CN115920991A - 一种用于微生物分选的微流控芯片与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微生物分选的微流控芯片与方法，属于快速无菌微生物检测技术领域，具体涉及创造性地采用微流控芯片技术，在微流控芯片中集中完成复杂样本中的如细菌、真菌等微生物富集、活化与染色，通过生物化学发光及高分辨光学显微形态学检测技术方法，实现对细胞基因药物等特殊生物产品样本快速无菌检测的目的。本发明方法能够适用于各类复杂样本的快速微生物检测，本检测方法不仅能够成功地应用于细胞基因药物的检测与质控，还能够应用于生物制药、食品工业及环境检测的无菌检测；在微流控芯片内完成全部检测操作，能满足低体积样本、微量样本的处理与检测，而且是全封闭式体系，避免二次污染。

Description

一种用于微生物分选的微流控芯片与方法

技术领域

本发明属于快速无菌微生物检测技术领域，具体涉及一种用于微生物分选的微流控芯片与方法。

背景技术

现有基于固相细胞计数法的快速微生物检测系统是法国梅里埃公司的CHEMUNEXScanRDI®系统。ScanRDI系统是靠专业技术人员操作，将样品过滤截留下微生物，然后进行染色标记，采用激光扫描技术进行计数检测。现有固相计数产品ScanRDI系统只能完成简单样本（简单样本一般指内容物为生物小分子或部分水溶性生物大分子等，如滴鼻剂和注射液等；对应的复杂样本一般包括蛋白质和核酸等生物大分子、基因治疗相关载体、细胞附属品如细胞外囊泡等、细胞药物等）的检测；现有固相计数产品ScanRDI系统需要专业无菌检测操作的技术人员完成，开放式操作会有二次污染的可能性；现有固相计数产品ScanRDI系统不适用于低体积样本的微量检测样本处理；现有固相计数产品ScanRDI系统需要专业的无菌检测操作的技术人员完成全部检测后进行人工判读；

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现细胞基因药物及其他生物制剂质量检测与质控中的快速无菌检测需求的用于微生物分选的微流控芯片与方法。

与传统药品相比，细胞治疗产品在质量属性和无菌生产工艺上存在诸多特殊性：其产品生产批量小（每批次生产仅几个到十几个产品）、效期短（6-8小时）、每个产品具有唯一性（一剂一批次），生产过程中，无法使用过滤除菌或其他灭菌方法。在这类创新药物工艺的实时控制和成品快速放行中，《中国药典》传统无菌检查方法（培养法），检测时间需要12-14天，甚至更长时间，显然已不适用。

本项目产品创造性地采用微流控芯片技术，在微流控芯片中集中完成复杂样本中的如细菌、真菌等微生物富集、活化与染色，通过生物化学发光及高分辨光学显微形态学检测技术方法，实现对细胞基因药物等特殊生物产品样本快速无菌检测的目的。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：

一种用于微生物分选的微流控芯片，包括：芯片分为上层芯片和下层芯片，上层芯片上相对设置有样品入口和试剂入口，样品入口与样品直线流道相连，试剂入口与试剂直线流道相连，样品直线流道和试剂直线流道与样品入口和试剂入口所在直线呈一定角度设置，样品直线流道和试剂直线流道相交后与S型流道相连，S型流道另一端分成两个后端直线流道，后端直线流道的出口与下层芯片的入口相连；在下层芯片与上层芯片相交区域外设置油相入口，油相入口相连的流道分成上直线流道和下直线流道，上直线流道和下直线流道与由上层芯片进入下层芯片的两条流入流道相接，上直线流道和下直线流道在上、下层芯片的入口连接处分成矩形流道，在矩形流道的一边与流入流道呈十字相接形成十字聚焦孔，十字后端流道与液滴富集区相连，液滴富集区为六边形结构，液滴富集区另一端通过流入流道与缓冲区相连，缓冲区为六边形结构，缓冲区另一端的流出流道相交后与检测区相连，检测区的流出流道与设置在下层芯片上的废液出口相连；

其特征是：十字聚焦孔的截面积为流入流道截面积的0.5-2%。

优选地，芯片主体材质为硅片、PDMS、有机玻璃中至少一种。

优选地，将待测样品、辅助试剂和油相试剂连接到上述微流控芯片上，通过高分辨光学检测系统和荧光识别分选检测。

优选地，待测样品和/或油相试剂经滤器过滤。待测样品过滤是为了去除除细菌外的杂质，保留样本中的细菌。本发明使用的滤膜适用于待测样本中细胞的有效截留，细菌的无损失通过。

更优选地，滤器中含有纤维素滤膜或改性纤维素滤膜，改性纤维素滤膜由纤维素滤膜经含有改性壳聚糖和改性蒙脱土的改性溶液和海藻酸钠溶液层组装得到，改性壳聚糖由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和/或2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性得到，改性蒙脱土由十二烷基硫酸钠或硅烷偶联剂KH550改性得到。本发明通过对纤维素滤膜进行组装改性，在纤维素滤膜表面形成组装改性层，可以提高纤维素滤膜的流量、抗压性能，并且还可以提高纤维素滤膜的拉伸强度，并且3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵的共同改性优于仅采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的改性。

更进一步优选地，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的使用量为壳聚糖的10-40wt%。

更进一步优选地，改性壳聚糖由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性得到，2,3-环氧丙基三甲基溴化铵的量为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的20-41.67wt%。

更进一步优选地，蒙脱土为钙基蒙脱土。

更进一步优选地，硅烷偶联剂KH550的使用量为钙基蒙脱土的20-60wt%。

更进一步优选地，改性蒙脱土的使用量为改性壳聚糖的30-60wt%。

本发明公开了一种改性纤维素滤膜在上述的微流控芯片中分选微生物中的用途，改性纤维素滤膜由纤维素滤膜经含有改性壳聚糖和改性蒙脱土的改性液以及海藻酸钠溶液层组装得到，改性壳聚糖由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和/或2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性得到，改性蒙脱土由十二烷基硫酸钠或硅烷偶联剂KH550改性得到。

优选地，改性液由改性蒙脱土悬液与改性壳聚糖溶液混合而成，改性蒙脱土的使用量为改性壳聚糖的30-60wt%。

本发明公开了一种改性纤维素滤膜的制备，包括改性壳聚糖的制备、改性蒙脱土的制备、改性溶液的制备、海藻酸钠溶液的制备及改性纤维素滤膜的制备。

优选地，改性壳聚糖的制备中，将壳聚糖加入醋酸溶液中，调节pH至9-10，壳聚糖析出后，在20-40℃下静置处理4-12h，抽滤，加入异丙醇中，搅拌分散，在70-90℃下加入3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液，反应3-12h，反应完成后，乙醇溶液，过滤，滤液采用丙酮沉淀，合并沉淀物，透析处理2-7d，得到改性壳聚糖。

更优选地，改性壳聚糖的制备中，醋酸溶液中含有1-3wt%的醋酸，壳聚糖的使用量为醋酸溶液的1-4wt%，壳聚糖的使用量为异丙醇的10-30wt%。

更优选地，改性壳聚糖的制备中，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷加入异丙醇中制备得到，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中含有5-20wt%的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷。

更优选地，改性壳聚糖的制备中，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液的使用量以其中3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的量为基准，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的使用量为壳聚糖的10-40wt%。

更优选地，改性壳聚糖的制备中还可加入2,3-环氧丙基三甲基溴化铵，因此，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2,3-环氧丙基三甲基溴化铵加入异丙醇中制备得到，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中含有5-20wt%的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中含有4-12wt%的2,3-环氧丙基三甲基溴化铵。

优选地，改性蒙脱土的制备中，将钙基蒙脱土分散于去离子水中，超声清洗，然后加入十二烷基硫酸钠，在70-90℃下搅拌，调节pH至6-7，处理2-8h，处理完成后，过滤，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到改性蒙脱土。

更优选地，改性蒙脱土的制备中，钙基蒙脱土的使用量为去离子水的10-40wt%。

更优选地，改性蒙脱土的制备中，十二烷基硫酸钠的使用量为钙基蒙脱土的20-60wt%。

更优选地，改性蒙脱土的制备中，可以将十二烷基硫酸钠替换为硅烷偶联剂KH550和乙醇，硅烷偶联剂KH550的使用量为钙基蒙脱土的20-60wt%。乙醇的使用量为钙基蒙脱土的80-120wt%。在采用了硅烷偶联剂KH550对蒙脱土进行改性后，再使用经3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性的壳聚糖，得到的改性纤维素滤膜的流量、抗压性能和拉伸强度均有提高。

优选地，改性液的制备中，将改性蒙脱土加入去离子水中制成改性蒙脱土悬液，然后加入改性壳聚糖溶液，在20-40℃下搅拌12-36h，得到改性液。

更优选地，改性液的制备中，改性蒙脱土悬液中含有0.03-0.12wt%的改性蒙脱土。

更优选地，改性液的制备中，改性蒙脱土悬液的使用量以其中改性蒙脱土的量为基准，改性壳聚糖溶液由改性壳聚糖加入去离子水中制备得到，改性壳聚糖溶液的使用量以其中改性壳聚糖为基准，改性蒙脱土的使用量为改性壳聚糖的30-60wt%。

优选地，海藻酸钠溶液的制备中，将海藻酸钠加入去离子水中，搅拌溶解，调节pH至4-5，加入氯化钠，得到海藻酸钠溶液。

更优选地，海藻酸钠溶液的制备中，海藻酸钠溶液中含有0.05-0.4wt%的海藻酸钠，海藻酸钠溶液中含有0.05-0.4wt%的氯化钠。

优选地，改性纤维素滤膜的制备中，将醋酸纤维素滤膜浸入改性溶液中10-30min，然后取出于氯化钠溶液中浸洗1-3min，然后将改性处理后的醋酸纤维素滤膜浸入海藻酸钠溶液中10-30min，然后取出于氯化钠溶液中浸洗1-3min，重复上述改性溶液浸渍、海藻酸钠溶液浸渍至少1次，最后于70-90℃下干燥18-36h，得到改性纤维素滤膜。

更优选地，改性纤维素滤膜的制备中，醋酸纤维素滤膜的孔径为0.22μm。

更优选地，改性纤维素滤膜的制备中，醋酸纤维素滤膜的使用量为改性溶液的10-30wt%。

更优选地，改性纤维素滤膜的制备中，氯化钠溶液中含有0.05-0.4wt%的氯化钠。

更优选地，改性纤维素滤膜的制备中，醋酸纤维素滤膜经改性溶液浸渍及海藻酸钠溶液浸渍，其重量会变化，因此，以下采用未进行浸渍前的醋酸纤维素滤膜为基准，醋酸纤维素滤膜的使用量为氯化钠溶液的10-30wt%，醋酸纤维素滤膜的使用量为海藻酸钠溶液的10-30wt%。

本发明由于采用了以下方式：1）将样本处理过程：样本过滤、细菌活化、细菌标记、荧光扫描、光学镜检等操作全部整合到一个微流控芯片载体内完成。通过驱动单元实现对液流流向与流速的精准控制；通过流道结构的特殊设计实现对检测样本、活化剂、染色剂、废液的分流调控；从而在全封闭条件下完成样品富集、活化、染色的自动化处理；2）在样本富集、活化及染色过程中需要对微流控芯片中的细菌生长的微环境根据需要进行精准调控：孵育时的腔室温度30℃±0.5℃；3）通过特定波长激光逐行扫描，找到阳性荧光位置并进行标定；然后在阳性荧光位置使用光学显微镜镜检，快速获得细菌形态结构的数字化图像；4）通过对细菌检测信息图像的数据对比分析，实现对微生物的精准识别和计数统计。因而具有如下有益效果：能够适用于各类复杂样本的快速微生物检测，本检测方法不仅能够成功地应用于细胞基因药物的检测与质控，还能够应用于生物制药、食品工业及环境检测的无菌检测；操作简单，只需要完成一步加样；在微流控芯片内完成全部检测操作，能满足低体积样本、微量样本的处理与检测，而且是全封闭式体系，避免二次污染；灵敏度高，最低检测限100cfu/ml；检测速度快，从样本加入到检测完成控制在4h；检测结果通过构建样本标准数据库。构建 u-net,Mask-RCNN 等人工智能识别网络，实现对不同类别的微生物细菌进行鉴别，并实现不同类别微生物的计数检测，无需进行人工判读。因此，本发明是一种能够实现细胞基因药物及其他生物制剂质量检测与质控中的快速无菌检测需求的用于微生物分选的微流控芯片与方法。

附图说明

图1为微流控芯片的上层芯片示意图；

图2为微流控芯片的下层芯片示意图；

图3为下层芯片中十字聚焦孔图；

图4为微流控芯片进样示意图；

图5为纤维素滤膜流量图；

图6为改性纤维素滤膜抗压处理后的流量变化率图；

图7为改性纤维素滤膜的拉伸强度图。

附图标号：1-上层芯片；11-样品入口；12-样品直线流道；13-试剂直线流道；14-试剂入口；15-后端直线流道的出口；16-后端直线流道；17-S型流道相连；2-下层芯片；21-缓冲区；22-废液出口；23-检测区的流道；24-油相入口；25-上直线流道；26-下层芯片的入口；261-流入流道；27-液滴富集区；271-十字后端流道；28-十字聚焦孔；29-下直线流道；31-试剂；32-油相；33-待测液；34-滤器。

具体实施方式

以下结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案作进一步详细描述：

实施例1：

一种改性醋酸纤维素滤膜的制备方法，

改性壳聚糖的制备：将壳聚糖加入醋酸溶液中，调节pH至9，壳聚糖析出后，在30℃下静置处理8h，抽滤，加入异丙醇中，搅拌分散，在80℃下加入3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液，反应6h，反应完成后，乙醇溶液，过滤，滤液采用丙酮沉淀，合并沉淀物，透析处理3d，得到改性壳聚糖。醋酸溶液中含有2wt%的醋酸，壳聚糖的使用量为醋酸溶液的3wt%，壳聚糖的使用量为异丙醇的20wt%，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷加入异丙醇中制备得到，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中含有10wt%的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液的使用量以其中3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的量为基准，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的使用量为壳聚糖的20wt%。

改性蒙脱土的制备：将钙基蒙脱土分散于去离子水中，超声清洗，然后加入十二烷基硫酸钠，在80℃下搅拌，调节pH至6，处理5h，处理完成后，过滤，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到改性蒙脱土。钙基蒙脱土的使用量为去离子水的30wt%，十二烷基硫酸钠的使用量为钙基蒙脱土的40wt%。

改性液的制备：将改性蒙脱土加入去离子水中制成改性蒙脱土悬液，然后加入改性壳聚糖溶液，在30℃下搅拌24h，得到改性液。改性蒙脱土悬液中含有0.05wt%的改性蒙脱土，改性蒙脱土悬液的使用量以其中改性蒙脱土的量为基准，改性壳聚糖溶液由改性壳聚糖加入去离子水中制备得到，改性壳聚糖溶液的使用量以其中改性壳聚糖为基准，改性蒙脱土的使用量为改性壳聚糖的50wt%。

海藻酸钠溶液的制备：将海藻酸钠加入去离子水中，搅拌溶解，调节pH至4，加入氯化钠，得到海藻酸钠溶液。海藻酸钠溶液中含有0.1wt%的海藻酸钠，海藻酸钠溶液中含有0.1wt%的氯化钠。

改性纤维素滤膜的制备：将醋酸纤维素滤膜浸入改性溶液中20min，然后取出于氯化钠溶液中浸洗2min，然后将改性处理后的醋酸纤维素滤膜浸入海藻酸钠溶液中20min，然后取出于氯化钠溶液中浸洗2min，重复上述改性溶液浸渍、海藻酸钠溶液浸渍1次，最后于80℃下干燥24h，得到改性纤维素滤膜。醋酸纤维素滤膜的孔径为0.22μm。醋酸纤维素滤膜的使用量为改性溶液的20wt%，氯化钠溶液中含有0.1wt%的氯化钠，醋酸纤维素滤膜经改性溶液浸渍及海藻酸钠溶液浸渍，其重量会变化，因此，以下采用未进行浸渍前的醋酸纤维素滤膜为基准，醋酸纤维素滤膜的使用量为氯化钠溶液的20wt%，醋酸纤维素滤膜的使用量为海藻酸钠溶液的20wt%。

实施例2，

一种改性醋酸纤维素滤膜的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于改性壳聚糖的制备。

改性壳聚糖的制备：将壳聚糖加入醋酸溶液中，调节pH至9，壳聚糖析出后，在30℃下静置处理8h，抽滤，加入异丙醇中，搅拌分散，在80℃下加入3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液，反应6h，反应完成后，乙醇溶液，过滤，滤液采用丙酮沉淀，合并沉淀物，透析处理3d，得到改性壳聚糖。醋酸溶液中含有2wt%的醋酸，壳聚糖的使用量为醋酸溶液的3wt%，壳聚糖的使用量为异丙醇的20wt%，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、2,3-环氧丙基三甲基溴化铵加入异丙醇中制备得到，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中含有10wt%的3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液中含有8wt%的2,3-环氧丙基三甲基溴化铵，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷溶液的使用量以其中3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的量为基准，3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的使用量为壳聚糖的20wt%。

实施例3，

一种改性醋酸纤维素滤膜的制备方法，本实施例与实施例1相比，不同之处在于改性蒙脱土的制备。

改性蒙脱土的制备：将钙基蒙脱土分散于去离子水中，超声清洗，然后加入硅烷偶联剂KH550和乙醇，在80℃下搅拌，调节pH至6，处理5h，处理完成后，过滤，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到改性蒙脱土。钙基蒙脱土的使用量为去离子水的30wt%，硅烷偶联剂KH550的使用量为钙基蒙脱土的40wt%，乙醇的使用量为钙基蒙脱土的100wt%。

实施例4，

一种改性醋酸纤维素滤膜的制备方法，本实施例与实施例2相比，不同之处在于改性蒙脱土的制备。

改性蒙脱土的制备：将钙基蒙脱土分散于去离子水中，超声清洗，然后加入硅烷偶联剂KH550和乙醇，在80℃下搅拌，调节pH至6，处理5h，处理完成后，过滤，去离子水洗涤，无水乙醇洗涤，干燥，研磨，得到改性蒙脱土。钙基蒙脱土的使用量为去离子水的30wt%，硅烷偶联剂KH550的使用量为钙基蒙脱土的40wt%，乙醇的使用量为钙基蒙脱土的100wt%。

实施例5：

如图1-3所示，一种用于微生物分选的微流控芯片，芯片分为两层结构，上层小于下层。流道12相连，试剂入口14与试剂直线流道13相连，样品直线流道12和试剂直线流道13与样品入口11和试剂入口14所在直线呈一定角度设置，样品直线流道12和试剂直线流道13相交后与S型流道17相连，S型流道17另一端分成两个后端直线流道16，后端直线流道16的出口15与下层芯片的入口26相连；在下层芯片2与上层芯片1相交区域外设置油相入口24，油相入口24相连的流道分成上直线流道25和下直线流道29，上直线流道25和下直线流道29与由上层芯片进入下层芯片的两条流入流道261相接，上直线流道25和下直线流道29在上、下层芯片的入口连接处分成矩形流道，在矩形流道的一边与流入流道261呈十字相接形成十字聚焦孔28，十字后端流道271与液滴富集区27相连，液滴富集区27为六边形结构，液滴富集区27另一端通过流入流道与缓冲区21相连，缓冲区21为六边形结构，缓冲区21另一端的流出流道相交后与检测区相连，检测区的流出流道与设置在下层芯片上的废液出口22相连。

上层芯片结构：40mm×42.5mm×1.5mm；下层芯片结构：60mm×80mm×1.5mm。

样品入口、试剂入口、后端直线流道的出口、下层芯片的入口、油相入口、废液出口的孔径均为1.6mm。

基础流道的宽度为0.2mm，高度为0.2mm。不适用基础流道参数的流道进行了特别说明，未进行特殊说明的均适用基础流道的参数。

形成十字相接的流道宽为0.2mm，高为0.03mm，十字聚焦处孔径为0.02mm。十字相接的流道的转折相连的流道为基本流道，适用基本流道宽度。

富集区入口宽为0.03mm，高为0.03mm；富集区长30mm，宽25mm，高1.3mm，其容积约为2mL。液滴富集区后的流道适用宽为0.03mm，高为0.03mm的参数。

缓冲区边长为5mm，高为1.3mm。

处于检测区的流道的孔径为0.01mm。

芯片主体材质为硅片。

实施例6：

如图4所示，一种用于微生物分选的方法，包括了实施例5的微流控芯片。

为避免进入气泡影响过滤和试剂处理效果，进液孔会在加入样本前预充洗涤液/缓冲液等预充液，此过程也由液体控制处理单元实现控制驱动。管路与芯片进液口以外接式钢针/PTFE导管的方式连通，可以确保密封性，同时试剂管路上都连接有0.22μm滤器，同时试剂管路和废弃液管路上带有气泡传感/体积记录传感装置。聚四氟乙烯（PTFE）管通过接头连接，接头为鲁尔接头，对应的试剂和样本通过鲁尔接头方式连接进入进入口。0.22μm滤器设置于鲁尔接头处，滤器中的滤膜为实施例1制备得到的改性醋酸纤维素滤膜。

通过液滴微流控技术，使用微量注射泵或压力泵方式，导入油相试剂预充芯片后，再导入待检测样本、染色试剂，实现油包水式微生物单细胞包裹，然后通过高分辨光学检测系统，通过荧光识别分选检测。

样本液通过上层芯片上的样品入口注入芯片，染料通过试剂入口注入芯片，在管路交汇处混合，在S型管路流动过程中混匀，然后一分为二进入下层，流至液滴生成处。同时油相通过下层芯片油相入口进入芯片，也通过管路一分为二，在液滴生成处由于剪切力，将样本液剪切持续形成液滴。生成的液滴通过管路进入富集区，由于样本密度小于油相，液滴在富集区将向聚集在流道顶部，并呈致密排布，达到富集效果，油相从富集区底部通过。富集区约可富集容积为2ml的液滴，其后为缓冲区，避免富集区多余的液滴逃逸。

待样本孵育完全后，倒置芯片，由于密度影响，液滴向上运动，在油相的推动下，沿管路移动，至检测区。检测区一次仅允许一个液滴通过，由于管道较窄，液滴压缩变形，增加激光接触面积，检测荧光信号，并输出信号，最后液滴通过芯片出口排出，用于后续操作。

本发明中可以采用PC和MCU及各种控制元器件，实现自动化控制。

实施例7：

一种用于微生物分选的方法，本实施例与实施例6相比，不同之处在于，滤器中的滤膜为实施例2制备得到的改性醋酸纤维素滤膜。

实施例8：

一种用于微生物分选的方法，本实施例与实施例6相比，不同之处在于，滤器中的滤膜为实施例3制备得到的改性醋酸纤维素滤膜。

实施例9：

一种用于微生物分选的方法，本实施例与实施例6相比，不同之处在于，滤器中的滤膜为实施例4制备得到的改性醋酸纤维素滤膜。

试验例：

1.流量测试

测试样品：实施例1-4制备得到的改性醋酸纤维素滤膜。

采用死端过滤的方法对测试样品的流量进行测试，记录-0.07MPa下滤膜过滤100mL纯水耗时，根据测试样品面积计算其流量。

本发明对上述实施例方法得到的改性醋酸纤维素滤膜的流量性能进行了测试，结果如图5所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，本发明首先通过采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷对壳聚糖进行改性得到一种改性壳聚糖，然后通过将钙基蒙脱土加入十二烷基硫酸钠溶液中进行改性得到改性蒙脱土，然后将改性壳聚糖与改性蒙脱土复配成改性溶液，然后将醋酸纤维素滤膜加入改性溶液中进行处理，然后再于海藻酸钠溶液中处理进行层组装，至少循环层组装两次，得到改性醋酸纤维素滤膜；进一步地，在对壳聚糖的改性中还可以加入2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行共同改性，由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性壳聚糖后，由其制备得到的改性醋酸纤维素滤膜具有更高的流量，表明经过壳聚糖的改性具有提高改性醋酸纤维素滤膜流量性能的效果；在使用了2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性后，蒙脱土采用硅烷偶联剂KH550改性后，制备得到的改性醋酸纤维素滤膜流量变化并不明显，而在使用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性壳聚糖时，硅烷偶联剂KH550改性蒙脱土与上述改性壳聚糖共同使用后，提高了得到的改性醋酸纤维素滤膜的流量。

2.抗压性能测试

测试样品：实施例1-4制备得到的改性醋酸纤维素滤膜。

采用0.2MPa压力对测试样品进行预压处理0.5h，然后按流量测试方法测试预压处理后的测试样品的流量。计算流量变化率。

本发明对上述实施例方法得到的改性醋酸纤维素滤膜的抗压性能进行了测试，以流量变化率进行表征，正值为正向提高，负值为负向降低，结果如图6所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，本发明首先通过采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷对壳聚糖进行改性得到一种改性壳聚糖，然后通过将钙基蒙脱土加入十二烷基硫酸钠溶液中进行改性得到改性蒙脱土，然后将改性壳聚糖与改性蒙脱土复配成改性溶液，然后将醋酸纤维素滤膜加入改性溶液中进行处理，然后再于海藻酸钠溶液中处理进行层组装，至少循环层组装两次，得到改性醋酸纤维素滤膜；进一步地，在对壳聚糖的改性中还可以加入2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行共同改性，由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性壳聚糖后，由其制备得到的改性醋酸纤维素滤膜具有更高的流量变化率，表明经过壳聚糖的改性具有提高改性醋酸纤维素滤膜流量变化率的效果；在使用了2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性后，蒙脱土采用硅烷偶联剂KH550改性后，制备得到的改性醋酸纤维素滤膜流量变化率有所提高，而在使用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性壳聚糖时，硅烷偶联剂KH550改性蒙脱土与上述改性壳聚糖共同使用后，明显提高了得到的改性醋酸纤维素滤膜的流量。

3.机械性能测试

测试样品：实施例1-4制备得到的改性醋酸纤维素滤膜，裁剪成10×100mm的形状。

将测试样品在25℃、50%湿度下静置24h，然后采用拉力试验机对样品进行测试。

本发明对上述实施例方法得到的改性醋酸纤维素滤膜的拉伸性能进行了测试，结果如图7所示，其中，S1为实施例1，S2为实施例2，S3为实施例3，S4为实施例4，本发明首先通过采用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷对壳聚糖进行改性得到一种改性壳聚糖，然后通过将钙基蒙脱土加入十二烷基硫酸钠溶液中进行改性得到改性蒙脱土，然后将改性壳聚糖与改性蒙脱土复配成改性溶液，然后将醋酸纤维素滤膜加入改性溶液中进行处理，然后再于海藻酸钠溶液中处理进行层组装，至少循环层组装两次，得到改性醋酸纤维素滤膜；进一步地，在对壳聚糖的改性中还可以加入2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行共同改性，由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性壳聚糖后，由其制备得到的改性醋酸纤维素滤膜具有更高的拉伸强度，表明经过壳聚糖的改性具有提高改性醋酸纤维素滤膜拉伸强度的效果；在使用了2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性后，蒙脱土采用硅烷偶联剂KH550改性后，制备得到的改性醋酸纤维素滤膜拉伸强度有所提高，而在使用3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵共同改性壳聚糖时，硅烷偶联剂KH550改性蒙脱土与上述改性壳聚糖共同使用后，明显提高了得到的改性醋酸纤维素滤膜的拉伸强度。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种用于微生物分选的微流控芯片，包括：芯片分为上层芯片（1）和下层芯片（2），上层芯片（1）上相对设置有样品入口（11）和试剂入口（14），样品入口（11）与样品直线流道（12）相连，试剂入口（14）与试剂直线流道（13）相连，样品直线流道（12）和试剂直线流道（13）相交后与S型流道（17）相连，S型流道（17）另一端分成两个后端直线流道（16），后端直线流道（16）的出口（15）与下层芯片的入口（26）相连；在下层芯片（2）与上层芯片（1）相交区域外设置油相入口（24），油相入口（24）相连的流道分成上直线流道（25）和下直线流道（29），上直线流道（25）和下直线流道（29）与由上层芯片进入下层芯片的两条流入流道（261）相接，上直线流道（25）和下直线流道（29）在上、下层芯片的入口连接处分成矩形流道，在矩形流道的一边与流入流道（261）呈十字相接形成十字聚焦孔（28），十字后端流道（271）与液滴富集区（27）相连，液滴富集区（27）为六边形结构，液滴富集区（27）另一端通过流入流道与缓冲区（21）相连，缓冲区（21）为六边形结构，缓冲区（21）另一端的流出流道相交后与检测区相连，检测区的流出流道与设置在下层芯片上的废液出口（22）相连；

其特征是：十字聚焦孔（28）的截面积为流入流道（261）截面积的0.5-2%。

2.一种基于微流控芯片分选微生物的方法，包括：包括权利要求1所述的微流控芯片，将待测样品、辅助试剂和油相试剂连接到微流控芯片上，通过高分辨光学检测系统和荧光识别分选检测。

3.根据权利要求2所述的基于微流控芯片分选微生物的方法，其特征是：所述待测样品和/或油相试剂经滤器（34）过滤。

4.根据权利要求3所述的基于微流控芯片分选微生物的方法，其特征是：所述滤器（34）中含有纤维素滤膜或改性纤维素滤膜，所述改性纤维素滤膜由纤维素滤膜经含有改性壳聚糖和改性蒙脱土的改性溶液和海藻酸钠溶液层组装得到，所述改性壳聚糖由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和/或2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性得到，所述改性蒙脱土由十二烷基硫酸钠或硅烷偶联剂KH550改性得到。

5.根据权利要求4所述的基于微流控芯片分选微生物的方法，其特征是：所述3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的使用量为壳聚糖的10-40wt%。

6.根据权利要求4所述的基于微流控芯片分选微生物的方法，其特征是：所述改性壳聚糖由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性得到，2,3-环氧丙基三甲基溴化铵的量为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷的20-41.67wt%。

7.根据权利要求4所述的基于微流控芯片分选微生物的方法，其特征是：所述蒙脱土为钙基蒙脱土。

8.根据权利要求4所述的基于微流控芯片分选微生物的方法，其特征是：所述硅烷偶联剂KH550的使用量为钙基蒙脱土的20-60wt%。

9.一种改性纤维素滤膜在权利要求1所述的微流控芯片中分选微生物中的用途，所述改性纤维素滤膜由纤维素滤膜经含有改性壳聚糖和改性蒙脱土的改性液以及海藻酸钠溶液层组装得到，所述改性壳聚糖由3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷和/或2,3-环氧丙基三甲基溴化铵对壳聚糖进行改性得到，所述改性蒙脱土由十二烷基硫酸钠或硅烷偶联剂KH550改性得到。

10.根据权利要求9所述的一种改性纤维素滤膜在微流控芯片中分选微生物中的用途，其特征是：所述改性液由改性蒙脱土悬液与改性壳聚糖溶液混合而成，改性蒙脱土的使用量为改性壳聚糖的30-60wt%。

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