的目的。

2.2 聚苯胺/TiO2-PQC氨氣檢測過程中二氧化碳的影響

由于在整個檢測過程中，檢測室既有中肺炎克雷伯菌產(chǎn)生的氨氣也有二氧化碳，因此討論二氧化碳對檢測的影響是很有必要。二氧化碳和氨氣的對比響應(yīng)曲線如圖4所示。從下圖我們可以看出，聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器對同一濃度的氨氣和二氧化碳的響應(yīng)頻移氨氣的遠遠大于二氧化碳的，所以得出由肺炎克雷伯菌在代謝過程中產(chǎn)生的二氧化碳對其檢測沒有影響的結(jié)論。

2.3 PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的響應(yīng)曲線

圖5是PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的典型響應(yīng)曲線。

從圖上所知，整條曲線分成三段。第一段（cd段）：曲線比較平穩(wěn)，是由于細菌剛剛處于復蘇期生長代謝緩慢，從而釋放的NH3微乎其微，導致頻率沒有變化。第二段（de段）：該段頻率開始變化較快被稱為激活階段。是由于細菌經(jīng)過cd段的復蘇后進入到了迅速生長期，因此在該階段細菌不斷分解培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，釋放出大量的NH3，導致頻移發(fā)生巨大變化。第三段（ef段）：曲線又開始變?yōu)槠椒€(wěn)。是由于在該階段細菌逐漸停止生長因而放出的NH3也減少，膜的電參數(shù)變化較小，所以頻率也無明顯變化。

2.4 PANI/TiO2-PQC傳感器檢測不同濃度肺炎克雷伯菌

何鳳姣等[7，8，9]總結(jié)出FDT值與細菌的初始濃度值關(guān)系如下式，其中（FDT是指頻移出現(xiàn)突變的點）：

（2）

A、B是常數(shù)，微生物的初始量可通過MSPQC[10]的頻率曲線計算出。細菌開始數(shù)目大，細菌生長的就快，F(xiàn)DT就短。

圖6A表示的是聚苯胺/TiO2-PQC傳感器對不同濃度肺炎克雷伯菌的頻移響應(yīng)曲線。而圖6B則表示的是不同濃度肺炎克雷伯菌的濃度值的對數(shù)與FDT之間的線性關(guān)系。從圖6A可以看出細菌初始濃度越高，則FDT越短。從圖6B可以看出肺炎克雷伯菌濃度的對數(shù)與FDT之間存在線性關(guān)系方程為 （R2=0.99078），那么通過該線性方程式我們就可以實現(xiàn)定量檢測肺炎克雷伯菌。

2.5檢測培養(yǎng)基對PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的影響

本實驗是通過對比SPQC[11，12]和PANI/TiO2氨氣傳感器在加有尿素的營養(yǎng)肉湯（NB）和YC肉湯的培養(yǎng)基來檢測肺炎克雷伯菌的情況。實驗結(jié)果如圖3.5所示，兩種培養(yǎng)基檢測的結(jié)果顯示表明新方法的靈敏度大于SPQC法，并且SPQC法只能用于YC肉湯培養(yǎng)基，而新方法既能用于NB培養(yǎng)基也能用于YC培養(yǎng)基。另外，從圖7中還可以發(fā)現(xiàn)用營養(yǎng)肉湯和YC肉湯這兩種培養(yǎng)基檢測肺炎克雷伯菌的FDT明顯比用YC肉湯要小。所以，新方法與SPQC法相比，靈敏度高，并且對培養(yǎng)基沒有限制，而且可以實現(xiàn)更快的檢測細菌。

3 小結(jié)

本文利用導電聚合物聚苯胺-TiO2復合材料對氨氣的特異性響應(yīng)，結(jié)合了串聯(lián)式壓電傳感器對電導頻率的響應(yīng)原理，自行研制了新型聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器實現(xiàn)了實時快速檢測肺炎克雷伯菌的研究應(yīng)用。通過依次討論了聚苯胺/TiO2氨氣傳感器對肺炎克雷伯菌的響應(yīng)曲線分析，二氧化碳影響情況分析，不同濃度肺炎克雷伯菌的檢測分析以及不同培養(yǎng)基對該傳感器在檢測肺炎克雷伯菌中影響的研究。研究結(jié)果表明，與SPQC相比，聚苯胺/TiO2氨氣傳感器的方法更加靈敏，不需要專門的培養(yǎng)基，而且可以更加快的檢測細菌，并且對肺炎克雷伯菌的檢測范圍能實現(xiàn)在3.3×10-3.3×107cfu/m，實現(xiàn)定量分析。

綜上所析，可以預測聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器在臨床病菌的檢測上能夠得到很好的應(yīng)用。

參考文獻

[1] 李娟，王曉輝，呂曉菊. 成人肺炎克雷伯菌敗血癥53例臨床分析. 中國抗生素雜志，2008，8.

[2] 汪玥，孫自鏞，陳中舉，王斌，田磊.碳青霉烯類耐藥的腸桿菌科細菌耐藥機制研究.中華檢驗醫(yī)學雜志2012年4月第35卷第4期.（339-344）

[3] 太惠玲，謝光忠.聚苯胺二氧化鈦復合薄膜的制備及其氣敏性能.物理化學學報，2007，23（6）：883-888

[4] 林麗.多通道串聯(lián)式壓電傳感器在微生物檢出鑒定中的應(yīng)用研究：[湖南大學碩士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2010，30-31

[5] 任佳麗.新型壓電微生物傳感儀及其在臨床分析中的應(yīng)用研究：[湖南大學博士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2009，4-91

[6] 蘇碧桃，敏世雄，余世雄，等.導電聚苯胺/TiO2復合納米纖維的制備和表征.西北師范大學學報（自然科學版），2006，142（14）：67-70

[7] 張玲玲.新型壓電氣體傳感器在微生物檢測方面的應(yīng)用研究：[湖南大學碩士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2007，2-43

[8] 涂金榮.串聯(lián)式壓電傳感器在細菌及病毒檢測中的應(yīng)用研究：[湖南大學碩士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2010，4-36

[9] He F J， Geng Q， Zhu W， et al. Rapid detection of Escherichia Colform using a separated electrode piezoelectric crystal sensor. Analytica Chimica Acta， 1994， 289（3）： 313-321

[10] Zhang J Z， Wei W Z. Monitoring of mutagenic process with piezoelectric quartz crystal impedance analysis. Talanta， 2000， 55（3）： 525-533

[11] Zhang J Z， Xie Y T， Wei W Z. A series of piezoelectric quartz crystal microbial sensing technique used for biochemical oxygen demand assay in environmental monitoring. Microchemical Journal， 1999， 63（3）： 405-412

[12] Zhang J， Bao L L， Lan W， et al. A novel method for mutagenicity test of carcinogen by using a series piezoelectric quartz crystal bacterial growth sensor. Analytical Letter， 1999， 32（14）： 2775-2787endprint

1.5實驗過程

在無菌操作臺中，分別依次向兩個大檢測池中加入3.0 mlYC肉湯培養(yǎng)基，0.5 ml 20.0 g/L尿素和0.5 ml檢測菌，然后在小檢測池中插入探頭PANI和PANI/TiO2，接著把該小檢測池固定在大檢測池中。在整個實驗過程中MSPQC系統(tǒng)自動實時的記錄這細菌的每個生長代謝過程，并通過自帶軟件得到頻移-時間的響應(yīng)曲線（ ），從而實現(xiàn)實時監(jiān)測細菌的生長過程。

2結(jié)果與討論

2.1 實驗原理

在有尿素的培養(yǎng)基中，肺炎克雷伯菌在生長代謝過程中能產(chǎn)生大量的氨氣和二氧化碳，如下式子所示：

（1.0）

而當自制的PANI/TiO2-PQC氨氣傳感器接觸到肺炎克雷伯菌代謝過程中釋放出來的氨氣時會引起電極表面電參數(shù)的變化如圖3所示，這種變化通過石英晶體和IC-TTC振蕩電路轉(zhuǎn)換為頻率的變化，從而可以實現(xiàn)迅速檢測細菌的目的。

2.2 聚苯胺/TiO2-PQC氨氣檢測過程中二氧化碳的影響

由于在整個檢測過程中，檢測室既有中肺炎克雷伯菌產(chǎn)生的氨氣也有二氧化碳，因此討論二氧化碳對檢測的影響是很有必要。二氧化碳和氨氣的對比響應(yīng)曲線如圖4所示。從下圖我們可以看出，聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器對同一濃度的氨氣和二氧化碳的響應(yīng)頻移氨氣的遠遠大于二氧化碳的，所以得出由肺炎克雷伯菌在代謝過程中產(chǎn)生的二氧化碳對其檢測沒有影響的結(jié)論。

2.3 PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的響應(yīng)曲線

圖5是PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的典型響應(yīng)曲線。

從圖上所知，整條曲線分成三段。第一段（cd段）：曲線比較平穩(wěn)，是由于細菌剛剛處于復蘇期生長代謝緩慢，從而釋放的NH3微乎其微，導致頻率沒有變化。第二段（de段）：該段頻率開始變化較快被稱為激活階段。是由于細菌經(jīng)過cd段的復蘇后進入到了迅速生長期，因此在該階段細菌不斷分解培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，釋放出大量的NH3，導致頻移發(fā)生巨大變化。第三段（ef段）：曲線又開始變?yōu)槠椒€(wěn)。是由于在該階段細菌逐漸停止生長因而放出的NH3也減少，膜的電參數(shù)變化較小，所以頻率也無明顯變化。

2.4 PANI/TiO2-PQC傳感器檢測不同濃度肺炎克雷伯菌

何鳳姣等[7，8，9]總結(jié)出FDT值與細菌的初始濃度值關(guān)系如下式，其中（FDT是指頻移出現(xiàn)突變的點）：

（2）

A、B是常數(shù)，微生物的初始量可通過MSPQC[10]的頻率曲線計算出。細菌開始數(shù)目大，細菌生長的就快，F(xiàn)DT就短。

圖6A表示的是聚苯胺/TiO2-PQC傳感器對不同濃度肺炎克雷伯菌的頻移響應(yīng)曲線。而圖6B則表示的是不同濃度肺炎克雷伯菌的濃度值的對數(shù)與FDT之間的線性關(guān)系。從圖6A可以看出細菌初始濃度越高，則FDT越短。從圖6B可以看出肺炎克雷伯菌濃度的對數(shù)與FDT之間存在線性關(guān)系方程為 （R2=0.99078），那么通過該線性方程式我們就可以實現(xiàn)定量檢測肺炎克雷伯菌。

2.5檢測培養(yǎng)基對PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的影響

本實驗是通過對比SPQC[11，12]和PANI/TiO2氨氣傳感器在加有尿素的營養(yǎng)肉湯（NB）和YC肉湯的培養(yǎng)基來檢測肺炎克雷伯菌的情況。實驗結(jié)果如圖3.5所示，兩種培養(yǎng)基檢測的結(jié)果顯示表明新方法的靈敏度大于SPQC法，并且SPQC法只能用于YC肉湯培養(yǎng)基，而新方法既能用于NB培養(yǎng)基也能用于YC培養(yǎng)基。另外，從圖7中還可以發(fā)現(xiàn)用營養(yǎng)肉湯和YC肉湯這兩種培養(yǎng)基檢測肺炎克雷伯菌的FDT明顯比用YC肉湯要小。所以，新方法與SPQC法相比，靈敏度高，并且對培養(yǎng)基沒有限制，而且可以實現(xiàn)更快的檢測細菌。

3 小結(jié)

本文利用導電聚合物聚苯胺-TiO2復合材料對氨氣的特異性響應(yīng)，結(jié)合了串聯(lián)式壓電傳感器對電導頻率的響應(yīng)原理，自行研制了新型聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器實現(xiàn)了實時快速檢測肺炎克雷伯菌的研究應(yīng)用。通過依次討論了聚苯胺/TiO2氨氣傳感器對肺炎克雷伯菌的響應(yīng)曲線分析，二氧化碳影響情況分析，不同濃度肺炎克雷伯菌的檢測分析以及不同培養(yǎng)基對該傳感器在檢測肺炎克雷伯菌中影響的研究。研究結(jié)果表明，與SPQC相比，聚苯胺/TiO2氨氣傳感器的方法更加靈敏，不需要專門的培養(yǎng)基，而且可以更加快的檢測細菌，并且對肺炎克雷伯菌的檢測范圍能實現(xiàn)在3.3×10-3.3×107cfu/m，實現(xiàn)定量分析。

綜上所析，可以預測聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器在臨床病菌的檢測上能夠得到很好的應(yīng)用。

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[4] 林麗.多通道串聯(lián)式壓電傳感器在微生物檢出鑒定中的應(yīng)用研究：[湖南大學碩士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2010，30-31

[5] 任佳麗.新型壓電微生物傳感儀及其在臨床分析中的應(yīng)用研究：[湖南大學博士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2009，4-91

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[8] 涂金榮.串聯(lián)式壓電傳感器在細菌及病毒檢測中的應(yīng)用研究：[湖南大學碩士學位論文].長沙：湖南大學化學化工學院，2010，4-36

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[12] Zhang J， Bao L L， Lan W， et al. A novel method for mutagenicity test of carcinogen by using a series piezoelectric quartz crystal bacterial growth sensor. Analytical Letter， 1999， 32（14）： 2775-2787endprint

1.5實驗過程

在無菌操作臺中，分別依次向兩個大檢測池中加入3.0 mlYC肉湯培養(yǎng)基，0.5 ml 20.0 g/L尿素和0.5 ml檢測菌，然后在小檢測池中插入探頭PANI和PANI/TiO2，接著把該小檢測池固定在大檢測池中。在整個實驗過程中MSPQC系統(tǒng)自動實時的記錄這細菌的每個生長代謝過程，并通過自帶軟件得到頻移-時間的響應(yīng)曲線（ ），從而實現(xiàn)實時監(jiān)測細菌的生長過程。

2結(jié)果與討論

2.1 實驗原理

在有尿素的培養(yǎng)基中，肺炎克雷伯菌在生長代謝過程中能產(chǎn)生大量的氨氣和二氧化碳，如下式子所示：

（1.0）

而當自制的PANI/TiO2-PQC氨氣傳感器接觸到肺炎克雷伯菌代謝過程中釋放出來的氨氣時會引起電極表面電參數(shù)的變化如圖3所示，這種變化通過石英晶體和IC-TTC振蕩電路轉(zhuǎn)換為頻率的變化，從而可以實現(xiàn)迅速檢測細菌的目的。

2.2 聚苯胺/TiO2-PQC氨氣檢測過程中二氧化碳的影響

由于在整個檢測過程中，檢測室既有中肺炎克雷伯菌產(chǎn)生的氨氣也有二氧化碳，因此討論二氧化碳對檢測的影響是很有必要。二氧化碳和氨氣的對比響應(yīng)曲線如圖4所示。從下圖我們可以看出，聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器對同一濃度的氨氣和二氧化碳的響應(yīng)頻移氨氣的遠遠大于二氧化碳的，所以得出由肺炎克雷伯菌在代謝過程中產(chǎn)生的二氧化碳對其檢測沒有影響的結(jié)論。

2.3 PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的響應(yīng)曲線

圖5是PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的典型響應(yīng)曲線。

從圖上所知，整條曲線分成三段。第一段（cd段）：曲線比較平穩(wěn)，是由于細菌剛剛處于復蘇期生長代謝緩慢，從而釋放的NH3微乎其微，導致頻率沒有變化。第二段（de段）：該段頻率開始變化較快被稱為激活階段。是由于細菌經(jīng)過cd段的復蘇后進入到了迅速生長期，因此在該階段細菌不斷分解培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，釋放出大量的NH3，導致頻移發(fā)生巨大變化。第三段（ef段）：曲線又開始變?yōu)槠椒€(wěn)。是由于在該階段細菌逐漸停止生長因而放出的NH3也減少，膜的電參數(shù)變化較小，所以頻率也無明顯變化。

2.4 PANI/TiO2-PQC傳感器檢測不同濃度肺炎克雷伯菌

何鳳姣等[7，8，9]總結(jié)出FDT值與細菌的初始濃度值關(guān)系如下式，其中（FDT是指頻移出現(xiàn)突變的點）：

（2）

A、B是常數(shù)，微生物的初始量可通過MSPQC[10]的頻率曲線計算出。細菌開始數(shù)目大，細菌生長的就快，F(xiàn)DT就短。

圖6A表示的是聚苯胺/TiO2-PQC傳感器對不同濃度肺炎克雷伯菌的頻移響應(yīng)曲線。而圖6B則表示的是不同濃度肺炎克雷伯菌的濃度值的對數(shù)與FDT之間的線性關(guān)系。從圖6A可以看出細菌初始濃度越高，則FDT越短。從圖6B可以看出肺炎克雷伯菌濃度的對數(shù)與FDT之間存在線性關(guān)系方程為 （R2=0.99078），那么通過該線性方程式我們就可以實現(xiàn)定量檢測肺炎克雷伯菌。

2.5檢測培養(yǎng)基對PANI/TiO2修飾電極檢測肺炎克雷伯菌的影響

本實驗是通過對比SPQC[11，12]和PANI/TiO2氨氣傳感器在加有尿素的營養(yǎng)肉湯（NB）和YC肉湯的培養(yǎng)基來檢測肺炎克雷伯菌的情況。實驗結(jié)果如圖3.5所示，兩種培養(yǎng)基檢測的結(jié)果顯示表明新方法的靈敏度大于SPQC法，并且SPQC法只能用于YC肉湯培養(yǎng)基，而新方法既能用于NB培養(yǎng)基也能用于YC培養(yǎng)基。另外，從圖7中還可以發(fā)現(xiàn)用營養(yǎng)肉湯和YC肉湯這兩種培養(yǎng)基檢測肺炎克雷伯菌的FDT明顯比用YC肉湯要小。所以，新方法與SPQC法相比，靈敏度高，并且對培養(yǎng)基沒有限制，而且可以實現(xiàn)更快的檢測細菌。

3 小結(jié)

本文利用導電聚合物聚苯胺-TiO2復合材料對氨氣的特異性響應(yīng)，結(jié)合了串聯(lián)式壓電傳感器對電導頻率的響應(yīng)原理，自行研制了新型聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器實現(xiàn)了實時快速檢測肺炎克雷伯菌的研究應(yīng)用。通過依次討論了聚苯胺/TiO2氨氣傳感器對肺炎克雷伯菌的響應(yīng)曲線分析，二氧化碳影響情況分析，不同濃度肺炎克雷伯菌的檢測分析以及不同培養(yǎng)基對該傳感器在檢測肺炎克雷伯菌中影響的研究。研究結(jié)果表明，與SPQC相比，聚苯胺/TiO2氨氣傳感器的方法更加靈敏，不需要專門的培養(yǎng)基，而且可以更加快的檢測細菌，并且對肺炎克雷伯菌的檢測范圍能實現(xiàn)在3.3×10-3.3×107cfu/m，實現(xiàn)定量分析。

綜上所析，可以預測聚苯胺/TiO2-PQC氨氣傳感器在臨床病菌的檢測上能夠得到很好的應(yīng)用。

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