快速检测病原菌含量的简易微流控系统
发布时间：2019-09-09 08:47
【摘要】：针对现有水产养殖病原菌检测时效性差、自动化程度低的缺点,提出了一种快速检测水产养殖病原菌含量的简易微流控系统研究方法。该系统将微电极构造于微流控芯片通道底部并与数字阻抗测量电路连接,通过在磁珠表面包被水产病原菌抗体,利用外部高斯磁场控制诱导磁珠捕获水产病原菌,并将水产病原菌与磁珠结合体带至微电极阵列,通过在电极端构建基于阻抗测量的计数电路,从而有效检测水产病原菌含量。研究结果表明该系统能够有效测量水产病原菌的含量,检测时间由传统的平板计数法48 h减少至30 min,检测效率提高为原来的60多倍,检出限相比现有的微流控阻抗法缩小100倍。
【图文】：
方向发展。近年来新兴的微流控技术是一种能将细菌检测过程中的进样、混合、反应及检测等环节集成到一块微米尺度芯片上自动完成的有效手段，它的引入大大提升了细菌检测过程的自动化与客观化水平，引起了国内外学者的广泛关注［13-16］。郭建江等人［17］针对病原菌检测，创建了免疫凝集微流控检测电控混合方法。然而，目前尚未见与微流控芯片相配套完整的水产养殖病原菌检测方法与检测系统。为此，提出一种基于免疫磁珠捕获复合微电极阻抗检测技术的水产养殖病原菌集成微流控快速检测系统。2芯片工作原理图1所示为水产养殖病原菌集成微流控快速检测系统的工作原理图，采用化学交联技术在微米级磁珠上包被水产病原菌抗体，将磁珠纳入微流控芯片系统，微通道中微米级磁珠与水产病原菌先在外加旋转磁场作用下混合，致使磁珠上包被的水产病原菌抗体和水产病原菌发生特异性结合，后在磁极产生的纵向磁场作用下转移至预先布置在微通道底部的电极对阵列上，通过电极对阵列上免疫磁珠捕获病原菌前后阻抗的变化来测量水产病原菌的数量。图1病原菌快速检测原理Fig．1Theprincipleofrapiddetectionofpathogenicbacteria为了最大限度地提高检测概率，微流控芯片底部的电极阵列尽量密集布置。电极配对与检测电路紧密连接，每一对电极均有独立的XY地址，可以单独测试记录。在电极对之间有3种可能情况。1)没有任何磁珠游离至电极对之间，这时电极对间只存在电离介质，阻抗电平较低。2)只有免疫磁珠游离至电极对之间即磁珠并未捕获到水产养殖病原菌，这种情况下，，阻抗电平最大。3)捕获有水产养殖病原菌的磁珠游离至电极对之间，在微磁珠电阻和细菌细胞质电阻并联作用下，阻抗电平降低至中间值。为了保证电极检测具有较高的灵敏度?
忻庖叽胖橛卫胫恋缂鄐灾釗浼创胖椴⑽?捕获到水产养殖病原菌，这种情况下，阻抗电平最大。3)捕获有水产养殖病原菌的磁珠游离至电极对之间，在微磁珠电阻和细菌细胞质电阻并联作用下，阻抗电平降低至中间值。为了保证电极检测具有较高的灵敏度，要求横跨在一对电极上的电压必须始终大于细菌的细胞膜击穿电压，这里选用0．2～1．5V［18］。用这种方式，可以忽略细胞膜的电容特性，使得细菌变成较优越的良导体。通过以上工作原理，可以建立水产养殖致病菌浓度与阻抗变化的比例关系。水产养殖病原菌阻抗测量等效电路如图2所示。其中，Port1(P1)为端口1，Port2(P2)为端口2，Port3(P3)为端口3，Port4(P4)为端口4。图2致病菌阻抗测量等效电路和等效简化电路Fig．2TheequivalentandsimplifiedcircuitforimpedancemeasurementsystemforthedetectionofaquaculturepathogensPort1、Port2两端分别代表研究电极和辅助电极，则电极间的阻抗计算如下:Z1=Ｒ2Ω+1(2πfCdl)i
本文编号：2533494
【图文】：
方向发展。近年来新兴的微流控技术是一种能将细菌检测过程中的进样、混合、反应及检测等环节集成到一块微米尺度芯片上自动完成的有效手段，它的引入大大提升了细菌检测过程的自动化与客观化水平，引起了国内外学者的广泛关注［13-16］。郭建江等人［17］针对病原菌检测，创建了免疫凝集微流控检测电控混合方法。然而，目前尚未见与微流控芯片相配套完整的水产养殖病原菌检测方法与检测系统。为此，提出一种基于免疫磁珠捕获复合微电极阻抗检测技术的水产养殖病原菌集成微流控快速检测系统。2芯片工作原理图1所示为水产养殖病原菌集成微流控快速检测系统的工作原理图，采用化学交联技术在微米级磁珠上包被水产病原菌抗体，将磁珠纳入微流控芯片系统，微通道中微米级磁珠与水产病原菌先在外加旋转磁场作用下混合，致使磁珠上包被的水产病原菌抗体和水产病原菌发生特异性结合，后在磁极产生的纵向磁场作用下转移至预先布置在微通道底部的电极对阵列上，通过电极对阵列上免疫磁珠捕获病原菌前后阻抗的变化来测量水产病原菌的数量。图1病原菌快速检测原理Fig．1Theprincipleofrapiddetectionofpathogenicbacteria为了最大限度地提高检测概率，微流控芯片底部的电极阵列尽量密集布置。电极配对与检测电路紧密连接，每一对电极均有独立的XY地址，可以单独测试记录。在电极对之间有3种可能情况。1)没有任何磁珠游离至电极对之间，这时电极对间只存在电离介质，阻抗电平较低。2)只有免疫磁珠游离至电极对之间即磁珠并未捕获到水产养殖病原菌，这种情况下，，阻抗电平最大。3)捕获有水产养殖病原菌的磁珠游离至电极对之间，在微磁珠电阻和细菌细胞质电阻并联作用下，阻抗电平降低至中间值。为了保证电极检测具有较高的灵敏度?
忻庖叽胖橛卫胫恋缂鄐灾釗浼创胖椴⑽?捕获到水产养殖病原菌，这种情况下，阻抗电平最大。3)捕获有水产养殖病原菌的磁珠游离至电极对之间，在微磁珠电阻和细菌细胞质电阻并联作用下，阻抗电平降低至中间值。为了保证电极检测具有较高的灵敏度，要求横跨在一对电极上的电压必须始终大于细菌的细胞膜击穿电压，这里选用0．2～1．5V［18］。用这种方式，可以忽略细胞膜的电容特性，使得细菌变成较优越的良导体。通过以上工作原理，可以建立水产养殖致病菌浓度与阻抗变化的比例关系。水产养殖病原菌阻抗测量等效电路如图2所示。其中，Port1(P1)为端口1，Port2(P2)为端口2，Port3(P3)为端口3，Port4(P4)为端口4。图2致病菌阻抗测量等效电路和等效简化电路Fig．2TheequivalentandsimplifiedcircuitforimpedancemeasurementsystemforthedetectionofaquaculturepathogensPort1、Port2两端分别代表研究电极和辅助电极，则电极间的阻抗计算如下:Z1=Ｒ2Ω+1(2πfCdl)i
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