一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片及其应用的制作方法

文档序号:39919493发布日期:2024-11-08 20:11阅读:49来源:国知局
一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片及其应用的制作方法

本发明涉及水质检测领域,更具体地涉及一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片及其应用。


背景技术:

1、饮用水是日常生活中不可或缺的一部分,其水质的高低影响人们的生活,因此需要对其做专业的水质检测分析。微生物污染是饮用水中的主要危害,其中大肠菌群是导致水源污染的主要病菌,大肠菌群超标,不能直接饮用,特别是孩子、老人,由于身体抵抗力比较差,会对身体造成严重性危害。当前饮用水常采用氯化物和紫外线进行消毒,大肠杆菌受到长此以往的氯化物和紫外线环境胁迫,会进入活的不可培养(viable butnonculturable,vbnc)状态来提高自身存活率,研究发现vbnc大肠杆菌仍然保持着代谢活性,且具有毒性,此外vbnc状态在条件合适的时候可以被逆转。大肠杆菌检测的金标准是平板法,会漏检vbnc大肠杆菌,从而低估饮用水中大肠杆菌的数量,一旦大量vbnc大肠杆菌进入到人类的食物链中,在体内复苏,发挥其毒力活性,从而给人类的健康带来危害。因此,有效检测饮用水中vbnc大肠杆菌是该领域的研究热点。

2、vbnc细菌的检测方法包括:呼吸检测法、live/dead细胞染色法、分子生物学等。这些方法已经验证可以定性或者定量检测vbnc大肠杆菌,但仍然存在实验室中步骤繁多,操作复杂,耗时,易受环境因素影响等问题,分子生物学的发展使得分子手段检测细菌成为大势所趋。通过检测vbnc细菌特定基因,可准确地确定vbnc细菌的存在。此类方法具有高灵敏性和特异性,但需要特定的实验设备和技术,且操作过程步骤繁琐,操作过程可能会引入外界污染。

3、目前虽然已经研发一系列微流控芯片用于核酸检测,例如液滴pcr或者数字pcr,可以实现绝对定量,因此在细菌检测方面有广泛的应用。然而这些方法通常缺乏真实样本的前处理步骤,因此不能直接检测实际样本。此外水质样品中vbnc菌含量较少,会导致检测灵敏度低,所以不能被广泛应用。


技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片,从而解决现有技术存在的步骤繁琐、操作复杂、耗时较长、易受环境因素影响的问题。

2、根据本发明的第一方面,提供一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片,包括:前盖板、后盖板、第一铝块、第二铝块、导管、加热块、帕尔贴装置以及磁铁;其中,所述前盖板朝向所述后盖板的表面具有沿其长度方向依次排列的五个矩形沟槽,当所述前盖板和所述后盖板扣合在一起时分别形成富集腔室、热裂解腔室、第一洗涤腔室、第二洗涤腔室、及核酸扩增反应腔室,所有腔室顶部敞开并相互连通,用于存储油相;第一铝块、第二铝块分别粘贴于所述后盖板的背面,并分别与热裂解腔室、核酸扩增反应腔室对准;所述导管自所述前盖板和所述后盖板的上方插入所述富集腔室中;加热块、帕尔贴装置分别设置于第一铝块、第二铝块背面;所述磁铁用于吸引磁珠实现细菌和/或核酸分子在各腔室之间的转移。

3、优选地,所述前盖板和所述后盖板由透明聚碳酸酯材料制成。选择聚碳酸酯材料的原因如下:1)pc材料成本低,工艺简单,可降低成本;2)具有低吸湿性,可以可以重复使用;3)具有良好的透光性,便于实验观察和光学检测;4)较高的玻璃化转变温度(约145℃),适合用于pcr实验。

4、优选地,所述前盖板和所述后盖板通过粘合剂结合。

5、优选地,第一铝块、第二铝块分别略大于热裂解腔室和核酸扩增反应腔室。

6、优选地,所述加热块通电后通过所述第一铝块快速传热,实现对所述热裂解腔室中细菌的有效裂解。

7、优选地,所述帕尔贴装置可快速升降温,以便于核酸分子在原位进行pcr扩增程序。

8、优选地,所述导管包括进口导管和出口导管,分别用于样品的进入和排出。

9、根据本发明的第二方面,提供一种如上面所述的全流程微流控芯片在水质样品中vbnc大肠杆菌检测中的应用。但是应当理解的是,根据本发明提供的全流程微流控芯片并不仅限于水质样品中vbnc大肠杆菌的检测,还可以对其他细菌进行检测。

10、区别于现有技术中普遍公开的沿水平方向延伸的pcr芯片,本发明提供的全流程微流控芯片为垂直结构,利用油封和磁控技术,可以将核酸提取和扩增试剂提前包埋在芯片中,取样后加入特异性结合的磁珠,在磁片的作用下实现富集,随后借助于外加磁铁实现核酸在不同试剂中的转移和反应,完成核酸提取和扩增,最后通过观察荧光强度进行定量检测。整个微流控芯片设计简洁、制作工艺简单,污染小,结果可靠,具有很好的产业转化前景。

11、与现有的vbnc大肠杆菌检测方法相比,本发明提供的全流程微流控芯片具有以下几个优势:一、富集腔室可以对样品中细菌进行有效的前处理,节省反应时间;二、微流控芯片采用垂直结构和油封策略,可以减少泵的使用和外界环境因素的影响,结果更可靠;三、制作工艺简单,成本低;四、该芯片结构可以结合不同种类的磁珠,磁珠上修饰不同的核酸适配体,进而可以用于富集其他的细菌,因此具有通用性,实现对其他细菌的全流程检测,通用性比较好;五、此微流控芯片可以样品富集、热裂解、两步清洗和洗脱扩增等步骤,可在大约1个小时之内完成全部的过程,实现对水中vbnc大肠杆菌“样品进,结果出”的快速、准确、高灵敏的全流程检测。

12、综上所述,根据本发明,构建了一种能够对水中vbnc大肠杆菌进行快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片。



技术特征:

1.一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片,其特征在于,包括:前盖板、后盖板、第一铝块、第二铝块、导管、加热块、帕尔贴装置以及磁铁;其中,

2.根据权利要求1所述的全流程微流控芯片,其特征在于,所述前盖板和所述后盖板由透明聚碳酸酯材料制成。

3.根据权利要求1所述的全流程微流控芯片,其特征在于,所述前盖板和所述后盖板通过粘合剂结合。

4.根据权利要求1所述的全流程微流控芯片,其特征在于,第一铝块、第二铝块的尺寸分别略大于热裂解腔室和核酸扩增反应腔室。

5.根据权利要求1所述的全流程微流控芯片,其特征在于,所述加热块通电后通过所述第一铝块快速传热,实现对所述热裂解腔室中细菌的有效裂解。

6.根据权利要求1所述的全流程微流控芯片,其特征在于,所述帕尔贴装置可快速升降温,以便于核酸分子在原位进行pcr扩增程序。

7.根据权利要求1所述的全流程微流控芯片,其特征在于,所述导管包括进口导管和出口导管,分别用于样品的进入和排出。

8.一种根据权利要求1-7中任意一项所述的全流程微流控芯片在水质样品中vbnc大肠杆菌检测中的应用。


技术总结
本发明公开一种用于水质样品快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片及其应用,该芯片包括:前盖板、后盖板、第一铝块、第二铝块、导管、加热块、帕尔贴装置以及磁铁;其中,前盖板和后盖板扣合在一起时分别形成富集腔室、热裂解腔室、第一洗涤腔室、第二洗涤腔室、及核酸扩增反应腔室,所有腔室顶部敞开并相互连通,用于存储油相;第一铝块、第二铝块分别粘贴于后盖板的背面,并分别与热裂解腔室、核酸扩增反应腔室对准;加热块、帕尔贴装置分别设置于第一铝块、第二铝块背面;磁铁用于吸引磁珠实现细菌和/或核酸分子在各腔室之间的转移。根据本发明,构建了一种能够对水中VBNC大肠杆菌进行快速、准确、高灵敏检测的全流程微流控芯片。

技术研发人员:孙锐,王丽华,冯世伦,刘博,赵建龙
受保护的技术使用者:祥符实验室
技术研发日:
技术公布日:2024/11/7
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