[发明专利]基于磁流变液技术的恒温扩增型太赫兹多通道微流控芯片及其用于病原菌检测的方法

权利要求书

1.基于磁流变液技术的恒温扩增型太赫兹多通道微流控芯片，其特征在于：包括滚环扩增反应模块、磁流变液交换模块、超材料纳米颗粒信号放大模块和微流体芯片结构，所述微流体芯片结构为设置有多条检测通道的“罗盘型”结构，中心设置有总入口，每条检测通道的最外侧设置有出口，每条检测通道由内至外依次连接有滚环扩增反应模块、磁流变液交换模块和超材料纳米颗粒信号放大模块；所述滚环扩增反应模块由两端设置有入口和出口的圆形腔室构成，滚环扩增反应模块的圆形腔室两侧的微流体管道上各设置有一个控制阀门；所述磁流变液交换模块位于滚环扩增反应模块和超材料纳米颗粒信号放大模块之间的微流体管道上，包含至少一个磁流变液管道；所述超材料纳米颗粒信号放大模块含有超材料，所述超材料由硅基底上周期性排列的金属开口谐振环组成；所述磁流变液材料由直径为8~10μm的可磁化固体和硅油组成；检测时向磁流变液管道中通入磁流变液材料，将扩增产物复合物通过吸附作用随磁流变液进入超材料纳米颗粒信号放大模块，由于滚环扩增反应体系中的水与磁流变液中的硅油不互溶，成功将滚环扩增反应体系中的水分离，仅有磁流变液中的硅油进入超材料纳米颗粒信号放大模块。

2.根据权利要求1所述基于磁流变液技术的恒温扩增型太赫兹多通道微流控芯片，其特征在于：所述磁流变液管道的内径为12~15μm，所述微流体管道的内径为15~20μm；所述磁流变液材料由直径为8~10μm的可磁化固体和硅油组成，所述可磁化固体的质量分数为20~40%，介电常数为40~70pf/mm。

3.根据权利要求1所述基于磁流变液技术的恒温扩增型太赫兹多通道微流控芯片，其特征在于：所述超材料纳米颗粒信号放大模块的硅片为450~500μm厚，硅片上的金膜为150~250 μm厚，每个周期由1~5个金属开口谐振环所组成，中间的缺口大小为3.5~5μm。

4.利用权利要求1~3任一项所述的微流控芯片在非疾病诊断中检测病原菌的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）探针设计：根据不同病原菌的16S rDNA序列设计与不同病原菌靶序列相匹配的锁式探针和捕获探针，所述锁式探针与病原菌靶序列连接形成滚环扩增的环形模板，所述捕获探针特异性识别并捕获病原菌靶序列滚环扩增产物；

（2）样本准备：将不同的病原菌培养后，提取不同病原菌的基因组DNA，形成含有不同病原菌靶序列的混合样本溶液；

（3）锁式探针与病原菌靶序列连接：在微流体芯片不同通道的滚环扩增反应模块底部固定针对某一特定病原菌的捕获探针，然后分别加入含有针对某一特定病原菌的锁式探针的溶液，然后通过芯片中央的总入口向各个腔室内注入等量的含有不同病原菌靶序列的混合样本溶液，在腔室内特定的锁式探针可与特定病原菌靶序列连接形成滚环扩增的环形模板；

（4）滚环扩增反应：分别通过滚环扩增反应模块腔室的入口注入滚环扩增反应所需试剂：Phi29DNA聚合酶、dNTPs混合液、BSA和反应buffer进行滚环扩增反应，反应后与模块底部包被的捕获探针结合固定，形成滚环扩增产物复合物，从滚环扩增反应模块腔室的入口注入纯水冲洗去除盐离子成分，从而对滚环扩增产物进行纯化，然后将纯化的滚环扩增产物复合物与纳米颗粒结合，形成“滚环扩增产物-纳米颗粒”聚合物；

（5）磁流变液反应：向磁流变液管道中通入磁流变液材料，控制磁流变液流速为2~3μL/min，“滚环扩增产物-纳米颗粒”通过吸附作用随磁流变液材料流入超材料纳米颗粒信号放大模块，去除样本中的水分子，待磁流变液材料完全吸附“滚环扩增产物-纳米颗粒”并进入超材料纳米颗粒信号放大模块后，通入强磁场产生磁流变液效应，使磁流变液变硬并沉降至超材料表面，导致超材料和磁流变液的介电常数增大；

（6）太赫兹检测：将传感器放入太赫兹时域光谱仪，在18～25℃下采用透射模式进行测量，光路中配置有密闭装置并冲入高浓度氮气使检测池相对湿度降至2%以下，并测量高阻硅的透射光谱作为样本的参考信号，在样本进入超材料纳米颗粒信号放大模块前后分别测量所述超材料纳米颗粒信号放大模块的透射光谱，根据共振频率位移判断不同病原菌。

5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于：所述病原菌为大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、鲍曼不动杆菌、肺炎链球菌、痢疾志贺菌、表皮葡萄球菌、粪肠球菌。