基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，其中，基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器包括入射光源、光纖準(zhǔn)直鏡、多通道準(zhǔn)直鏡、多通道光譜儀、透鏡和具有表面等離子體共振響應(yīng)特性的微流體芯片，微流體芯片上開(kāi)有流體微通道，微流體芯片內(nèi)設(shè)置有金屬膜陣列層，金屬膜陣列層上固定有多種微生物抗體層，透鏡緊貼在微流體芯片上位于金屬膜陣列層的一側(cè)，所述入射光源發(fā)出的光依次通過(guò)光纖準(zhǔn)直鏡和透鏡后照射至金屬膜陣列層，然后再通過(guò)透鏡反射至多通道準(zhǔn)直鏡后射入多通道光譜儀。本實(shí)用新型將微流體芯片和透鏡高度集成在一起，可一次檢測(cè)大量樣品的微生物種類及其所含不同成分的濃度，樣品無(wú)需標(biāo)記，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度高。
【專利說(shuō)明】基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，屬于工業(yè)測(cè)試和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，我們?nèi)粘５娘嬘盟笆澄锶绫晃⑸锼廴?，這些被污染的水和食物經(jīng)過(guò)口腔進(jìn)入腸道，會(huì)在腸道內(nèi)繁殖且散發(fā)毒素，破壞腸粘膜組織，引起腸道功能紊亂和損害，嚴(yán)重影響身體健康。人體一旦被感染，微生物蟲卵由患者糞便排出將再次感染他人，從而導(dǎo)致更大規(guī)模傳染疾病的爆發(fā)。傳統(tǒng)的微生物檢測(cè)方法主要包括平板計(jì)數(shù)方法、免疫分析方法和PCR方法等，平板計(jì)數(shù)方法將稀釋的微生物與培養(yǎng)基混合后生長(zhǎng)繁殖為多個(gè)菌落，通過(guò)對(duì)菌落計(jì)數(shù)確定微生物濃度；免疫分析方法通過(guò)探測(cè)微生物抗體和抗原之間的特異性結(jié)合反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)；PCR方法對(duì)微生物進(jìn)行裂解從而提取純化DNA，設(shè)計(jì)引物作用于寄生蟲卵特定編碼區(qū)域并對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)增，從而實(shí)現(xiàn)微生物的鑒別和數(shù)目檢測(cè)。這幾種方法的共同缺點(diǎn)是耗時(shí)長(zhǎng)、涉及繁瑣的生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、需要多種化學(xué)試劑和專業(yè)人員參與，無(wú)法滿足快速準(zhǔn)確的微生物檢測(cè)需求。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，它將微流體芯片和透鏡高度集成在一起，可一次檢測(cè)大量樣品的微生物種類及其所含不同成分的濃度，樣品無(wú)需標(biāo)記，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度高。
[0004]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題采取的技術(shù)方案是:一種基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，包括入射光源、光纖準(zhǔn)直鏡、多通道準(zhǔn)直鏡和多通道光譜儀，還包括透鏡和具有表面等離子體共振響應(yīng)特性的微流體芯片，微流體芯片上開(kāi)有帶流體進(jìn)口和流體出口的流體微通道，微流體芯片內(nèi)設(shè)置有金屬膜陣列層，并且金屬膜陣列層位于流體微通道的下表面上，金屬膜陣列層上固定有多種微生物抗體層，透鏡緊貼在微流體芯片上位于金屬膜陣列層的一側(cè)，所述入射光源發(fā)出的光依次通過(guò)光纖準(zhǔn)直鏡和透鏡后照射至金屬膜陣列層，然后再通過(guò)透鏡反射至多通道準(zhǔn)直鏡后射入多通道光譜儀。
[0005]進(jìn)一步，所述微流體芯片的基體和透鏡均采用聚二甲基硅氧烷材料制成。
[0006]進(jìn)一步，所述的金屬膜陣列層和微生物抗體層之間由里向外還依次設(shè)置有自組裝單分子層和蛋白G層。
[0007]進(jìn)一步，所述的透鏡為三棱透鏡。
[0008]更進(jìn)一步，所述的金屬膜陣列層為金膜陣列層。
[0009]采用了上述技術(shù)方案后，入射光會(huì)在透鏡和金屬膜陣列層交界面發(fā)生全內(nèi)反射，當(dāng)產(chǎn)生的倏失波和金屬內(nèi)的表面等離子體波具有相同的波矢時(shí)，會(huì)形成表面等離子體共振，共振時(shí)，界面處的全反射條件被破壞，反射率出現(xiàn)最小值，出現(xiàn)最小位置的點(diǎn)即為共振角或者共振波長(zhǎng)，微流體芯片的共振波長(zhǎng)位置對(duì)金屬膜陣列層另一側(cè)電解質(zhì)的折射率非常敏感，測(cè)量時(shí)，將具有特異結(jié)合和識(shí)別屬性的抗體固定于金屬膜陣列層表面，當(dāng)流樣中某種微生物流經(jīng)金屬膜陣列層表面，若該微生物上具有與此抗體對(duì)應(yīng)的抗原，抗原和抗體結(jié)合，將改變金屬膜陣列層表面的液樣的折射率，從而會(huì)引起共振波長(zhǎng)的變化，不同種類微生物上的抗原和對(duì)應(yīng)抗體結(jié)合，引起的折射率變化量不同，因而產(chǎn)生不同的共振波長(zhǎng)變化。即使同一種微生物，其濃度不同，也會(huì)產(chǎn)生不同的共振波長(zhǎng)變化，通過(guò)這種變化就可以得到微生物的種類和濃度。本實(shí)用新型將微流體芯片和透鏡高度集成在一起，可一次檢測(cè)大量樣品的微生物種類及其所含不同成分的濃度，樣品無(wú)需標(biāo)記，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為本實(shí)用新型的基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖2為本實(shí)用新型中不同折射率下微流體芯片的共振曲線；
[0012]圖3為本實(shí)用新型中微流體芯片的共振波長(zhǎng)偏移量隨大腸桿菌濃度變化曲線；
[0013]圖4為金屬膜陣列層表面抗原抗體結(jié)合原理圖；
[0014]圖5為微流體芯片的加工流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0016]如圖1~5所不,一種基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器,包括入射光源6、光纖準(zhǔn)直鏡7、多通道準(zhǔn)直鏡4和多通道光譜儀5，還包括透鏡3和具有表面等離子體共振響應(yīng)特性的微流體芯片2，微流體芯片2上開(kāi)有帶流體進(jìn)口和流體出口的流體微通道2-4，微流體芯片2內(nèi)設(shè)置有金屬膜陣列層2-1，并且金屬膜陣列層2-1位于流體微通道2-4的下表面上，金屬膜陣列層2-1上固定有多種微生物抗體層9，透鏡3緊貼在微流體芯片2上位于金屬膜陣列層2-1的一側(cè)，入射光源6發(fā)出的光依次通過(guò)光纖準(zhǔn)直鏡7和透鏡3后照射至金屬膜陣列層2-1，然后再通過(guò)透鏡3反射至多通道準(zhǔn)直鏡4后射入多通道光譜儀5。
[0017]微流體芯片2的基體和透鏡3均采用PDMS材料制成。本實(shí)用新型采用同樣材質(zhì)的微流體芯片2和透鏡3高度集成在一起，采用PDMS材料，無(wú)需使用折射率匹配油，透鏡易于和微流體芯片無(wú)縫集成，且成本更低。
[0018]為了提高表面等離子體共振儀的檢測(cè)靈敏度，需要對(duì)固定在金屬膜陣列層2-1上的微生物抗體層9的方向進(jìn)行控制。
[0019]為了使得某些微生物抗體層9 (例如:大腸桿菌抗體)與金屬膜陣列層2-1緊密連接，需要基質(zhì)層物質(zhì)將微生物抗體層9與金屬膜陣列層2-1偶聯(lián)起來(lái)。如圖4所示，金屬膜陣列層2-1和微生物抗體層9之間由里向外還依次設(shè)置有自組裝單分子層11和蛋白G層10。首先用異丙醇清洗金屬膜陣列層2-1表面，以除掉上面雜質(zhì)，然后將金屬膜陣列層2-1浸入含有11-巰基十一烷酸的丙三醇和乙醇混合液中，放置12小時(shí)以上，11-巰基十一烷酸中的巰基與金屬原子結(jié)合形成牢固的共價(jià)鍵，從而在金屬膜陣列層2-1表面形成自組裝單分子層11，緊接著將金屬膜陣列層2-1置于含有二氯乙烷的水和乙醇混合溶液2個(gè)小時(shí)以上，以活化ll-巰基^^一烷酸的羧基。將含有10mg/L蛋白G、0.14M/1氯化鈉和0.02%硫汞撒PBS的PBS磷酸鹽緩沖液滴在金屬膜陣列層2-1表面，反應(yīng)2小時(shí)以上，在自組裝單分子層11上形成蛋白G層10，然后將含有微生物抗體的PBS緩沖液滴在蛋白G層10上。2小時(shí)后，用PBS緩沖液清洗膜層表面，并在含有0.1 %多聚甲醛-吐溫20溶液的PBS緩沖液中培育20分鐘，使得微生物的抗原易于和金屬膜陣列層2-1上的抗體結(jié)合。
[0020]如圖1所示，透鏡3為三棱透鏡。
[0021]金屬膜陣列層2-1為金膜陣列層。
[0022]圖3可以看出，大腸桿菌濃度越高，共振波長(zhǎng)變換量越大，兩者基本上成線性關(guān)系實(shí)際測(cè)量時(shí)，實(shí)現(xiàn)通過(guò)標(biāo)定得到變化曲線，然后通過(guò)測(cè)量共振波長(zhǎng)變換量即可反演得到大腸桿菌的濃度，其他微生物的濃度的推演方法也與其類似。
[0023]基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器的表面等離子體共振微生物檢測(cè)方法，該方法的步驟如下:
[0024]I)將帶有微生物的待檢測(cè)液樣通過(guò)過(guò)濾器I過(guò)濾后，從流體進(jìn)口進(jìn)入流體微通道2-4，當(dāng)待檢測(cè)液樣中的某種微生物流經(jīng)金屬膜陣列層2-1時(shí)，金屬膜陣列層2-1上的該種微生物抗體層9與待檢測(cè)液樣中的該種微生物的抗原結(jié)合，其余液樣則從流體出口流出；
[0025]2)啟動(dòng)入射光源6，入射光源發(fā)出入射光經(jīng)過(guò)光纖準(zhǔn)直鏡7準(zhǔn)直后，通過(guò)透鏡3平行地投射至金屬膜陣列層2-1上并在透鏡3和金屬膜陣列層2-1的交界面發(fā)生全內(nèi)反射，反射光通過(guò)透鏡3射入多通道準(zhǔn)直鏡4后進(jìn)入多通道光譜儀5 ；
[0026]3)通過(guò)分析多通道光譜儀5測(cè)量得到的某種微生物的抗原和抗體結(jié)合前后的反射光強(qiáng)/波長(zhǎng)曲線上共振峰位置的變化，即可得知待檢測(cè)液樣中微生物的類型和濃度。
[0027]微流體芯片2的制作方法如下:
[0028]I)在固化后的第一微流體芯片基體2-2上涂上AZ光刻膠13，經(jīng)過(guò)光刻和顯影工序后，將掩膜板12上的圖形轉(zhuǎn)移到AZ光刻膠13上；
[0029]2)采用電子束蒸鍍工藝在AZ光刻膠13上鍍上金屬膜，然后采用剝離工藝除掉AZ光刻膠13及其上的金屬膜，從而在第一微流體芯片基體2-2上獲得金屬膜陣列層2-1 ；
[0030]3)在硅襯底15上涂SU-8光刻膠14，通過(guò)光刻和顯影工序，在硅襯底15上獲得流體微通道模板14 ；
[0031]4)將PDMS材料倒在流體微通道模板14上，經(jīng)過(guò)固化后將流體微通道2_4轉(zhuǎn)移到第二微流體芯片基體2-3上；
[0032]5)采用氧等離子體處理含有金屬膜陣列層2-1的第一微流體芯片基體2-2和含有流體微通道2-4的第二微流體芯片基體2-3表面，從而粘合在一起，即得到需要的微流體芯片2。
[0033]第一微流體芯片基體2-2和第二微流體芯片基體2-3均采用PDMS材料制成。
[0034]SPR指的是表面等離子體共振。
[0035]本實(shí)用新型的工作原理如下:
[0036]啟動(dòng)入射光源后，入射光會(huì)在透鏡3和金屬膜陣列層2-1交界面發(fā)生全內(nèi)反射，當(dāng)產(chǎn)生的倏失波和金屬內(nèi)的表面等離子體波具有相同的波矢時(shí)，會(huì)形成表面等離子體共振，共振時(shí)，界面處的全反射條件被破壞，反射率出現(xiàn)最小值，出現(xiàn)最小位置的點(diǎn)即為共振角或者共振波長(zhǎng)，微流體芯片的共振波長(zhǎng)位置對(duì)金屬膜陣列層2-1另一側(cè)電解質(zhì)的折射率非常敏感，測(cè)量時(shí)，將具有特異結(jié)合和識(shí)別屬性的抗體固定于金屬膜陣列層2-1表面，當(dāng)流樣中某種微生物流經(jīng)金屬膜陣列層2-1表面，若該微生物上具有與此抗體對(duì)應(yīng)的抗原，抗原和抗體結(jié)合，將改變金屬膜陣列層2-1表面的液樣的折射率，從而會(huì)引起共振波長(zhǎng)的變化，不同種類微生物上的抗原和對(duì)應(yīng)抗體結(jié)合，引起的折射率變化量不同，因而產(chǎn)生不同的共振波長(zhǎng)變化。即使同一種微生物，其濃度不同，也會(huì)產(chǎn)生不同的共振波長(zhǎng)變化，通過(guò)這種變化就可以得到微生物的種類和濃度。本實(shí)用新型將微流體芯片2和透鏡3高度集成在一起，可一次檢測(cè)大量樣品的微生物種類及其所含不同成分的濃度，樣品無(wú)需標(biāo)記，檢測(cè)速度快，檢測(cè)精度高。
[0037]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，包括入射光源(6)、光纖準(zhǔn)直鏡(7)、多通道準(zhǔn)直鏡(4)和多通道光譜儀(5)，其特征在于:還包括透鏡(3)和具有表面等離子體共振響應(yīng)特性的微流體芯片(2)，微流體芯片(2)上開(kāi)有帶流體進(jìn)口和流體出口的流體微通道(2-4)，微流體芯片(2)內(nèi)設(shè)置有金屬膜陣列層(2-1)，并且金屬膜陣列層(2-1)位于流體微通道(2-4)的下表面上，金屬膜陣列層(2-1)上固定有多種微生物抗體層(9)，透鏡(3)緊貼在微流體芯片(2)上位于金屬膜陣列層(2-1)的一側(cè)，所述入射光源(6)發(fā)出的光依次通過(guò)光纖準(zhǔn)直鏡(7)和透鏡(3)后照射至金屬膜陣列層(2-1)，然后再通過(guò)透鏡(3)反射至多通道準(zhǔn)直鏡(4)后射入多通道光譜儀(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，其特征在于:所述的微流體芯片(2)的基體和透鏡(3)均采用聚二甲基硅氧烷材料制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，其特征在于:所述的金屬膜陣列層(2-1)和微生物抗體層(9)之間由里向外還依次設(shè)置有自組裝單分子層(11)和蛋白G層(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，其特征在于:所述的透鏡(3)為三棱透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流體芯片的微生物檢測(cè)儀器，其特征在于:所述的金屬膜陣列層(2-1)為金膜陣列層。
【文檔編號(hào)】G01N21/41GK203465191SQ201320395021
【公開(kāi)日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月4日
【發(fā)明者】黃偉, 李豐, 雷磊, 張大偉 申請(qǐng)人:丹陽(yáng)聚辰光電科技有限公司