用于自动化细菌检测的数字微流控芯片设计及应用研究

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细菌与人类的生产生活密切相关,在生态环境中发挥着至关重要的作用。但其中存在着大量的致病细菌,不仅会导致严重的细菌污染问题,危害人类的健康,甚至会导致人类死亡。如今,随着食品工业化的进一步发展,致病细菌引起的问题会大规模爆发,对食品安全和公共卫生健康造成巨大的威胁。因此早期地检测对于预防致病细菌引起的疾病以及防范重大环境公共卫生安全风险至关重要。数字微流控技术是近些年来发展起来的一种控制离散的液滴在固体表面上运动的新技术,它具有消耗反应试剂少、速度快、效率高、成本低等优点,因而在生物检测领域中得到广泛地应用。本文通过对数字微流控技术的研究以及不断的实验和优化,成功开发出一种以印刷电路板为基底、驱动性能稳定的数字微流控芯片。三磷酸腺苷(ATP)生物发光检测法是一种当下比较流行的细菌检测方法,其检测机理是通过检测细菌中的生物发光强度,进而检测出细菌的数量。免疫磁分离技术是近些年来发展起来的一种选择性分离富集方法,该方法具有富集效率高、操作简单、特异性好、无需离心操作等特点,而被广泛应用于生物检测领域。目前已经有一些方法能够满足细菌检测的需求,但仍面临着检测流程复杂和集成度低等问题,因此迫切需要一种可自动化现场快速检测的方法。在本文中,将数字微流控技术、ATP生物发光检测法以及免疫磁分离技术相结合,设计并研发了一种尺寸为320mm×260mm×390mm的集成化、可便携、自动化的细菌检测设备。该设备可实现自动化检测,并且检测结果的线性相关度为0.978。同时可高效地检测细菌,检测细菌时间可控制在30分钟。在实验中,利用该设备检测大肠杆菌,检测范围可达10~1~10~7CFU/m L。因此,该设备能够在突发性环境公共卫生安全的紧急情况下进行大规模快速的战略部署,实现细菌的自动化现场快速检测。
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