[发明专利]浓度梯度与细菌检测一体化的微流控芯片及其设计方法

说明书

本发明公开了一种浓度梯度与细菌检测一体化的微流控芯片及其设计方法。其包括浓度梯度分级模块和菌液输送检测模块。所述的浓度梯度分级模块包括依次排列n级混合流道组，n为自然数。混合流道内均设置有多块挡板。各挡板沿着混合流道的长度方向在混合流道两侧壁上交替排列。本发明将传统圣诞树结构浓度梯度芯片的蛇形流道修改为带有交错设置的挡板的直线型流道，可在流道宽度和高度不变的情况下减小流道所占用的面积，并降低加工难度，从而减小微流控芯片的尺寸，并降低加工成本。此外，本发明将浓度梯度药物生成和细菌检测于一体化，可以更加方便快捷的研究多浓度药物对细菌的影响。

技术领域

本发明属于生物医学抗菌药物技术领域，具体涉及一种内嵌挡板式树状浓度梯度及细菌检测一体化的微流控芯片。

背景技术

当今社会由于抗生素的普及，人们使用抗生素药物也越来越多，与此同时也产生了许多耐药菌，也就是常说的“超级细菌”，而抗菌药物的滥用正是这种耐药菌产生的主要因素。而这些耐药菌的出现导致了控制疾病的难度不断上升，迫使我们去寻找新的药物。所以合理的使用抗生素尤为重要，而对于抗生素的用法用量就是其中一个关键问题。这就需要精准的使用抗生素浓度梯度对细菌进行试验，从而找到合适的用量。但在目前尚不存在长时间检测药物且能够微量控制抑制剂浓度梯度并与细菌检测一体化的仪器。

微流控制芯片(Microdroplet chip)，又被称为微型生化反应实验室，被广泛应用于生物、化学等领域中。传统的细菌检测方法不仅操作繁琐、试剂药品用量较大，而且耗时长，而用微流控芯片技术则可以在微观的角度进行药物的配比和对细菌的测量，既可以减少药物的用量来降低成本，也可以更加快速的得到结果。在细菌的测量时，经常需要药物的不同浓度梯度，目前已经有很多种基于微流控芯片的浓度梯度生成器，如Y/T形结构浓度梯度生成器、“圣诞树”结构的浓度梯度生成器、级联型浓度梯度生成器等等。“圣诞树”结构的浓度梯度生成器是最为经典的结构之一，因为其结构设计简单、梯度生成快速、梯度稳定等优点被广泛应用。

由于细菌的检测一般会在细菌生长曲线中的对数期，此时的细菌生长速度快，为保证在测得细菌浓度后能更快速稳定的加入梯度浓度的药物，需要更加快速稳定地生成梯度浓度的药物。目前大多数“圣诞树”结构的浓度梯度微流控芯片中为了使药物充分混合，一般是通过蛇形管道来促进药物的混合，并且为了更好的混合，有设计将蛇形管道的弯折处改为圆弧形，有的增加为多层的蛇形管道，这就大大增加了模型的复杂度和梯度的生成时间。当生成较多浓度梯度的时候，即所需层数越多时尤为明显。再者由于弯折流道相较于混合流道来说占用面积更大，所以需要的微流控芯片结构更大，成本也就越高。同时曲折流道相较于混合流道的长度更长，而由于药物的粘性会在壁面上残留药物，更长的流道就会导致有更多药物的残留。因此就需要减小流道的长度并改善流道的混合结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内嵌挡板式树状浓度梯度及细菌检测一体化的微流控芯片及其设计方法。

本发明浓度梯度与细菌检测一体化的微流控芯片，包括浓度梯度分级模块和菌液输送检测模块。所述的浓度梯度分级模块包括依次排列n级混合流道组，n为自然数。各混合流道均为直型流道。混合流道内均设置有多块挡板。各挡板沿着混合流道的长度方向在混合流道两侧壁上交替排列。所述的菌液输送检测模块包括细菌培养室和菌液输入管道。细菌培养室共有n+2个。n+2个细菌培养室的菌液输入口均与菌液输入管道连通，药物输入口与浓度梯度分级模块上对应的出液口连通。细菌培养室包括腔室主体和检测电极组。检测电极组设置在腔室主体上；且检测电极组与腔室主体的内腔接触。

作为优选，所述的腔室主体设置有相互靠近且互不连通的三条电极安置槽。检测电极组包括叉指三电极。检测电极组贴附在电极安置槽上，或嵌入到电极安置槽中。所述的细菌培养室还包括盖板。盖板固定覆盖在腔室主体开设有腔室主体的侧面上。盖板上设置有三个焊盘；三个焊盘与叉指三电极分别电连接。三个焊盘上均设置有金属插针。

作为优选，所述挡板的长度为混合流道宽度的30％～70％。所述挡板的截面呈矩形或梯形。