组成图示
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传感器类型
综述或非传感器论文
检测对象
大肠杆菌K12（Escherichia coli K12）、金黄色葡萄球菌SH1000（Staphylococcus aureus SH1000）；样品基质：0.85%生理盐水（saline）/胰酪大豆胨肉汤（TSB）培养液
检测原理
本体系并非传统传感换能结构，而是基于单壁碳纳米管聚集体对细菌的物理吸附。大肠杆菌K12和金黄色葡萄球菌SH1000在0.85%生理盐水或胰酪大豆胨肉汤中分散后，与碳纳米管聚集体接触。碳纳米管具有极高长径比和纤维状可及表面，细菌通过非特异性表面接触、膜相互作用及聚集/定殖过程被截留。随时间推移，液相细菌浓度Ct下降，吸附量Mt按Mt=(C0-Ct)V/m增加。当Mt/Mmax大于70%时，用Ruthven大孔扩散模型拟合ln[1-(Mt/Mmax)]对时间的线性关系，由斜率-(π²De/Rp²)计算有效扩散系数De。信号读出为不同时间上清液稀释后在麦康凯琼脂或甘露醇盐琼脂上的菌落计数（CFU/mL），并以透射电镜和超薄切片观察结合形态。该过程无酶催化、HCR、RCA或CRISPR-Cas等放大。
检测灵敏度
未报告LOD、线性范围、灵敏度斜率或相关系数。
效应效果
实验在两种初始浓度下进行，大肠杆菌约4.5×10⁸ CFU/mL，金黄色葡萄球菌约4.4×10⁸ CFU/mL。金黄色葡萄球菌有效扩散系数为1.00×10⁻⁷至1.66×10⁻⁷ cm²/s，比大肠杆菌6.54×10⁻⁹至8.98×10⁻⁹ cm²/s高约两个数量级，说明吸附扩散动力学受菌种大小、形态和初始浓度影响。透射电镜显示大肠杆菌在碳纳米管周围聚集，细胞结构仍完整但活性可能下降；金黄色葡萄球菌聚集较弱。论文未报告选择性、抗干扰、稳定性、重现性RSD、实际样品回收率或与ELISA/HPLC/qPCR的定量对比。作者认为结果有利于水中微生物过滤及设计快速捕获检测生物威胁病原体的碳纳米管生物传感器。
传感器的构成
- 吸附材料：单壁碳纳米管聚集体（SWCNT aggregates），提供高长径比纤维表面并吸附细菌
- 目标菌1：大肠杆菌K12（E. coli K12），作为被吸附和扩散研究的细菌
- 目标菌2：金黄色葡萄球菌SH1000（S. aureus SH1000），作为被吸附和扩散研究的细菌
- 样品介质：0.85%生理盐水（saline）和胰酪大豆胨肉汤（TSB），用于细菌悬浮与培养
- 计数介质：麦康凯琼脂（McKonkey agar）和甘露醇盐琼脂（mannitol salt agar），用于选择性培养与菌落计数
- 表征手段：透射电镜（TEM）与超薄切片（ultramicrotomy），用于观察细菌与碳纳米管结合
中文摘要
本研究通过批次吸附实验，测定大肠杆菌K12（Escherichia coli K12）和金黄色葡萄球菌SH1000（Staphylococcus aureus SH1000）在单壁碳纳米管聚集体上的吸附动力学。实验在两种初始细菌浓度下进行，并采用选择性琼脂平板计数法测定不同时间上清液中的菌落形成单位（CFU/mL）。根据Ruthven大孔扩散模型，由吸附分数随时间的变化拟合得到有效扩散系数。结果显示，大肠杆菌在单壁碳纳米管聚集体中的扩散系数为6.54×10⁻⁹和8.98×10⁻⁹ cm²/s，金黄色葡萄球菌为1.00×10⁻⁷至1.66×10⁻⁷ cm²/s。金黄色葡萄球菌的扩散系数比大肠杆菌高约两个数量级，表明细菌扩散动力学既依赖初始浓度，也依赖菌种特性。透射电镜和超薄切片观察进一步揭示了细菌与碳纳米管的结合及聚集状态。作者认为，这些结果对利用碳纳米管富集和去除水中微生物，以及开发可快速捕获和检测生物威胁病原体的纳米管生物传感器具有参考价值。
英文摘要
Batch adsorption studies to determine adsorption kinetics of Escherichia coli (E.coli) K12 and Staphylococcus aureus (S.aureus) SH 1000 bacterial cells on single-walled carbon nanotube aggregates were performed at two different initial concentrations. The diffusivity of E. coli cells in single-walled carbon nanotube aggregates obtained was 6.54 x 10(-9) and 8.98 x 10(-9) cm(2)/s, whereas that of S. aureus was between 1.00 x 10(-7) and 1.66 x 10(-7) cm(2)/s respectively. In addition to batch adsorption studies, electron microscopy studies were also conducted. The results suggest that diffusion kinetics of bacterial cells is concentration dependent as well as bacteria dependent. Diffusivity of S. aureus is two orders of magnitude greater than E. coli cells. This proves to be beneficial from an adsorption perspective where it is desired to filter microorganisms (water pretreatment and wastewater post treatment) and from nanotube biosensor perspective where it is desired to simultaneously capture and detect biothreat agents in a shorter span of time.