本發(fā)明涉及一種利用聲表面波(surface acoustic wave，SAW)技術(shù)控制大腸桿菌生長的方法，具體來說是利用高頻低能量聲表面波促進大腸桿菌的生長，另一方面利用高頻高能量聲表面波抑制大腸桿菌的生長甚至殺滅大腸桿菌，實現(xiàn)大腸桿菌生長的有效控制，屬于新型電子器件和生物技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大腸桿菌是主要寄生在人和動物大腸內(nèi)的一種最為常見的細菌，約占腸道細菌的1％。大腸桿菌是一種單細胞生物，其結(jié)構(gòu)簡單，繁殖快，培養(yǎng)容易，是生物學(xué)上重要的實驗材料。除某些菌型能引起腹瀉外，在腸道內(nèi)定居的大腸桿菌一般不致病，并通過競爭性抵御致病菌的進攻，同時還能幫助合成維生素B和K，對人體有益，與人體是互利共生的關(guān)系。

正常情況下，大多數(shù)大腸桿菌不會給我們的身體健康帶來任何危害。然而一些特殊情況下大腸桿菌也會導(dǎo)致疾?。喝绠?dāng)大腸桿菌離開腸道進入泌尿道可以導(dǎo)致尿道感染；當(dāng)細菌由于如潰瘍等導(dǎo)致的穿孔進入腹腔，通常會導(dǎo)致致命性的腹膜炎感染；大腸桿菌的某些株具有毒性(其中一些類似導(dǎo)致痢疾的毒素)，可以導(dǎo)致食物中毒。這時候一般需要采用抗生素對大腸桿菌進行殺滅。

因此對于大腸桿菌的控制生長非常重要。在希望大腸桿菌快速生長和繁殖的區(qū)域，能夠有效促進大腸桿菌的生長，在一些不希望大腸桿菌生長和繁殖的區(qū)域，需要對其進行有效殺滅。業(yè)界對大腸桿菌培養(yǎng)進行了大量研究，發(fā)現(xiàn)影響大腸桿菌培養(yǎng)菌濃度的因素有很多，如培養(yǎng)基組成、培養(yǎng)時間、菌種接種量以及細菌生長環(huán)境等。這些研究的方法都無法實現(xiàn)局部區(qū)域控制大腸桿菌的生長，同時也不能采用一種技術(shù)同時實現(xiàn)對大腸桿菌生長促進和殺滅。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開一種利用聲表面波技術(shù)控制大腸桿菌生長的方法。該方法一方面利用高頻低能量聲表面波促進大腸桿菌的生長，另一方面利用高頻高能量聲表面波抑制大腸桿菌的生長甚至殺滅大腸桿菌，實現(xiàn)大腸桿菌生長的有效控制。該方法所用設(shè)備簡單，工藝簡便，能夠?qū)崿F(xiàn)局部區(qū)域的大腸桿菌生長控制。

本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：

利用SAW技術(shù)控制大腸桿菌生長的裝置如圖1所示，包括襯底上的壓電材料，壓電材料上設(shè)置有用于激發(fā)SAW的叉指換能器(interdigital transducer，IDT)以及用于反射SAW的反射柵，用于容納大腸桿菌及培養(yǎng)液的PDMS容器。當(dāng)IDT兩端輸入射頻信號后，射頻信號通過IDT轉(zhuǎn)換為SAW信號并向PDMS容器方向傳播，當(dāng)SAW傳播到達PDMS容器后，SAW能量耦合進入含有大腸桿菌的培養(yǎng)液，通過控制耦合進入培養(yǎng)液的SAW能量以及對培養(yǎng)液的擾動情況，實現(xiàn)對大腸桿菌生長的有效控制。

關(guān)于本發(fā)明技術(shù)方案需要說明的是：

SAW傳播路徑上涂覆有疏水層，PDMS容器是頂部開口和底部開口的容器，底部緊貼連接于疏水層上。IDT叉指換能器可以采用Al和Au等金屬薄膜制成。壓電材料和襯底材料可以為壓電單晶(石英，鈮酸鋰，鉭酸鋰等)，也可以是壓電薄膜材料(ZnO、AlN、PZT)。射頻信號輸入頻率和輸入功率均可以調(diào)節(jié)，且輸入不同頻率和功率的的射頻信號對大腸桿菌的生長影響不同，通過調(diào)節(jié)這兩個重要參數(shù)，以及輸出不同的SAW模式就可以控制大腸桿菌的生長。

本發(fā)明的優(yōu)點是：由于SAW器件的尺寸可以調(diào)節(jié)，目前可以做到1mm²以下，因此可以對局部區(qū)域控制大腸桿菌的生長。利用SAW技術(shù)促進大腸桿菌的生長無需使用生物化學(xué)試劑，完全依靠外部的物理環(huán)境調(diào)節(jié)，因此無其他化學(xué)試劑的污染。同時利用SAW技術(shù)抑制和殺滅大腸桿菌，不需要使用抗生素，不會影響周圍其他微生物的生長。僅僅采用SAW技術(shù)，通過調(diào)節(jié)SAW參數(shù)能夠在短時間內(nèi)實現(xiàn)促進和抑制大腸桿菌的生長。

附圖說明

圖1為利用SAW技術(shù)控制大腸桿菌生長的示意圖。

圖2為輸入SAW器件功率為2W，吸光度(optical density，OD)和溫度隨著SAW處理時間的變化曲線。

圖3為輸入SAW器件功率為8W，OD和溫度隨著SAW處理時間的變化曲線。

具體實施方式

下面通過附圖和實例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的詳細描述。

實施例1：

采用ZnO薄膜沉積在Si襯底上作為壓電材料，通過沉積Al薄膜并利用光刻技術(shù)制備IDT和反射柵，IDT的叉指寬度和指條間距均為50微米，孔徑為10mm。IDT指條數(shù)為80對，反射柵的條數(shù)為100對。PDMS容器的尺寸為10×10×10mm³，容器壁厚度為1mm。PDMS容器放置于IDT前面2mm處。將OD值為0.23的大腸桿菌溶液分成兩組，一組作為對照組，不加載SAW處理；；另一組放入PDMS容器中。輸入SAW器件的射頻信號的頻率為SAW器件的諧振頻率22.4MHz，當(dāng)輸入功率為2W，經(jīng)過10min處理后，從圖2中可以看到OD值從開始的0.23快速上升到0.73，這比對照組的0.25增加很多，表明通過SAW處理后，大腸桿菌數(shù)量急劇增加，當(dāng)進一步增加SAW處理時間時，OD值增加更加明顯。表明SAW處理確實能夠促進大腸桿菌的生長。測量SAW處理后溫度隨著時間的變化曲線如圖2所示，起初10min溫度從28℃上升到35℃左右，然后隨著時間增加溫度基本穩(wěn)定，這個溫度比較適合大腸桿菌的繁殖，這是其中一個SAW促進大腸桿菌生長的原因，但不是最重要的原因。SAW采用的是高頻低能“微擾動”，微擾動一方面能夠?qū)⑴囵B(yǎng)液中的營養(yǎng)成分快速傳輸?shù)酱竽c桿菌的周圍，另一方面能夠快速轉(zhuǎn)移新陳代謝產(chǎn)生的排泄物，另外微擾動還能夠?qū)τ诩毎纳L有益，因此能夠顯著增強大腸桿菌的生長。

實施例2：

采用同實施例1相同的SAW器件和PDMS容器，PDMS容器放置于IDT前面2mm處。將OD值為0.95的大腸桿菌溶液分成兩組，一組作為對照組，不加載SAW處理；另一組放入PDMS容器中。輸入SAW器件的射頻信號的頻率為SAW器件的諧振頻率22.4MHz，當(dāng)輸入功率為8W時，經(jīng)過10min處理后，從圖3中可以看到OD值從開始的0.95快速下降到0.53，這比對照組的1.02顯著降低，表明通過高能SAW處理后，大腸桿菌數(shù)量急劇下降，當(dāng)進一步增加SAW處理時間時，OD值進一步降低，經(jīng)過30min處理后，OD值降到0.1以下，為對照組1.26的十分之一不到。表明高能SAW處理確實能夠抑制大腸桿菌的生長甚至殺滅大腸桿菌。高能SAW處理大腸桿菌，一方面顯著提高溶液的溫度，從圖3所示，最高溫度已經(jīng)超過47℃。另外一方面，高能SAW產(chǎn)生溶液的激烈擾動，從而影響大腸桿菌內(nèi)細胞的生長，因此能夠顯著抑制大腸桿菌的生長，甚至殺滅大腸桿菌。