CN109306323A - 一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片及其制备方法，其包括检测芯片、玻璃片和磁铁固定芯片，所述检测芯片设置在所述玻璃片的上方，并且所述检测芯片与所述玻璃片为不可逆封合，所述磁铁固定芯片设置在所述玻璃片的下方，所述磁铁固定芯片与所述玻璃片为可逆封合；所述检测芯片平行设置有至少一个检测通道；所述磁铁固定芯片包括磁铁固定槽和磁铁。采用可逆封接方式连接磁铁固定芯片，使玻璃片下方的磁铁固定芯片能够重复循环使用，简化了因磁场介入而变得复杂的微流控芯片的设计和制作，因利用免疫磁珠作为固定相，使制作该微流控芯片无需对通道和检测室前处理，该芯片可实现对细胞、细菌、病毒等灵敏快速的高通量检测。
Description
技术领域
本发明属于生物技术领域，具体涉及一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片及其制备方法。
背景技术
微流控芯片技术是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全***，由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械学科交叉的崭新研究领域。微流控分析芯片是通过微细加工技术将微管道、微泵、微阀、微储液器、微电极、微检测元件、窗口和连接器等功能元件像集成电路一样，使它们集成在芯片材料上的微全分析***，也被称为芯片实验室。
现有技术中，传统的微流控芯片是以聚二甲基硅氧烷(PDMS)为材料设计加工出不同规格的PDMS-PDMS芯片和PDMS-玻璃芯片，这种传统的微流控芯片富集检测灵敏度不高、特异性不够，为了提高芯片的特异性和灵敏度，需在芯片的检测室设计出利于富集的图案、通道表面的硅烷化处理、制作出固定微颗粒的孔、柱塞或者阵列等，这些处理无疑增加了对芯片设计制作人员的难度，也增加了制作成品芯片的时间。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片及其制备方法。
本发明提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片，其包括检测芯片、玻璃片和磁铁固定芯片，所述检测芯片设置在所述玻璃片的上方，并且所述检测芯片与所述玻璃片为不可逆封合，所述磁铁固定芯片设置在所述玻璃片的下方，所述磁铁固定芯片与所述玻璃片为可逆封合；所述检测芯片平行设置有至少一个检测通道，所述检测通道包括依次连通的进样口、进样通道、检测室、出样通道和出样口；所述磁铁固定芯片包括磁铁固定槽和磁铁，所述磁铁固定槽与所述检测室对应设置并且用于固定所述磁铁。
优选地，所述检测芯片和所述磁铁固定芯片的材料均为聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种。
本发明还提供了一种上述方案中的磁力微流控芯片的制备方法，该方法为：制备检测芯片光刻掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版；采用PDMS混合液浇铸所述检测芯片掩膜版，获得检测芯片；采用PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片掩膜版，获得磁铁固定芯片；封合所述检测芯片和所述磁铁固定芯片，获得磁力微流控芯片。
上述方案中，所述制备检测芯片光刻掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版，具体为：绘制掩膜版，采用旋涂法在硅片表面均匀涂覆光刻胶并进行前烘处理，将所述掩膜版置于所述前烘后的硅片上进行曝光和后烘处理，对所述后烘后的硅片进行显影处理，显影后清洗吹干，获得光刻掩膜版。
其中，所述掩膜版为检测芯片掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版中的一种；所述光刻掩膜版为检测芯片光刻掩膜版或者磁铁固定芯片掩膜版。
其中，所述前烘处理的烘干温度为95℃，烘干时间为10min；所述后烘处理的烘干温度为95℃，烘干时间为5min；所述显影处理的显影时间为3min。
上述方案中，所述采用PDMS混合液浇铸所述检测芯片掩膜版，获得检测芯片，具体为：将PDMS的A液和PDMS的B液按10:1的比例混合均匀，获得PDMS混合液；采用所述PDMS混合液浇铸所述检测芯片光刻掩膜版，真空脱除所述PDMS混合液内部的空气后进行烘干处理，获得检测芯片。
上述方案中，所述采用PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片掩膜版，获得磁铁固定芯片，具体为：将PDMS的A液和PDMS的B液按10:1的比例混合均匀，获得PDMS混合液；采用所述PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片光刻掩膜版，真空脱除所述PDMS混合液内部的空气后进行烘干处理，获得磁铁固定芯片。
其中，所述烘干处理的烘干温度为80℃，烘干时间为30min。
上述方案中，所述封合所述检测芯片和所述磁铁固定芯片，获得磁力微流控芯片，具体为：对玻璃片的上表面进行等离子化处理；对所述检测芯片进行等离子清洗，将所述检测芯片的等离子化表面与所述玻璃片的等离子化表面结合；将所述磁铁固定芯片与所述玻璃片的下表面结合，获得磁力微流控芯片。
与现有技术相比，本发明提供了一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片及其制备方法，其包括检测芯片、玻璃片和磁铁固定芯片，所述检测芯片设置在所述玻璃片的上方，所述磁铁固定芯片设置在所述玻璃片的下方；所述检测芯片平行设置有至少一个检测通道，所述检测通道包括依次连通的进样口、进样通道、检测室、出样通道和出样口，并且所述检测芯片与所述玻璃片为不可逆封合；所述磁铁固定芯片包括磁铁固定槽和磁铁，所述磁铁固定槽与所述检测室对应设置并且用于固定所述磁铁，所述磁铁固定芯片与所述玻璃片为可逆封合，这样，采用可逆封接方式连接磁铁固定芯片，使玻璃片下方的磁铁固定芯片能够重复循环使用，简化了因磁场介入而变得复杂的微流控芯片的设计和制作，使制作该微流控芯片无需进行通道和室前处理，该微流控芯片设计简单、制作、加工方便，同时利用该微流控芯片可实现对细胞、细菌、病毒等的高通量检测；使用该磁力微流控芯片进行细菌捕获，在芯片外完成磁珠表面抗体修饰后再通入芯片，避免抗体吸附于芯片内的非检测区域，又有利于固相载体免疫磁珠在体外的批量制作；修饰后的免疫磁珠能够在4度冰箱中保存一段时间，有利于在使用芯片检测室，能随时取用保存的磁珠通入芯片中，进一步减少了检测样品的时间；亲和素化磁珠将生物素化抗体固定于磁珠表面，使抗体与磁珠结合牢固，还能保证抗体的抗原结合位点与抗原更好的结合，提高了抗原抗体结合效率；该检测方法具有提高了检测的高效特异性、灵敏度、降低样品和试剂的消耗、减少了外部环境的污染，并且能多通道自动高效的重复实验，同时，基于微尺度下的流体动力学，该检测方法结合反应加快，检测时间缩短，并且对于稀少的样品也可能达到很好的捕获率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片中检测芯片的CAD设计图；
图3为本发明实施例提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片中磁铁固定芯片的CAD设计图；
图4为本发明实施例提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片的实施例1的捕获率结果图。
附图标记如下：
1——检测芯片、11——进样口、12——进样通道、13——检测室、14——出样通道、15——出样口、2——玻璃片、3——磁铁固定芯片、31——磁铁固定槽、32——磁铁。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片，其包括检测芯片1、玻璃片2和磁铁固定芯片3，所述检测芯片1设置在所述玻璃片2的上方，并且所述检测芯片1与所述玻璃片2为不可逆封合，所述磁铁固定芯片3设置在所述玻璃片2的下方，所述磁铁固定芯片3与所述玻璃片2为可逆封合；所述检测芯片1平行设置有至少一个检测通道，所述检测通道包括依次连通的进样口11、进样通道12、检测室13、出样通道14和出样口15；所述磁铁固定芯片3包括磁铁固定槽31和磁铁32，所述磁铁固定槽31与所述检测室13对应设置并且用于固定所述磁铁32。
其中，进样通道12为直线型，尺寸200μm×10000μm；出样通道14为直线型，尺寸200μm×15000μm；检测室13为跑道型。
其中，所述检测芯片1和所述磁铁固定芯片3的材料均为聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种。
本发明实施例还提供了一种上述方案中的磁力微流控芯片的制备方法，该方法为：
制备检测芯片光刻掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版，具体为：
按照检测芯片CAD设计图绘制检测芯片掩膜版，检测芯片CAD设计图如图2所示，采用旋涂法在硅片表面均匀涂覆光刻胶并置于95℃的加热平板上烘烤10min进行前烘处理，将所述检测芯片掩膜版置于所述前烘后的硅片上进行曝光处理，曝光后将硅片置于95℃的加热平板上烘烤5min进行后烘处理，对经后烘处理后的硅片进行显影处理，置于显影液中3min后，去除硅片表面的光刻胶再用无水乙醇冲洗，冲洗干净用高纯氮气吹干，获得检测芯片光刻掩膜版；
按照磁铁固定芯片CAD设计图绘制检测芯片掩膜版，磁铁固定芯片CAD设计图如图3所示，采用旋涂法在硅片表面均匀涂覆光刻胶并置于95℃的加热平板上烘烤10min进行前烘处理，将所述磁铁固定芯片掩膜版置于所述前烘后的硅片上进行曝光处理，曝光后将硅片置于95℃的加热平板上烘烤5min进行后烘处理，对经后烘处理后的硅片进行显影处理，置于显影液中3min后，去除硅片表面的光刻胶再用无水乙醇冲洗，冲洗干净用高纯氮气吹干，获得磁铁固定芯片光刻掩膜版。
所述采用PDMS混合液浇铸所述检测芯片掩膜版，获得检测芯片，具体为：将PDMS的A液和PDMS的B液按10:1的比例混合均匀，获得PDMS混合液；采用所述PDMS混合液浇铸所述检测芯片光刻掩膜版，采用真空泵除去所述PDMS混合液内部的空气后并进行烘干处理，烘干温度80℃，烘干时间30min，待PDMS混合液凝固后切割获得检测芯片。
所述采用PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片掩膜版，获得磁铁固定芯片，具体为：将PDMS的A液和PDMS的B液按10:1的比例混合均匀，获得PDMS混合液；采用所述PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片光刻掩膜版，采用真空泵除去所述PDMS混合液内部的空气后并进行烘干处理，烘干温度80℃，烘干时间30min，待PDMS混合液凝固后切割获得磁铁固定芯片。
所述封合所述检测芯片和所述磁铁固定芯片，获得磁力微流控芯片，具体为：对玻璃片的上表面进行等离子化处理；将检测芯片置于等离子清洗机中等离子清洗30秒，将所述检测芯片的等离子化表面与所述玻璃片的等离子化表面结合，即完成检测芯片与玻璃片的不可逆封合；将所述磁铁固定芯片与所述玻璃片的下表面结合，即完成磁铁固定芯片与玻璃片的可逆封合，获得磁力微流控芯片。
同现有微流控芯片相比，本发明主要有以下技术优势：采用可逆封接方式连接磁铁固定芯片，使玻璃片下方的磁铁固定芯片能够重复循环使用，简化了因磁场介入而变得复杂的微流控芯片的设计和制作，使制作该微流控芯片无需进行通道和室前处理，该微流控芯片设计简单、制作、加工方便，同时利用该微流控芯片可实现对细胞、细菌、病毒等的高通量检测。
实施例1
采用本发明提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片进行捕获肺炎链球菌，其具体过程如下：
步骤1：封合磁铁固定芯片：将检测芯片不可逆封接于玻璃片的上方，将磁铁固定芯片可逆封接于玻璃片的下方，使所述磁铁固定芯片内的磁铁与所述检测芯片的检测室相对应；之后，采用1％的牛血清白蛋白以10μL/min的流速对所述检测芯片的通道进行封闭处理；
步骤2：采用肺炎链球菌抗体对免疫磁珠进行表面抗体修饰，获得修饰后的免疫磁珠，将修饰后的所述免疫磁珠以10μL/min的流速通入所述检测芯片的通道，使所述免疫磁珠被所述磁铁固定；之后，采用磷酸盐缓冲溶液以10μL/min的流速对所述检测芯片的通道进行第一次清洗，以除去通道中未被固定的磁珠；
步骤3：对待测的肺炎链球菌菌悬液进行荧光染色处理，控制荧光染色处理后的所述待测的肺炎链球菌菌悬液以5μL/min的流速流经修饰后的所述免疫磁珠；之后，采用磷酸盐缓冲溶液以10μL/min的流速对所述检测芯片的通道进行第二次清洗，以除去未被所述免疫磁珠捕获的细菌；移除玻璃片下方的所述磁铁固定芯片，采用倒置荧光显微镜检测所述免疫磁珠的荧光信号，所述免疫磁珠出现待测的肺炎链球菌的荧光信号即待测的肺炎链球菌被免疫磁珠所捕获。
采用上述微流控芯片对大肠埃希菌进行捕获，作为对比实验，具体为：对待测的大肠埃希菌菌悬液进行荧光染色处理，控制荧光染色处理后的所述待测的大肠埃希菌菌悬液以5μL/min的流速流经修饰后的所述表面修饰肺炎链球菌抗体的免疫磁珠；之后，采用磷酸盐缓冲溶液以10μL/min的流速对所述检测芯片的通道进行第二次清洗，以除去未被所述免疫磁珠捕获的细菌；移除玻璃片下方的所述磁铁固定芯片，采用倒置荧光显微镜检测所述免疫磁珠的荧光信号，所述免疫磁珠出现待测的大肠埃希菌的荧光信号即待测的大肠埃希菌被免疫磁珠所捕获。
另外，对该微流控芯片捕获细菌的效果进行定量计算，将肺炎链球菌菌悬液和大肠埃希菌菌悬液通入该微流控芯片，收集经磁力微流控芯片捕获前的菌悬液和经磁力微流控芯片捕获后的菌悬液，并采用平板培养法分别进行细菌培养，通过计算经磁力微流控芯片捕获前后的菌悬液的菌落个数的比值，得出该磁力微流控芯片对肺炎链球菌的捕获率，捕获率计算公式如下：
本发明提供的一种磁力微流控芯片的制备方法的实施例1的捕获率结果图，如图4所示，采用本发明提供的微流控芯片，通入表面修饰肺炎链球菌的免疫磁珠，分别对肺炎链球菌和大肠埃希菌进行捕获测试，由图可以看出，待测的菌悬液浓度分别为1.5×106CFU/mL、1.5×105CFU/mL、1.5×104CFU/mL、1.5×103CFU/mL、1.5×102CFU/mL、1.5×101CFU/mL，该微流控芯片对肺炎链球菌的捕获率均达到90％以上，而对大肠埃希菌的捕获率无限接近0％，说明通入表面修饰肺炎链球菌的免疫磁珠进行细菌捕获时，该微流控芯片仅捕获肺炎链球菌，而对大肠埃希菌几乎没有捕获，可见，采用该微流控芯片进行细菌捕获具有高效特异性和灵敏度，同时，提高了抗原抗体结合效率。
综上所述，采用本发明提供的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片进行捕获细菌与采用传统微流控芯片进行捕获细菌的对比结果，如下表所示：
| 磁力微流控芯片检测 | 传统检测方法 | |
| 检测时间 | 2小时以内 | 2天或2天以上 |
| 细菌培养条件 | 无需培养 | 培养条件苛刻 |
| 服用抗生素对其影响 | 无影响 | 结果可能假阴性 |
| 成本 | 低 | 高 |
| 检测场地 | 易携带 | 需在实验室完成检测 |
可见，同采用传统微流控芯片进行捕获细菌的方法相比，本发明主要有以下技术优势：采用可逆封接的磁铁固定芯片，使检测过程操作更加简单；在芯片外完成磁珠表面抗体修饰后再通入芯片，避免抗体吸附于芯片内的非检测区域，又有利于固相载体免疫磁珠在体外的批量制作；修饰后的免疫磁珠能够在4度冰箱中保存一段时间，有利于在使用芯片检测室，能随时取用保存的磁珠通入芯片中，进一步减少了检测样品的时间；亲和素化磁珠将生物素化抗体固定于磁珠表面，使抗体与磁珠结合牢固，还能保证抗体的抗原结合位点与抗原更好的结合，提高了抗原抗体结合效率；该检测方法提高了检测的高效特异性、灵敏度、降低样品和试剂的消耗、减少了外部环境的污染，并且能多通道自动高效的重复实验，同时，基于微尺度下的流体动力学，该检测方法结合反应加快，检测时间缩短，并且对于稀少的样品也可能达到很好的捕获率。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片，其特征在于，其包括检测芯片、玻璃片和磁铁固定芯片，所述检测芯片设置在所述玻璃片的上方，并且所述检测芯片与所述玻璃片为不可逆封合，所述磁铁固定芯片设置在所述玻璃片的下方，所述磁铁固定芯片与所述玻璃片为可逆封合；所述检测芯片平行设置有至少一个检测通道，所述检测通道包括依次连通的进样口、进样通道、检测室、出样通道和出样口；所述磁铁固定芯片包括磁铁固定槽和磁铁，所述磁铁固定槽与所述检测室对应设置并且用于固定所述磁铁。
2.根据权利要求1所述的一种用于捕获细菌的磁力微流控芯片，其特征在于，所述检测芯片和所述磁铁固定芯片的材料均为聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯中的一种。
3.一种如权利要求1-2的磁力微流控芯片的制备方法，其特征在于，该方法为：制备检测芯片光刻掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版；采用PDMS混合液浇铸所述检测芯片掩膜版，获得检测芯片；采用PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片掩膜版，获得磁铁固定芯片；封合所述检测芯片和所述磁铁固定芯片，获得磁力微流控芯片。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述制备检测芯片光刻掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版，具体为：绘制掩膜版，采用旋涂法在硅片表面均匀涂覆光刻胶并进行前烘处理，将所述掩膜版置于所述前烘后的硅片上进行曝光和后烘处理，对所述后烘后的硅片进行显影处理，显影后清洗吹干，获得光刻掩膜版。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述掩膜版为检测芯片掩膜版和磁铁固定芯片掩膜版中的一种；所述光刻掩膜版为检测芯片光刻掩膜版或者磁铁固定芯片掩膜版。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述前烘处理的烘干温度为95℃，烘干时间为10min；所述后烘处理的烘干温度为95℃，烘干时间为5min；所述显影处理的显影时间为3min。
7.根据权利要求3或4中所述的制备方法，其特征在于，所述采用PDMS混合液浇铸所述检测芯片掩膜版，获得检测芯片，具体为：将PDMS的A液和PDMS的B液按10:1的比例混合均匀，获得PDMS混合液；采用所述PDMS混合液浇铸所述检测芯片光刻掩膜版，真空脱除所述PDMS混合液内部的空气后进行烘干处理，获得检测芯片。
8.根据权利要求7中所述的制备方法，其特征在于，所述采用PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片掩膜版，获得磁铁固定芯片，具体为：将PDMS的A液和PDMS的B液按10:1的比例混合均匀，获得PDMS混合液；采用所述PDMS混合液浇铸所述磁铁固定芯片光刻掩膜版，真空脱除所述PDMS混合液内部的空气后进行烘干处理，获得磁铁固定芯片。
9.根据权利要求8中所述的制备方法，其特征在于，所述烘干处理的烘干温度为80℃，烘干时间为30min。
10.根据权利要求8中所述的制备方法，其特征在于，所述封合所述检测芯片和所述磁铁固定芯片，获得磁力微流控芯片，具体为：对玻璃片的上表面进行等离子化处理；对所述检测芯片进行等离子清洗，将所述检测芯片的等离子化表面与所述玻璃片的等离子化表面结合；将所述磁铁固定芯片与所述玻璃片的下表面结合，获得磁力微流控芯片。
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