一种用于现场检测尿液中细菌的尿检平台及其使用方法技术

本发明专利技术涉及一种用于现场检测尿液中细菌的尿检平台及其使用方法。首先将发光元件、分离元件与尿液标本混合，修饰了细菌抗体的发光元件、分离元件通过靶向识别作用结合到细菌表面，接着将细菌从尿液标本中磁分离出来并滴在生物芯片上，用激发单元照射生物芯片使其发出肉眼可见的光，拍摄单元记录后交由图像处理单元分析处理，最终得到检测结果。与现有各种尿检方法相比，本发明专利技术无需昂贵的设备、无需专业操作就能实现尿液中细菌含量的定量检测。整套系统体积非常小、携带轻便，可用于家庭、户外等多种应用场景，具有操作简单、检测速度快、耗时短、灵敏度高等优点。此外该尿检平台还能与智能手机、智能手表等配合，为患者提供数字化的诊断信息。诊断信息。

【技术实现步骤摘要】
一种用于现场检测尿液中细菌的尿检平台及其使用方法


[0001]本专利技术涉及生物检测及医疗器械
，具体涉及一种用于现场检测尿液中细菌的尿检平台及其使用方法。

技术介绍

[0002]尿路感染是由病原性细菌入侵尿道并在尿道中定植引起的炎症，是最常见的感染之一。尿路感染复发率高，容易诱发肾盂肾炎、脓毒症、肾损害等严重疾病甚至是死亡，威胁着全球超过1.5亿患者的生命健康。细菌尿是尿路感染的典型临床表现，因此定期检测尿液中是否存在细菌，对于及早发现患者病灶、减轻并发危害非常重要。
[0003]目前检测尿路感染患者尿液中细菌的方法主要有尿培养、尿革兰氏染色、尿沉渣定量分析，各个方法的具体操作过程如下：
[0004]1)尿培养：采集患者的中段尿液标本并即刻送检，将标本摇匀后用接种环沾取微量标本，以划十字的方式将标本涂布在血琼脂平板上，37℃条件下培养后进行菌落计数。除接种至血平板进行定量外，该方法还需分区划线接种至麦康凯或中国蓝琼脂平板进行菌株筛查。
[0005]2)尿革兰氏染色：取少量尿液标本涂片固定，用草酸铵结晶紫染色后再用碘液媒染，接着用酒精脱色，再用复染剂染色，用蒸馏水冲洗后干燥，最后镜检观察是否有细菌。
[0006]3)尿沉渣自动分析：将尿液标本离心去除上清液，使用全自动尿液分析仪进行检测。细菌菌体被荧光染料着色后经氩激光照射激发，发出荧光及散射光，收集光信号并转换为电信号，将电信号输入计算机处理得出结果，系统报告尿液中存在的细菌数。
[0007]上述方法都需要专业的检测设备及实验人员支持，应用场景被严重局限于医院及实验室中。对于需要频繁检查的尿路感染患者，定期前往医院尿检极大的增加了经济和时间成本，因此这些方法不是定期检测尿液中细菌的最佳选择。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种用于现场检测尿液中细菌的尿检平台，该平台包括前处理单元、激发单元、拍摄单元和图像处理单元；待检测尿液经前处理单元处理后，被激发单元激发，由拍摄单元采集成照片后输入图像处理单元分析处理，最后得到检测结果。
[0009]进一步的，所述前处理单元包括发光元件、分离元件、生物芯片；前处理操作包括将发光元件、分离元件与待检测尿液样品混合，接着分离出固体并重悬，最后将重悬液滴加在生物芯片上。
[0010]进一步的，所述发光元件选自长余辉材料或上转换材料，所述分离元件选自磁性材料，所述生物芯片具体为光子晶体生物芯片。
[0011]更进一步的，所述发光元件具体为抗体改性的Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒，所述分离元件具体为抗体改性的四氧化三铁磁性纳米颗粒。
[0012]进一步的，所述抗体改性的Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒的制备方法如下：a1)首先将GeO2溶于强碱溶液(如NaOH水溶液)中，得到Na2GeO3溶液；然后按照锌：镓：锰＝400:2:1的摩尔比，将可溶性锌盐、可溶性镓盐、可溶性锰盐与水混合，再加入少量酸试剂(如硝酸)，所得混合液与Na2GeO3溶液按照Ga:Ge＝1:1的摩尔比混合，用碱试剂(如质量分数为28％的氨水)调节混合液的pH至碱性(9.5左右)，20
‑
30℃下搅拌反应一段时间(约1h)，接着将混合物转移至反应釜中于200
‑
300℃下继续反应一段时间(约6h)，最后固液分离、洗涤得到Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒；
[0013]a2)将Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒超声分散在有机溶剂(如DMF)中，再滴加一定量硅烷偶联剂(如APTES)并升温至70
‑
100℃充分反应，固液分离所得固体重悬于有机溶剂中，向重悬液中加入一定量琥珀酸酐、DMAP后升温至20
‑
30℃充分反应，固液分离、洗涤得到中间产物，其中Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒、硅烷偶联剂、琥珀酸酐、DMAP的用量比为100g:300
‑
500mL:150
‑
200g:15
‑
30g；
[0014]a3)将a2)制得的中间产物分散在含EDC的PBS缓冲液中，接着加入含NHS的PBS缓冲液，所得混合液置于35
‑
38℃充分反应；固液分离后用PBS缓冲液将固体产物洗净后再次分散在PBS缓冲液中，按照中间产物：抗体＝100g:8
‑
10nmol的比例向悬浮液中加入抗体，所得混合物置于25
‑
30℃摇动孵育过夜，固液分离所得固体经洗涤、PBS
‑
BSA溶液(2wt％)再分散后，置于35
‑
38℃封闭一段时间后保存在低温下即可。
[0015]进一步的，抗体改性的四氧化三铁磁性纳米颗粒的制备方法如下：将羧基化四氧化三铁磁性纳米颗粒分散在含EDC的PBS缓冲液中，再加入一定量含NHS的PBS缓冲液，所得混合液置于35
‑
38℃充分反应，固液分离后用PBS缓冲液将固体产物洗净后再次分散在PBS缓冲液中，按照羧基化四氧化三铁磁性纳米颗粒：抗体＝100g:8
‑
10nmol的比例向悬浮液中加入抗体，所得混合物置于25
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30℃摇动孵育过夜，固液分离所得固体经洗涤、PBS
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BSA溶液(2wt％)再分散后，置于35
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38℃封闭一段时间后保存在低温下即可。
[0016]更进一步的，所述抗体具体为靶向尿液感染中常见的致病菌(如大肠杆菌、金葡萄球菌等其中的至少一种)的动物多克隆抗体，该抗体制备方法如下：将致病菌接种到实验动物(如新西兰兔等)体内，待其免疫后收集血清进行分离纯化即可。
[0017]进一步的，所述光子晶体生物芯片的制备方法如下：将液体硅橡胶混合均匀后除泡，接着旋涂于干净的盖玻片上，烘干得到透明且疏水的基材；将聚苯乙烯微球悬浮液垂直滴于40
‑
60℃的基材上，待溶剂蒸发后聚苯乙烯微球在基底上组装成光子晶体生物芯片。
[0018]进一步的，所述激发单元具体为紫外光源，所述拍摄单元具体为照相机，所述图像处理单元具体为手持终端或远程计算机，其中拍摄单元和图像处理单元可以集成在一部智能手机或平板电脑中，也可以设计成两个不同的设备并通过远程无线通信(如5G或4G)交换数据。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种上述尿检平台的使用方法，主要包括以下步骤：首先将发光元件、分离元件加入到待测尿液样本中，所得混合物置于35
‑
38℃进行孵育；磁分离后用PBS
‑
BSA溶液反复洗涤固体产物，接着将其重悬于PBS缓冲液中；将重悬液滴加到生物芯片表面，利用激发单元照射生物芯片，同时用拍摄单元对生物芯片上的样本进行拍照，照片传输给图像处理单元进行处理，得到待检测尿液样本中的细菌含量。
[0020]本专利技术的原理为：在发光元件、分离元件与尿液标本混合过程中，修饰了细菌抗体
的发光元件以及分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于现场检测尿液中细菌的尿检平台，其特征在于：该平台包括前处理单元、激发单元、拍摄单元和图像处理单元；待检测尿液经前处理单元处理后，被激发单元激发，由拍摄单元采集成照片后输入图像处理单元进行分析处理，最后得到检测结果。2.如权利要求1所述的尿检平台，其特征在于：所述前处理单元包括发光元件、分离元件、生物芯片；前处理操作包括将发光元件、分离元件与待检测尿液样品混合，接着分离出固体并重悬，最后将重悬液滴加在生物芯片上。3.如权利要求2所述的尿检平台，其特征在于：所述发光元件选自长余辉材料或上转换材料，所述分离元件选自磁性材料，所述生物芯片具体为光子晶体生物芯片。4.如权利要求2或3所述的尿检平台，其特征在于：所述发光元件为抗体改性的Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒，所述分离元件为抗体改性的四氧化三铁磁性纳米颗粒。5.如权利要求4所述的尿检平台，其特征在于：所述抗体改性的Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒的制备方法如下：a1)首先将GeO2溶于强碱溶液中，得到Na2GeO3溶液；然后按照锌：镓：锰＝400:2:1的摩尔比，将可溶性锌盐、可溶性镓盐、可溶性锰盐与水混合，再加入少量酸试剂，所得混合液与Na2GeO3溶液按照Ga:Ge＝1:1的摩尔比混合，调节混合液的pH至碱性，20
‑
30℃下搅拌反应，接着将混合物转移至反应釜中于200
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300℃下继续反应，最后固液分离、洗涤得到Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒；a2)将Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒超声分散在有机溶剂中，再滴加一定量硅烷偶联剂并升温至70
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100℃充分反应，固液分离所得固体重悬于有机溶剂中，向重悬液中加入一定量琥珀酸酐、DMAP后升温至20
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30℃充分反应，固液分离、洗涤得到中间产物；其中Zn2GeO4:Mn长余辉纳米棒、硅烷偶联剂、琥珀酸酐、DMAP的用量比为100g:300
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500mL:150
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200g:15
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30g；a3)将a2)制得的中间产物分散在含EDC的PBS缓冲液中，接着加入含NHS的PBS缓冲液，所得混合液置于35
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38℃充分反应；固液分离后用PBS缓冲液将固体产物洗净后再次分散在PBS缓冲液中，按照中间产物：抗体＝100g:8
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【专利技术属性】
技术研发人员：袁荃，刘浩然，李志豪，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：