【摘要】：針對(duì)現(xiàn)有水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌檢測(cè)時(shí)效性差、自動(dòng)化程度低的缺點(diǎn),提出了一種快速檢測(cè)水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌含量的簡(jiǎn)易微流控系統(tǒng)研究方法。該系統(tǒng)將微電極構(gòu)造于微流控芯片通道底部并與數(shù)字阻抗測(cè)量電路連接,通過在磁珠表面包被水產(chǎn)病原菌抗體,利用外部高斯磁場(chǎng)控制誘導(dǎo)磁珠捕獲水產(chǎn)病原菌,并將水產(chǎn)病原菌與磁珠結(jié)合體帶至微電極陣列,通過在電極端構(gòu)建基于阻抗測(cè)量的計(jì)數(shù)電路,從而有效檢測(cè)水產(chǎn)病原菌含量。研究結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠有效測(cè)量水產(chǎn)病原菌的含量,檢測(cè)時(shí)間由傳統(tǒng)的平板計(jì)數(shù)法48 h減少至30 min,檢測(cè)效率提高為原來的60多倍,檢出限相比現(xiàn)有的微流控阻抗法縮小100倍。
【圖文】：

方向發(fā)展。近年來新興的微流控技術(shù)是一種能將細(xì)菌檢測(cè)過程中的進(jìn)樣、混合、反應(yīng)及檢測(cè)等環(huán)節(jié)集成到一塊微米尺度芯片上自動(dòng)完成的有效手段，它的引入大大提升了細(xì)菌檢測(cè)過程的自動(dòng)化與客觀化水平，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注［13-16］。郭建江等人［17］針對(duì)病原菌檢測(cè)，創(chuàng)建了免疫凝集微流控檢測(cè)電控混合方法。然而，目前尚未見與微流控芯片相配套完整的水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌檢測(cè)方法與檢測(cè)系統(tǒng)。為此，提出一種基于免疫磁珠捕獲復(fù)合微電極阻抗檢測(cè)技術(shù)的水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌集成微流控快速檢測(cè)系統(tǒng)。2芯片工作原理圖1所示為水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌集成微流控快速檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理圖，采用化學(xué)交聯(lián)技術(shù)在微米級(jí)磁珠上包被水產(chǎn)病原菌抗體，將磁珠納入微流控芯片系統(tǒng)，微通道中微米級(jí)磁珠與水產(chǎn)病原菌先在外加旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下混合，致使磁珠上包被的水產(chǎn)病原菌抗體和水產(chǎn)病原菌發(fā)生特異性結(jié)合，后在磁極產(chǎn)生的縱向磁場(chǎng)作用下轉(zhuǎn)移至預(yù)先布置在微通道底部的電極對(duì)陣列上，通過電極對(duì)陣列上免疫磁珠捕獲病原菌前后阻抗的變化來測(cè)量水產(chǎn)病原菌的數(shù)量。圖1病原菌快速檢測(cè)原理Fig．1Theprincipleofrapiddetectionofpathogenicbacteria為了最大限度地提高檢測(cè)概率，微流控芯片底部的電極陣列盡量密集布置。電極配對(duì)與檢測(cè)電路緊密連接，每一對(duì)電極均有獨(dú)立的XY地址，可以單獨(dú)測(cè)試記錄。在電極對(duì)之間有3種可能情況。1)沒有任何磁珠游離至電極對(duì)之間，這時(shí)電極對(duì)間只存在電離介質(zhì)，阻抗電平較低。2)只有免疫磁珠游離至電極對(duì)之間即磁珠并未捕獲到水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌，這種情況下，，阻抗電平最大。3)捕獲有水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌的磁珠游離至電極對(duì)之間，在微磁珠電阻和細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)電阻并聯(lián)作用下，阻抗電平降低至中間值。為了保證電極檢測(cè)具有較高的靈敏度?

忻庖嘰胖橛衛(wèi)脛戀緙鄐災(zāi)釗浼創(chuàng)胖椴⑽?捕獲到水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌，這種情況下，阻抗電平最大。3)捕獲有水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌的磁珠游離至電極對(duì)之間，在微磁珠電阻和細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)電阻并聯(lián)作用下，阻抗電平降低至中間值。為了保證電極檢測(cè)具有較高的靈敏度，要求橫跨在一對(duì)電極上的電壓必須始終大于細(xì)菌的細(xì)胞膜擊穿電壓，這里選用0．2～1．5V［18］。用這種方式，可以忽略細(xì)胞膜的電容特性，使得細(xì)菌變成較優(yōu)越的良導(dǎo)體。通過以上工作原理，可以建立水產(chǎn)養(yǎng)殖致病菌濃度與阻抗變化的比例關(guān)系。水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌阻抗測(cè)量等效電路如圖2所示。其中，Port1(P1)為端口1，Port2(P2)為端口2，Port3(P3)為端口3，Port4(P4)為端口4。圖2致病菌阻抗測(cè)量等效電路和等效簡(jiǎn)化電路Fig．2TheequivalentandsimplifiedcircuitforimpedancemeasurementsystemforthedetectionofaquaculturepathogensPort1、Port2兩端分別代表研究電極和輔助電極，則電極間的阻抗計(jì)算如下:Z1=Ｒ2Ω+1(2πfCdl)i

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