病原体传感器的制作方法

专利名称：病原体传感器的制作方法
病原体传感器本发明涉及一种病原体传感器。病原体是引起感染或疾病的媒介，尤其为微生物如细菌、原生动物、病毒以及真菌。植物病理学(Phytopathology)或植物病理学(plant pathology)涉及由感染媒介弓I起的植物疾病或侵袭植物和环境条件的疾病的诊断和管理。在植物中弓I起疾病的生物体包括例如:真菌(包括霉菌和酵母)、病毒、卵菌、细菌、类病毒、植原体、原生动物、线虫以及寄生植物。在耕作中，常规的是通过作物的肉眼检查来监测作物的健康。作物上的病原体的生长可以经由此肉眼检查来鉴别，于是一种适合的试剂如杀真菌剂可以施用至作物。除了作物的肉眼检查以外，农民可以考虑环境条件，如天气(包括预测的未来环境条件)。虽然此方法在一些情况下可以起作用，但希望的是提供能够指示病原体在作物中生长或可能正在生长的装置。根据本发明的第一方面，提供一种病原体传感器，该病原体传感器包含病原体可在其上和/或在其中生长的一种生长培养基，该生长培养基被提供有促进该病原体的生长的多种营养物，其中该病原体传感器进一步包括一个电子检测装置，该电子检测装置被配置成检测由病原体介导的一个事件。由病原体介导的该事件可以是一种化学或生物剂的产生。该化学或生物剂可为以下之一:有机酸、核酸、蛋白质、酶、毒素、激素、代谢物、肽、碳水化合物或脂质。有待检测的化学剂可为草酸。草酸是具有化学式H2C2O4的一种有机化合物。此无色的固体是一种二羧酸并且比乙酸强约3，000倍。草酸是一种还原剂并且它的被称为草酸盐(C2O42O的共轭碱是金属阳离子的螯合剂。典型地，草酸作为具有化学式C2O4H2.2H20的二水合物出现。草酸和其衍生物如草酸盐存在于许多植物中。因此，草酸和其盐或衍生物是用于在本发明的病原体传感器中检测的适合候选物。电子检测装置可以被配置成检测生长培养基中的一种电化学变化。电子检测装置可以包含与该化学或生物剂相互作用的一种酶，该相互作用导致一个电子可检测信号。相互作用可以产生一种电活性种类或导致一种电活性种类。电子检测装置可以进一步包括一个电极，该电极被配置成检测该电活性种类的存在。电极可能已经由一种生化和/或化学识别要素来修饰。这种修饰可以例如包括将能够增强或改变电极的电化学应答的一种酶、抗体、DNA或化学种类并入到电极之中。该酶可以位于一种生物相容性聚合物之中。该生物相容性聚合物可以是一种亲水性聚合物，或可以由亲水性单体形成。酶可以固定在电极的一个表面上。酶可以固定在一种生物相容性聚合物之中。酶可以是草酸氧化酶。病原体传感器可以进一步包含辣根过氧化物酶。辣根过氧化物酶是一种44，173.9道 尔顿糖蛋白，它具有用于结合至例如标记分子的四个赖氨酸残基。在与合适底物一起孵育时，它产生标记分子的有色、荧光或发光衍生物，从而允许它被检测和定量。病原体传感器可以进一步包括一个营养物储器，该营养物储器被配置成向生长培养基提供营养物的供应。营养物储器可以被配置成向生长培养基供应营养物，持续长于10小时的一个时间段。生长培养基可以是一种营养液。病原体传感器可以进一步包含一个流体储器，该流体储器被配置成向生长培养基提供流体的供应，以便防止生长培养基脱水。流体储器可以被配置成向生长培养基供应流体，持续长于10小时的一个时间段。营养物储器和流体储器可以是同一个储器。生长培养基可以具有模拟病原体将在其上和/或在其中生长的一个实体的一种或多种特性。该一种或多种特性可以包括以下中的至少一种:生长培养基的光照、生长培养基的湿度或水分条件、生长培养基的PH条件、生长培养基的定向、以及生长培养基的温度。实体可以是一种植物。生长培养基可以被提供有不阻止病原体的生长的一种或多种杀真菌剂、抗生素或抗微生物剂。病原体可以是一种真菌病原体。病原体可以是核盘菌(Sclerotiniasclerotiorum)。核盘菌是一种植物病原性真菌,如果条件正确,它可以引起一种称为白霉病的疾病。核盘菌还可以被称为棉状腐病、水软腐病、茎腐病、枯落病(drop)、冠腐病以及花疫病(blossom blight)。此病原体的关键特性是它能够在它所感染的植物上产生称为菌核的黑色静止结构和菌丝体的白色绒毛状生长。这些菌核在春天产生子实体，该子实体在囊中产生孢子，这就是此类别的真菌被称为子囊菌(子囊菌纲)的原因。此病原体可以出现在许多大洲上并且具 有广泛范围的植物宿主。当核盘菌通过有利的环境条件在田地中攻击时，损失可以是巨大的。核盘菌在潮湿的环境中增殖。在潮湿的田地条件下，核盘菌能够完全侵入植物宿主，从而使菌丝体定殖几乎所有的植物组织。生长的最佳温度在从15至21摄氏度的范围内。在湿润条件下，核盘菌将产生丰富的菌丝体和菌核。病原体可以是一种细菌病原体。病原体可以来自伯克霍尔德氏菌属。根据本发明的第二方面，提供一种传感器装置，该传感器装置包括根据本发明的第一方面的病原体传感器并且进一步包括测量电子器件，该测量电子器件被配置成从电子检测装置接收一个信号并且如果信号指示由病原体介导的事件已经发生，就产生输出。传感器装置可以包括病原体传感器的任何上述特征。病原体传感器可与传感器装置可释放地相接合，这样使得病原体传感器可以用另一个病原体传感器来替换。病原体传感器可以是提供在一个盒(cartridge)中的多个病原体传感器之一，该盒与传感器装置可释放地接合。根据本发明的第三方面，提供一种检测病原体的方法，该方法包括提供多种营养物，这些营养物促进病原体在生长培养基上和/或在其中生长足够长以便允许由病原体介导的一个事件发生的一个时间段，然后使用一个电子检测装置来检测所介导的事件。生长环境可以是一种有利的生长环境。该有利的生长环境可为这样的环境:它促进病原体以比病原体在植物上或在与所提供的病原体传感器相邻的其他实体上生长的速率更快的一个速率来生长。
由病原体介导的事件可以是一种化学或生物剂的产生。该化学或生物剂可为以下之一:有机酸、核酸、蛋白质、酶、毒素、激素、代谢物、肽、碳水化合物或脂质。化学剂可为草酸。该电子检测装置可以检测生长培养基中的的一种电化学变化。电子检测装置可以包含与化学或生物剂相互作用的一种酶，该相互作用导致一个电子可检测信号。相互作用可以导致产生一种电活性种类。该方法可以进一步包括使用一个电极来检测该电活性种类的存在。该酶可以是草酸氧化酶，它催化从草酸产生过氧化氢。病原体传感器可以进一步包含辣根过氧化物酶，它还原过氧化氢。使用电极来检测电活性种类的存在可以包括将第一电位和第二不同电位施加至该电极并且测量所得电流。该方法可以进一 步包括供应多种营养物至生长培养基，持续长于10小时的一个时间段。该方法可以进一步包括供应流体至生长培养基，持续长于10小时的一个时间段。生长培养基可以具有模拟病原体将在其上和/或在其中生长的一个实体的一种或多种特性。该一种或多种特性可以包括以下中的至少一种:生长培养基的光照、生长培养基的湿度或水分条件、生长培养基的PH条件、生长培养基的定向、以及生长培养基的温度。病原体可以是一种真菌病原体。病原体可以是核盘菌。病原体可以是一种细菌病原体。病原体可以来自伯克霍尔德氏菌属。该方法可以包括将生长培养基暴露至空气并且监测所介导的事件，并且然后随后将一种第二生长培养基暴露至空气并且监测所介导的事件。一种用于检测病原体在环境中的存在的方法包括将任何以上段落的病原体传感器暴露至空气并且监测所介导的事件。病原体传感器可以提供在作物中或作物相邻处，这样使得该方法提供病原体是否在作物中生长或可能在作物中生长的指示。病原体传感器可以提供在作物收获之后储存作物的一个储存区(例如仓库或谷仓)中。病原体传感器可以是分布在一个区域上的多个病原体传感器之一。该方法可以包括分析来自病原体传感器的输出以便获得关于病原体通过该区域的进展的信息。从病原体传感器提供的信息的分析可以与从感测以下一项或多项的一个或多个传感器提供的信息的分析进行组合:温度、湿度、风向、风速、压力传感器、以及环境光。根据本发明的第四方面，提供一种病原体传感器，该病原体传感器包含病原体可在其上和/或在其中生长的一种生长培养基，该生长培养基包含促进该病原体的生长的多种营养物，其中病原体传感器进一步包括一个电子检测装置，该电子检测装置被配置成检测由病原体介导的一种电化学变化。该电化学变化可以是由病原体产生的一种化学或生物剂所引起。该生长培养基可以是含有马铃薯葡萄糖肉汤的一种液体培养基。生长培养基可以是马铃薯葡萄糖琼脂。病原体可以来自核盘菌属种。病原体可以是核盘菌。根据本发明的第五方面，提供一种传感器装置，该传感器装置包括本发明的任何以上方面的病原体传感器并且进一步包括测量电子器件，该测量电子器件被配置成从电子检测装置接收一个信号并且如果该信号指示由病原体所介导的一种电化学变化，就产生一个输出。传感器装置可以进一步包括一个控制装置，该控制装置被配置成将病原体传感器暴露至空气，孵育病原体传感器持续一段预定时间，并且然后使用该电子检测装置来监测该电化学变化。传感器装置可以进一步包括一个穿刺装置，其被配置成刺穿将生长培养基与电极分隔开的一个障壁。根据本发明的第六方面，检测病原体的方法包括提供多种营养物，这些营养物促进病原体在生长培养基上和/或在其中生长持续足够长以便允许病原体介导一种电化学变化的一个时间段，然后使用一个电子检测装置来检测该电化学变化。电化学变化可以是由病原体产生的一种化学或生物剂所引起。根据本发明的第七方面，提供一种传感器装置，该传感器装置包括如任何以上权利要求所述的病原体传感器并且进一步包括测量电子器件，该测量电子器件被配置成从电子检测装置接收一个信号并且如果该信号指示由病原体介导的一种电化学变化，就产生一个输出。传感器装置可以进一步包括一个控制装置，该控制装置被配置成将病原体传感器暴露至空气，孵育病原体传感器持续一段预定时间，并且然后使用该电子检测装置来监测该电化学变化。传感器装置可以进一步包括一个穿刺装置，该穿刺装置被配置成刺穿将生长培养基与电极分隔开的一个障壁。根据本发明的第 八方面，提供根据任何以上方面的病原体传感器或根据任何以上方面的传感器装置用于检测由于以下一项或多项的存在而引起的作物的一种电化学变化的用途:真菌(包括霉菌和酵母)、病毒、卵菌、细菌、类病毒、植原体、原生动物、线虫、以及作物上的寄生植物。根据本发明的第九方面，提供如关于任何以上方面所述的病原体传感器或根据任何以上方面的传感器装置在处理小麦和大麦中的用途。本发明的不同方面的特征可彼此组合。本发明的具体实施例现在仅通过举例参照附图来描述，在附图中:

图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的病原体传感器的截面图；图2示意性地示出根据本发明的一个替代实施例的病原体传感器的截面图；图3是证明可以使用根据本发明的一个实施例的病原体传感器来检测草酸的图；图4是证明可以使用根据本发明的一个实施例的病原体传感器来检测草酸的图，该病原体传感器包含特定生长培养基；图5示意性地示出根据本发明的另一替代实施例的病原体传感器的截面图；图6示意性地示出根据本发明的另一替代实施例的病原体传感器的截面图；图7示意性地示出根据本发明的另一替代实施例的病原体传感器的截面图；图8示意性地示出根据本发明的另一替代实施例的病原体传感器的截面图；图9示意性地示出根据本发明的另一替代实施例的病原体传感器的截面图；图10示意性地示出根据本发明的一个实施例的传感器装置；以及
图11示意性地示出根据本发明的一个实施例的替代传感器装置。图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的病原体传感器I的截面图。病原体传感器I包括一个支撑结构2、一个营养物储器4、一个电极6、以及一个凝胶8。营养物储器4为环形的，并且围绕支撑结构2的中心部分延伸。该支撑结构可以例如由塑料或某种其他适合的材料形成。凝胶8被提供在电极6的顶部并且具有暴露于大气的一个上表面。电极6被支撑在一个基板(未示出)上。一个圆柱形通道10从电极6向下延伸并且可以容纳连接至该电极的一个或多个导线(未示出)。可提供另外的电极如参考电极和反电极(未示出)。一个单向膜12被提供在圆柱形通道10的一个外壁周围，从而形成营养物储器4的一个内壁。单向膜12被配置成使得多种水基营养物可以从营养物储器4穿过该单向膜并且然后可以行进至凝胶8。单向膜12不允许这些水基营养物从凝胶8流动到液体营养物储器4之中。液体营养物储器4的一个上表面由一个环形气体渗透性密封层13来覆盖。气体渗透性密封层13允许气体(例如空气)进入营养物储器4之中并且从而防止在水基营养物离开该营养物储器时发生的压降。另外，气体渗透性密封层13允许氧气被吸收到这些水基营养物之中。这是希望的，因为氧气是在病原体存在时将在病原体传感器中发生的电化学反应的组分之一(如以下进一步所述)。凝胶8可以为被配置成粘附至电极6的表面的一种非水基凝胶。凝胶8可以被认为是病原体可在其上和/或在其中生长的生长培养基的一个实例。凝胶8可为例如马铃薯葡萄糖琼脂(PDA)。凝胶8经由渗透压通过单向膜12来吸收水基营养物。渗透压通过从凝胶8蒸发液体来产生。膜12可以经由一种芯吸作用来将水基营养物递送至凝胶8。膜12可以为例如一侧被磺化以便使得它是亲水性的并且另一侧天然地是疏水性的聚乙烯材料(类似于在尿布中使用的膜)。可替代地，除磺酸盐以外的官能团可以应用至聚乙烯材料的一侧，以便确保该材料的一侧是亲水性的。官能团可以为例如但不限于羟基、羧基、氨基、磷酸盐、以及巯基基团。水基营养物可以例如包括马铃薯葡萄糖肉汤(PDB)、向日葵衍生的营养物或某种其他营养物。单向膜12向凝胶8提供水基营养物的供应直到营养物储器4变空为止。向凝胶8提供营养物的供应是·有利的，因为它在营养物被病原体传感器上生长的病原体使用时对营养物进行替换。提供水基营养物的供应的另一个优势是这确保了凝胶8保持水合。如果凝胶8变干，那么凝胶上的病原体的生长可能受到抑制。另外，如果凝胶8变干，那么病原体传感器I检测病原体的存在的能力可能受损害。病原体传感器I可以在它的上表面上提供有密封件(未示出)用来防止凝胶8 (和可任选地营养物储器4)暴露至空气，直到希望病原体传感器的操作为止，将密封件除去以便开始病原体传感器的操作。这防止在希望病原体传感器的操作之前发生的水从凝胶8中的蒸发并且由此防止凝胶变干。凝胶8可以为例如500-1000微米厚并且可以例如具有3mm的直径。电极6可以例如具有100微米的厚度并且可以例如具有2mm的直径。营养物储器4可以为例如l_2mm深并且可以例如具有IOmm的直径。这些尺寸仅仅作为实例给出，并且该凝胶、电极以及营养物储器可以具有其他尺寸。草酸氧化酶可以提供在电极6上或该电极附近。在酶学中，草酸氧化酶是催化草酸盐化学反应成二氧化碳和过氧化氢的酶，如在以下所说明。
权利要求
1.一种病原体传感器,包含一种病原体可在其上和/或在其中生长的一种生长培养基，该生长培养基包含促进该病原体的生长的多种营养物，其中该病原体传感器进一步包括一个电子检测装置，该电子检测装置被配置成检测由该病原体介导的一种电化学变化。
2.如权利要求1所述的病原体传感器，其中该电化学变化由该病原体产生的一种化学或生物剂引起。
3.如权利要求2所述的病原体传感器，其中该化学或生物剂为以下之一:有机酸、核酸、蛋白质、酶、毒素、激素、代谢物、肽、碳水化合物或脂质。
4.如权利要求2或权利要求3所述的病原体传感器，其中该化学剂为草酸。
5.如权利要求2至4中任一项所述的病原体传感器，其中该电子检测装置包含与该化学或生物剂相互作用的一种酶，该相互作用导致一个电子可检测信号。
6.如权利要求5所述的病原体传感器，其中该相互作用产生一种电活性种类或导致产生一个电活性种类，并且其中该电子检测装置进一步包括一个电极，该电极被配置成检测该电活性种类的存在。
7.如权利要求6所述的病原体传感器,其中该酶被固定在该电极的一个表面上。
8.如权利要求6或权利要求7所述的病原体传感器，其中该酶为草酸氧化酶。
9.如权利要求6至8中任一项所述的病原体传感器，其中该电极是以亚铁氰化铁来介导的。
10.如权利要求6至9中任一项所述的病原体传感器,其中这些营养物通过一个障壁与该电极分隔开，该障壁被配置成在将要执行该电活性种类的检测时被刺穿。
11.如以上权利要求中任一项所述的病原体传感器，其中该生长培养基为一种含有马铃薯葡萄糖肉汤的液体培养基。
12.如以上权利要求中任一项所述的病原体传感器，其中该病原体为一种真菌病原体。
13.如以上权利要求中任一项所述的病原体传感器，其中该病原体是来自核盘菌属种。
14.如权利要求13所述的病原体传感器，其中该病原体为核盘菌。
15.一种传感器装置，包括如以上权利要求中任一项所述的病原体传感器，并且进一步包括测量电子器件，该测量电子器件被配置成从该电子检测装置接收一个信号并且如果该信号指示由该病原体介导的一种电化学变化，就产生一个输出。
16.如权利要求15所述的传感器装置，其中该传感器装置进一步包括一个控制装置，该控制装置被配置成将该病原体传感器暴露至空气，孵育该病原体传感器持续一段预定时间，并且然后使用该电子检测装置来监测该电化学变化。
17.如权利要求15或权利要求16所述的传感器装置，其中该传感器装置进一步包括一个穿刺装置，该穿刺装置被配置成刺穿将该生长培养基与该电极分隔开的一个障壁。
18.—种检测病原体的方法，该方法包括提供多种营养物，这些营养物促进该病原体在一种生长培养基上和/或在其中生长持续足够长以便允许一种病原体介导一种电化学变化的一个时间段，然后使用一个电子检测装置来检测该电化学变化。
19.如权利要求18所述的方法，其中该电化学变化由该病原体产生的一种化学或生物剂引起。
20.如权利要求19所述的方法，其中该化学剂为草酸。
21.如权利要求18至20中任一项所述的方法，其中该电子检测装置包含与该化学或生物剂相互作用的一种酶，该相互作用导致一个电子可检测信号。
22.如权利要求21所述的方法，其中该酶为草酸氧化酶，该草酸氧化酶催化从该草酸产生过氧化氢。
23.如权利要求18至22中任一项所述的方法，其中该生长培养基为一种含有马铃薯葡萄糖肉汤的液体培养基。
24.如权利要求18至23中任一项所述的方法，其中该病原体传感器是分布在一定区域上的多个病原体传感器之一，并且其中该方法包括分析来自这些病原体传感器的输出以便获得关于通过该区域的该病原体的进展的信息。
25.如权利要求18至24中任一项所述的方法，其中将从该病原体传感器提供的信息的分析与从感测以下一项或多项的一个或多个传感器提供的信息的分析进行组合:温度、湿度、风向、风速、压力传感器以及环境光。
26.根据权利要求1至16中任一项所述的病原体传感器或根据权利要求15至17中任一项所述的传感器装置用于检测由于以下一项或多项的存在而导致的作物的一种电化学变化的用途:真菌(包括霉菌和酵母)、病毒、卵菌、细菌、类病毒、植原体、原生动物、线虫以及作物上的寄生植物。
27.如关于权利要求1至16中任一项所述的病原体传感器或根据权利要求15至17所述的传感器装置在处理以下任何一种中的用途:油菜、低芥酸菜籽、大豆、花生、柑橘、芹菜、芫荽、甜瓜、南瓜、番茄、·莴苣、黄瓜、向日葵、豆类、草莓或豌豆。
全文摘要
一种病原体传感器，包含病原体可在其上和/或在其中生长的一种生长培养基，该生长培养基包含促进该病原体的生长的多种营养物，其中该病原体传感器进一步包括一个电子检测装置，该电子检测装置被配置成检测由该病原体介导的电化学变化。
文档编号C12Q1/00GK103237898SQ201180058648
公开日2013年8月7日 申请日期2011年12月5日 优先权日2010年12月6日
发明者B·D·格列弗, S·珀费克特, S·韦斯 申请人:辛根塔有限公司