[发明专利]一种用于细菌耐药性检测的微流控芯片及其制备方法

说明书

本发明涉及生物芯片和细菌检测技术领域，尤其涉及一种用于细菌耐药性检测的微流控芯片及其制备方法。本发明微流控芯片由实验区域、微流阀、微流阀蠕动泵和样品输入区构成；每个芯片包含多个相互独立的实验区域，每个实验区域均由集成于芯片的微流阀单独控制，其上包含64个相互连通的微米尺度的试验腔体，可产生16种不同的测试浓度，以实现高通量样品浓度测试的目的；实验区域和样品输入区之间由微流阀蠕动泵连接，通过程序设定顺序开关微流阀，以实现纳升精度样品的定点定时输送。本发明芯片和方法具有高通量、低消耗、检测快速、操控精度高、结果判定准确、人为因素干扰小等优点，能够对细菌耐药性进行高通量快速检测。

技术领域

本发明涉及生物芯片和细菌检测技术领域，尤其涉及一种用于细菌耐药性检测的微流控芯片及其制备方法，以及其在生物医学中的应用。

背景技术

细菌耐药性又称抗药性，系指细菌对于抗菌药物作用的耐受性，耐药性一旦产生，药物的治疗作用就明显下降。

耐碳青霉烯类抗生素肠杆菌科细菌，是一类极易产生强耐药性的细菌，包括大肠埃希菌、阴沟肠杆菌、肺炎克雷伯菌等菌种。其菌株可产生一类β内酰胺酶——碳青霉烯酶，碳青霉烯酶可以水解碳青霉烯类抗生素分子中的β内酰胺环，进而使其失去抗菌活性。目前已证实，通过碳青霉烯酶水解药物介导菌株耐药是细菌对碳青霉烯耐药的主要机制之一。

2015年CLSI药敏试验标准引入的Carba NP试验根据这一原理，通过碳青霉烯酶可以水解亚胺培南分子中的β内酰胺环使其氢键断裂，释放质子，导致反应液pH值降低使指示剂发生颜色的改变来指示细菌是否耐药。Carda NP方法可以很好的将碳青霉烯酶介导的耐药机制同其他机制区分开，具有较高的特异性，此外还有重复性好、费用低等特点。

然而，在使用过程中Carba NP试验也暴露出了以下不足：(1)试验结果易受人为因素干扰，由于指示剂所显示的浅橘色和橘色这两种颜色的界限较模糊，不同的观察者对于颜色的区分和指示终点的判断差异较大；(2)检测效率低，因待检细菌需要在摇床中37℃恒温培养24小时，当出现能够抑制细菌的抗生素最小浓度时才能进行检测，而显色时间又需要至少2个小时，故总检测耗时较长；(3)灵敏度差，本方法通常需要使用3-4个接菌环，且对OXA-48型酶检测敏感度较低，需要单独检测，而对一些黏液性菌落菌株和产低活性碳青霉烯酶菌株检测更加困难。综上，上述缺陷极大地限制了本方法在细菌耐药性检测领域的推广使用。

发明内容

为了克服Carba NP试验存在的上述缺陷，本发明在反复试验的基础上，开发出了一种全新的用于细菌耐药性检测的微流控芯片。

本发明利用微流控芯片高通量、低消耗、自动化等优势，通过特定工艺将Carda NP方法集成到一块微米尺度的芯片上，所得芯片具有纳升量级流体操控精度、消耗试样和试剂极少、分析速度提高数十倍至上百倍等特点，可以在几分钟甚至更短的时间内对上百个样品进行同步分析，并且可以实现样品的在线预处理及分析全过程。

与此同时，本发明利用微流控芯片的微米尺度空间，能够在提高检测浓度梯度数量的同时显著提高颜色(灰度)的辨析程度，有效降低了人为因素对试验结果的干扰。

此外，本发明还通过对各项芯片制备条件的筛选和优化，建立了一套稳定高效的细菌耐药性检测微流控芯片制备工艺流程，本发明方法还可在适当调整的基础上推广适用于制备其他用途的检测微流控芯片，以满足各类研究及临床检测需求。

本发明用于细菌耐药性检测的微流控芯片由实验区域、微流阀、微流阀蠕动泵和样品输入区构成，其中：

微流控芯片包含12-30个相互独立的实验区域，所述实验区域成矩阵式排列，每个实验区域均由集成于芯片的微流阀独立于其他区域进行单独控制；因此本芯片可同时对12-30种生物样品或不同类型抗菌药物进行测试；