[发明专利]用于检测、定量和/或跟踪微生物及其他分析物的诊断测定法

说明书

本发明提供了使用纳米晶体对分析物进行多重检测的方法和测定法，所述纳米晶体基于其独特的光学特性在形态、大小和组成上均一。所描述的方法和测定法对于检测复杂环境样品中的微生物和/或基于微生物的试剂特别有用。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年5月18日提交的美国临时专利申请号62/507,895的权益，该临时专利申请的全部内容通过引用整体并入本文。

背景技术

由于众多环境挑战，耕作、林产以及其他生产食品、营养添加剂、纤维和天然材料的方式变得越来越困难。这些挑战包括害虫抗性、极端温度和虫害。

为了提高产量并保护农作物免受病原体、虫害、病的侵害，农民已经严重依赖合成化学物质和化学肥料的使用；但是，当这些物质过度使用或施用不当时，它们会流到地表水中，渗入地下水，并蒸发到空气中。作为空气和水污染的来源，这些物质越来越受到严格的审查，使其负责任的使用成为生态和商业上的当务之急。即使正确使用，某些化学肥料和杀虫剂的过度依赖和长期使用也会有害地改变土壤生态系统，降低应激耐受性，增加害虫抗性，并阻碍植物和动物的生长和活力。

为了使全球农民有能力可持续地种植更多的食品和营养补充品，以及使林业工作者能够可持续地生产更多的纤维和结构材料，越来越多地利用微生物。微生物诸如细菌、酵母和真菌及其副产物可用于许多地方，包括农业、畜牧业和林业以及土壤、水和其他自然资源的修复。

农民越来越多地使用诸如活微生物的生物制剂、由这些微生物衍生的生物产品以及它们的组合例如作为杀虫剂。这些生物制剂比其他常规杀虫剂具有重要的优势。这些优势包括：1)与常规化学杀虫剂相比危害较小；2)更高效和特定的；3)经常会快速生物降解，从而减少对环境的污染。

尽管存在使用微生物和基于微生物的试剂的巨大潜力，但是在环境中检测和/或跟踪此类微生物和基于微生物的试剂的能力受到限制。检测或跟踪微生物和基于微生物的试剂的能力将对农业——包括在农作物、观赏植物、草坪、木材和动物的应用——特别有益。

因此，包括病原体，以及有益的微生物或基于微生物的试剂的微生物的实地检查将反映环境的变化，并促进采取适当行动以改善植物健康。此外，对环境中的微生物病原体的检测和监测也有利于促进人类健康。

用于检测微生物的传统程序通常涉及培养样本和检测微生物活性。一般而言，将目标微生物接种于特定于这种目标微生物的培养基中，该培养基为其生长提供所有营养物。样本可以是未经处理的天然样品，或它可以是已经通过例如膜过滤预处理的样品。

检测方法通常利用至少一种与特定的目标结合并产生可检测信号的分析试剂。这些分析试剂通常包括探针分子和可检测标签。探针分子诸如是抗体或寡核苷酸，可与具有高度特定性和亲和性的目标物结合。可检测标签诸如是共价连接的荧光染料分子，可通过适当的装置被检测。通常，探针分子的结合性质限定了检测方法的特定性，并且相关标签的可检测性决定了检测方法的灵敏度。

虽然荧光染料的检测方法具有诸如高灵敏度、背景低和测量准确的显著优点，并且在生物医学研究中常提供有用的结果，但不适合农业工业用于检测和跟踪微生物和基于微生物的试剂。原因包括：1)最常见的荧光团是芳香族有机分子，其具有位于光谱的紫外/可见部分的吸收带和发射带二者；2)荧光发射的寿命通常很短，约为1到100ns；3)通常由于光漂白不可能在很长的检测时间内集成荧光信号；和4)荧光团的检测需要尖端的设备。

因此，仍然需要检测和/或跟踪环境中的有益的微生物、基于微生物的试剂和病原体的设备和方法，以便在不需要大量样品制备步骤的情况下，快速并且容易地收获准确的诊断信息。

发明内容

本发明提供了有效地和准确地检测、定量和/或跟踪环境和食品样品中的微生物、基于微生物的试剂和/或其他分析物的方法和设备。样品可以是例如土壤、水、油、废物、食物、枝叶和/或来自牲畜或其他动物的生物样品。