CN101694476A - 一种细菌电阻抗检测方法及专用芯片 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种细菌电阻抗检测方法及专用芯片，其步骤包括：1)配置细菌溶液和高导电率溶液，并设置一微流控芯片；2)在微流控芯片的样品进样口内注入细菌溶液，同时在注入高电导率溶液；将阻抗分析仪的正极连接正极高电导率溶液进样口或正极高电导率溶液出样口，阻抗分析仪的负极连接负极高电导率溶液进样口或负极高电导率溶液出样口；3)使细菌溶液和高导电率溶液的流速相等；来自三个进样口的溶液在样品通道中形成流动聚焦区域；4)读取阻抗分析仪中显示的数据，并记录测量出的细菌溶液的阻抗值。本发明显著降低了细菌电阻抗检测方法所需时间，节约了人力成本，提高了效率，为细菌电阻抗检测的个人化和小单位化创造了有利条件。

Description

一种细菌电阻抗检测方法及专用芯片

技术领域

本发明涉及一种细菌检测方法及专用芯片，特别是关于一种细菌电阻抗检测方法及专用芯片。

背景技术

微流控芯片(Microfluidic chip)是近几年发速发展的领域，它以分析化学为研究分析手段，以微机电加工方法为加工手段，以微米尺度的管道作为结构特征，以生命科学为目前主要应用对象。微流体芯片技术的目标是把采样、稀释、加试剂、反应、分离和检测等实验室功能集成在一个微芯片上(Lab on a Chip)。微流体芯片相对于普通检测分析设备具有许多优势，例如分析装备的体积小、效率高、容易集成、反应速度快、平行处理程度高，同时试样和试剂的消耗显著下降。

细菌电阻抗检测方法在重大社会活动中和日常卫生监督过程中均起到重要作用。细菌检测技术可用于针对常见引发急性中毒的有毒物质、慢性伤害物质超标和劣质食品的现场快速检测，以及对餐饮用具、食品加工器具表面洁净度的快速检测等。细菌检测技术具有较高的时效性，能在现场及时发现可疑问题，并迅速采取相应措施，这对提高卫生监督工作效率和力度、保障卫生安全有着重要的意义。在实际生产监督过程中，由于需要检测的产品、半成品以及生产环节很多，因此一一采集样品送实验室检测不现实。采用细菌检测技术的快速检测方法可增加样品检测数量，提高监督效率，又减轻了实验室的工作压力，合理利用了实验室资源。

目前，国内外利用微流控芯片进行细菌电阻抗检测的方法还处于探索和实验阶段，现有的基于微流控芯片的细菌电阻抗检测方法需要制作微加工的电极，因此芯片使用寿命短，且不利于微流控芯片大规模的推广应用和产业化。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于微流控芯片，不需要制作微电极即可实现细菌电阻抗检测的细菌电阻抗检测方法及专用芯片。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种细菌电阻抗检测方法，其步骤包括：1)配置细菌溶液和高导电率溶液，并设置一微流控芯片；2)在所述微流控芯片的样品进样口内注入所述细菌溶液，同时在所述微流控芯片的正极高电导率溶液进样口和负极高电导率溶液进样口内注入高电导率溶液；将阻抗分析仪的正极连接正极高电导率溶液进样口或正极高电导率溶液出样口，阻抗分析仪的负极连接所述负极高电导率溶液进样口或负极高电导率溶液出样口；3)使所述细菌溶液和所述高导电率溶液的流速相等；来自三个进样口的溶液在样品通道中形成流动聚焦区域；在所述流动聚焦区域内形成状态稳定的三个流层；4)读取所述阻抗分析仪中显示的数据，并记录测量出的细菌溶液的阻抗值。

所述步骤3)中，所述细菌溶液和高导电率溶液的流速均为1mL/h。

所述步骤3)中，将所述流动聚焦区域内的溶液总流速设置为3mL/h。

一种细菌电阻抗检测专用芯片，其特征在于：它包括一个样品通道、样品进样口、正极高电导率溶液进样口、负极高电导率溶液进样口、样品出样口、正极高电导率溶液出样口、负极高电导率溶液出样口；所述正极高电导率溶液进样口和负极高电导率溶液进样口分别在所述样品进样口两侧；所述正极高电导率溶液出样口和负极高电导率溶液出样口分别在所述样品出样口两侧；所述样品通道在所述样品进样口和样品出样口之间。

所述样品进样口的宽度为150μm，所述样品出样口的宽度为50μm。

所述样品通道的长度为150μm，宽度为100μm。

所述正极高电导率溶液进样口、负极高电导率溶液进样口、正极高电导率溶液出样口、负极高电导率溶液出样口的宽度均为150μm。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于利用微流控芯片的层流效应，使细菌水溶液和高电导率溶液在样品通道内形成流向一致、界限明显、状态稳定的三层流动，细菌电阻抗分析仪的电极与高电导溶液通道连接，因此不需要制作微电极，即可测量细菌溶液流层的阻抗。2、本发明的细菌电阻抗检测方法实现过程只需要注射泵和阻抗分析仪即可完成，检测时间短、设备简单、易于操作。3、本发明的细菌电阻抗检测芯片上的细胞水溶液流动聚焦结构简单，细菌水溶液和高电导率溶液的需求量都很低，因此实验成本低廉。本发明显著降低了细菌电阻抗检测方法所需时间，节约了人力成本，提高了效率，为细菌电阻抗检测的个人化和小单位化创造了有利条件。

附图说明

图1是本发明的微流控芯片结构示意图

图2是本发明的方法的工作状态示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

在微流控芯片中，流体由于层流效应可在管道内形成流层，流体间的物质交换主要依靠流层间交界面的扩散作用。本发明利用微流控芯片样品通道中流体的层流效应，将高电导率溶液和细菌溶液分别通过注射泵从三个进样口同时注入微流控芯片的样品通道内。其中细菌溶液通过微流控芯片中间的进样口注入样品通道，高电导率溶液通过两侧的进样口注入样品通道。来自三个进样口的流体在样品通道中的汇合处形成一个流动聚焦区域，流动聚焦区域内两侧的高电导率溶液会挤压中间的细菌溶液，形成流向一致、界限明显、状态稳定的三层流动。与此同时，将流动聚焦区域内两侧流层的高电导率溶液分别与阻抗分析仪的正、负极相连，待三层流动稳定后，阻抗分析仪通过施加一个特定频率的交流电压并记录系统反馈回的交流电流以及相位差，从而计算出系统的阻抗值。由于细菌本身细胞膜具有一定的导电性，并且在去离子水溶液中外部溶液离子含量非常低，细菌内外就会存在一个浓度差。细菌内部的离子会穿过细胞膜扩散到外界溶液中，从而改变外界溶液的电导率，因此细菌数量越多，外界溶液的电导率会越大，即阻抗值越小就可知细菌浓度越高，从而可以根据阻抗分析仪测量的细菌水溶液的阻抗值来判断细菌的数量。

如图1所示，本发明设计并制作了一个适合流动聚焦的微流控芯片1，该流控芯片包括样品通道、样品进样口A、正极高电导率溶液进样口M⁺、负极高电导率溶液进样口M^-、样品出样口B、正极高电导率溶液出样口N⁺、负极高电导率溶液出样口N^-。其中正极高电导率溶液进样口M⁺和负极高电导率溶液进样口M^-分别设置在样品进样口A的两侧；正极高电导率溶液出样口N⁺、负极高电导率溶液出样口N^-分别设置在样品出样口B的两侧；样品通道在所述样品进样口A和样品出样口B之间。阻抗分析仪2的正极连接正极高电导率溶液进样口M⁺或正极高电导率溶液出样口N⁺；阻抗分析仪2的负极连接负极高电导率溶液进样口M^-或负极高电导率溶液出样口N^-。

本发明的实施例中，样品进样口A的宽度为150μm，样品出样口B的宽度为50μm，长度均无特殊要求；样品通道的长度为150μm，宽度为100μm；正极高电导率溶液进样口M⁺、负极高电导率溶液进样口M^-、正极高电导率溶液出样口N⁺、负极高电导率溶液出样口N^-的宽度均为150μm，长度无特殊要求。

如图2所示，本发明的细菌电阻抗检测方法在操作时，通过注射泵3将细菌溶液注入样品进样口A，同时通过注射泵3将高电导率溶液分别注入正极高电导率溶液进样口M⁺和负极高电导率溶液进样口M^-。阻抗分析仪2的正极通过银电极连接正极高电导率溶液进样口M⁺，阻抗分析仪2的负极通过银电极连接负极高电导率溶液进样口M^-。当来自样品进样口A的细菌溶液和来自正极高电导率溶液进样口M⁺、负极高电导率溶液进样口M^-的高导电率溶液，在样品通道中的流动聚焦区域内形成稳定的三层流动后，读取并记录阻抗分析仪2计算出细菌水溶液的阻抗值。在样品出样口B、正极高电导率溶液出样口N⁺和负极高电导率溶液出样口N^-处收集废液。

下面以大肠杆菌检测为例，本发明的细菌电阻抗检测方法包括以下步骤：

1)将大肠杆菌溶液离心，使大肠杆菌沉入离心管底部，抽去离心管中剩余的液体，然后在含有大肠杆菌的离心管中加入一定量的去离子水，并充分混匀。

2)通过注射泵3将大肠杆菌水溶液注入样品进样口A，同时通过注射泵3将高电导率的KCl溶液注入正极高电导率溶液进样口M⁺和负极高电导率溶液进样口M^-。阻抗分析仪2的正极通过银电极连接正极高电导率溶液进样口M⁺，阻抗分析仪2的负极通过银电极连接负极高电导率溶液进样口M^-

3)将大肠杆菌水溶液和KCl溶液均按1mL/h的流速注入微流控芯片的样品通道内，从而在流动聚焦区域内形成状态稳定的三个流层，所以流动聚焦区域内的溶液总流速设置为3mL/h。

4)读取阻抗分析仪2中显示的数据，并记录测量出的大肠杆菌溶液的阻抗值。

在本实施例中，根据微流控芯片1的结构设计，大肠杆菌水溶液和KCl溶液均采用了入口流速均为1mL/h的流速。因为当流速过低时，溶液间的对流和扩散作用会使层流的界面不明显，从而使测量的阻抗数据不稳定，过高的流速会使微流控芯片1内部的压力太大，容易发生液体泄漏。

Claims (8)

1.一种细菌电阻抗检测方法，其步骤包括：

1)配置细菌溶液和高导电率溶液，并设置一微流控芯片；

2)在所述微流控芯片的样品进样口内注入所述细菌溶液，同时在所述微流控芯片的正极高电导率溶液进样口和负极高电导率溶液进样口内注入高电导率溶液；将阻抗分析仪的正极连接正极高电导率溶液进样口或正极高电导率溶液出样口，阻抗分析仪的负极连接所述负极高电导率溶液进样口或负极高电导率溶液出样口；

3)使所述细菌溶液和所述高导电率溶液的流速相等；来自三个进样口的溶液在样品通道中形成流动聚焦区域；在所述流动聚焦区域内形成状态稳定的三个流层；

4)读取所述阻抗分析仪中显示的数据，并记录测量出的细菌溶液的阻抗值。

2.如权利要求1所述的一种细菌电阻抗检测方法，其特征在于：所述步骤3)中，所述细菌溶液和高导电率溶液的流速均为1mL/h。

3.如权利要求1或2所述的一种细菌电阻抗检测方法，其特征在于：所述步骤3)中，将所述流动聚焦区域内的溶液总流速设置为3mL/h。

4.一种实现如权利要求1～3所述的细菌电阻抗检测方法的细菌电阻抗检测专用芯片，其特征在于：它包括一个样品通道、样品进样口、正极高电导率溶液进样口、负极高电导率溶液进样口、样品出样口、正极高电导率溶液出样口、负极高电导率溶液出样口；所述正极高电导率溶液进样口和负极高电导率溶液进样口分别在所述样品进样口两侧；所述正极高电导率溶液出样口和负极高电导率溶液出样口分别在所述样品出样口两侧；所述样品通道在所述样品进样口和样品出样口之间。

5.如权利要求4所述的一种细菌电阻抗检测专用芯片，其特征在于：所述样品进样口的宽度为150μm，所述样品出样口的宽度为50μm。

6.如权利要求4所述的一种细菌电阻抗检测专用芯片，其特征在于：所述样品通道的长度为150μm，宽度为100μm。

7.如权利要求5所述的一种细菌电阻抗检测专用芯片，其特征在于：所述样品通道的长度为150μm，宽度为100μm。

8.如权利要求4或5或6或7所述的一种细菌电阻抗检测专用芯片，其特征在于：所述正极高电导率溶液进样口、负极高电导率溶液进样口、正极高电导率溶液出样口、负极高电导率溶液出样口的宽度均为150μm。

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