[发明专利]用于致病微生物高通量快速检测的微流控芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于医疗卫生检测技术领域，涉及一种可以同时针对多种病原微生物进行高通量快速检测分析的微流控芯片，并提供了该芯片制备方法。

背景技术

公共场所存在的病原微生物会造成各种疾病在人群中传播和扩散。随着我国城市化进程的不断加快，人流密集的城市公共场为病原微生物的滋生提供了条件，很多传染性疾病具有较强的隐蔽性，危害很大，对公民健康造成了严重威胁。因此，开发快速检测致病微生物的新技术，对于保障我国公共卫生安全具有重要的现实意义。对于我国公共卫生监测部门来说，能够快速检测出这些病原微生物，并向公众提出流行性疾病的预警信息，是极为重要的一项工作内容。但是，受限到传统检测技术的限制，目前尚缺乏对公共场所病原微生物的快速检测方法，监测结果缺乏时效性。尤其是在偏远地区，此类快速检测更是难以开展。

目前，针对致病微生物的主流检测方法主要有：(1)培养镜检法，即通过样本的采集并使用不同的选择性培养基进行扩繁，再挑取培养基上的菌落进行显微镜下分析。但该方法需要研究人员有极其丰富的经验，耗时较长，培养所需的时间往往从数天到数周，工作效率很低。(2)免疫分析法，即通过免疫高等动物，产生相应的特异性抗体，再利用抗体和抗原的特异性识别反应来捕获待测物，但传统的酶联免疫法(ELISA)或免疫荧光法(IFA/DFA)的分析耗时较长，且受到抗体供应的限制，对于大量尚无商业化抗体的微生物则无法检测到。(3)分子生物学检测法，包括实时定量PCR和DNA微阵列技术等，都是利用了特异性核酸探针，可以准确地鉴定目标微生物，且具有灵敏度高和快速方便的特点，也是目前常用的检测手段，但往往依赖庞大昂贵的设备和专业的操作人员。因此，当前在针对致病微生物的实际卫生检测工作中，存在的一个严重问题是：在现场采集样品后，依据现有的分析技术均无法快速得出结果，往往需要送到省会城市的实验室进行分析测试，不但需要耗时数天乃至数周，而且价格昂贵，不利于卫生执法工作的现场开展。因此亟需一种具有便携、快速和低成本特性的检测技术，能够在现场得出结果。近年来世界卫生组织(WHO)也开始提倡建立一种新的快速诊断概念：现场快速检测(Point-of-care test,POCT)，即便携性强、成本低廉、样本需求量低和操作简单，目标是在现场快速得出诊断结论。POCT的实现则依赖于将传统的免疫学和分子生物学等分析方法在新的技术平台上加以改进和整合。

因此，未来的技术发展主要集中在检测仪器的微型化、便携性和高通量上。当前的微生物检测的发展趋势是：(1)便携性强，以满足现场快速布置的需要；(2)检测通量高，以满足针对多种微生物并行分析的需要；(3)制造简单且成本低，以满足大范围普及应用的需要。

仪器设备的微型化集中体现在微流控芯片技术平台，该技术在医学、生物和环境检测分析领域有着巨大的应用潜力，以微流控芯片为基础的微型生物分析仪和传感器是未来公共卫生快速检测技术的一大发展趋势。

微流控芯片技术，或称微机电技术(MEMS)，兴起于上世纪末期，该技术集成了生物学、化学、医学、微机电和微加工技术，通过在聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、单晶硅和玻璃等材料上构建精密尺寸的微管道、阀门和腔室，由于芯片内部管道和腔室的尺寸通常在微米甚至纳米尺度，因此反应所需的样本量和试剂消耗量都极低(比常规检测方法降低数倍至数百倍)，适合于对稀少样本的检测。试剂和样本的消耗量可比常规方法降低数十倍。此外，微小体系中的流体具有很多新的特性，例如芯片内的化学反应速率往往比常规反应高一至两个数量级，很多常规方法需要数小时的反应，在芯片内部仅需数分钟或数秒钟。可见，微流控芯片是一种能将传统检验分析技术微缩化的新型平台，这些芯片的体积往往只有数平方厘米，重量约数十克，特别便于携带，适合于现场快速检测分析、现场得出结果。

相比于常规技术，微流控芯片的优势主要有：

(1)体积小。微型化的反应单元所需的试剂和样品消耗量很低，能够极大地降低成本；同时，微小的芯片便于携带，有利于现场检测的应用；

(2)成本低。芯片聚合物材料成本低廉，且应用模板技术制造，适合大规模生产；

(3)速度快。在微流控芯片中进行微升乃至纳升级的生物化学反应，传质和传热效率更高，分子碰撞的概率更大，反应速度更快；

(4)集成化和自动化程度高。通过微加工技术，可以方便地在芯片内整合多个反应单元，从而有利于实现高通量并行检测；

(5)兼容性好。易于与其它分析技术，如微电极、生物传感器技术相整合。