[发明专利]一种用于水体中可生存生物检测的微流控芯片及检测方法

说明书

本发明公开一种用于水体中可生存生物检测的微流控芯片，涉及环境监测技术领域，包括从上到下依次键合而成的通道层、介电层和基底层；所述通道层内设置有依次连通的进口单元、细菌电泳操控单元和出口单元；所述进口单元和所述出口单元均依次贯穿所述通道层和所述介电层。本发明还提供了一种用于水体中可生存生物检测的微流控芯片的检测方法。本发明具有单细菌分析能力、高集成化、操作简单的优点。根据本发明的微流控芯片装置制作简单，易于操作，能够控制流体在通道中的流动状态的优点，能够实现对水中尤其是压载水中细菌的种类和数量的定性定量检测分析，适用于环境水中尤其是压载水的可生存生物分析和药物监测。

技术领域

本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及一种用于水体中可生存生物检测的微流控芯片及检测方法。

背景技术

细菌污染指标是用来衡量水源是否被细菌污染和描述污染程度的一系列指标。人类常通过饮用、触碰等途径接触到水中的致病菌，对人体健康造成危害，最常见的疾病包括霍乱、伤寒、痢疾等。为了保证水体的卫生质量，应对不同类型的水质进行微生物的检测。由于水中致病菌含量少，检测步骤复杂，耗时长，所以难度较大。因此世界各国一般都是先检测统一的卫生指示菌，必要时才对各种致病菌逐一检测。这种卫生指示菌就可以作为一种细菌污染指标。同时，船舶压载水中常常携带大量外来海洋生物物种，包括浮游动植物、细菌和病毒等。据统计，全球船舶携带的压载水中，平均每立方米压载水含有浮游动植物个体1.1亿个。船舶压载水能够在船的航行途中将各种细菌散布到全球各地，已对海洋生态系统的安全造成威胁，甚至导致灾难性后果。因此，常常需要对水体中的可生存生物尤其是细菌(病菌)进行检测。目前，对于微生物尤其是细菌的检测主要是培养、化学发光、生物发光，质谱和聚合酶链式反应(PCR) 等方法，这些方法具有检测周期较长、程序复杂、价格昂贵等缺点。3M微生物测试片在压载水卫生监测中得到应用，结果发现适用于水中细菌总数的测定，但不适合压载水体中大肠菌群检测。微生物的检测由于受到微生物的生长速度和水体排放时间的不确定性限制，其实效性一直未能达到。因此，迫切需要建立一种水体中微生物快速检测方法，才能有效地开展对于水体的评估。

微流控芯片具有高通量、集成化和低成本的特点，由于其通道结构的尺寸与细菌在同一尺度(微米级)，因此利用微流控芯片技术即可以实现对细菌的捕获、鉴别和检测等一键式封闭操作，具有效率高，误差小等优点。因此，微流控芯片技术可以作为现场快速检测压载水中细菌的一个有力工具。现阶段细菌芯片分析系统主要有光学分析检测系统和电化学分析检测系统。光学分析检测系统由于系统复杂、体积庞大，阻碍了系统的微型化发展；而电化学分析检测系统由于具有灵敏度高、信号处理系统等外围设备比较简单、易于与芯片上的微电极匹配等优点，在微型化和便携化以及检测高效、快速等方面有着良好的前景。Wang ShuQi通过在微流控芯片上固定与大肠杆菌表面蛋白特异性结合的抗体，实现了对血液和牛奶中大肠杆菌的71.8％±5％捕获。Renjie Wang等搭建了简洁的微流控芯片平台，通过免疫捕获技术并结合对应的发光二极管诱导荧光检测系统实现了鼠伤寒沙门氏菌的原位快速检测。S Furutani等人在一块便携式原位实时PCR分析芯片上，通过Taq Man荧光探针，可在7min内检测出草生大肠杆菌。Fronczek等在微流控纸芯片上，利用LED灯和智能手机为荧光成像系统，5min便实现了鼠伤寒沙门氏菌的检测，操作简单方便。

从微流控芯片的分析性能看，其未来的应用领域将十分广泛，但目前的重点应用领域显然是在生命科学领域。其在分析仪器微型化、集成化和便携化等方面的优势为其在环境监测与保护、生物医学、高通量药物合成筛选、农作物的优选优育、卫生免疫等众多领域的应用提供了广阔的前景。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种用于水体中可生存生物检测的微流控芯片，该芯片结构简单、微型化、成本低、易于制备和操作，能够实现水体中尤其是压载水中的微生物检测，并且能够对水中各细菌含量进行定量分析。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：