CN205120593U - 用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，包括PDMS本体，所述的PDMS本体上设有进口，所述的PDMS本体内设有多条通道，所述的通道的一端与进口相连且另一端设有出口，所述的通道内设有多个柱状的凸起。本实用新型的目的在于提供一种集成化、高灵敏、全检测的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片。

Description

用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片

技术领域

本实用新型涉及食品检测领域，特别是一种用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片。

背景技术

食品中危害因子检测一直是食品安全领域中的重要课题，但目前能够灵敏、稳定可靠、快速简便、低成本地监控乳品中常见的危害因子的方法，实现对乳品中高频危害因子实现一步“全检测”的技术仍然缺乏。

如乳品中常见的“高频危害因子”如三聚氰胺，黄曲霉毒素M1，Beta-内酰胺类抗生素等的检测技术主要有基于色谱-质谱等理化检测、基于抗原抗体反应原理的免疫分析检测和基于微生物相关技术原理的检测。对乳品中抗生素的检测最初发展起来的是基于抗生素与微生物间相互作用而建立的微生物生长抑制法、微生物受体法和酶促比色法。乳品中理化检测方法是利用抗生素分子中的基团具有的特殊反应或性质来测定其含量，如高效液相色谱法、气相色谱法、质谱法、联用技术等等，能进行定性、定量和药物鉴定，敏感性较高，但色谱法分析过程繁琐复杂，样品前处理步骤较为复杂，工作量大，仪器昂贵，要求有熟练地技术人员及较长的分析周期，这也一定程度上限制了色谱法的应用。目前，用于检测抗生素残留的免疫分析方法主要有两类：一类是以抗原抗体识别为核心反应，代表方法是酶联免疫吸附法(ELISA)，另一类是以受体配体识别为核心反应。但影响因素较多，易出现假阳性结果且灵敏度低。不管哪种方法，其检测对象都是一种(类)物质，要实现一次性对高频危害因子实现同步高通量的测定，目前的检测方法还不能实现。

以稀土荧光化合物作为荧光标记物的时间分辨荧光生化分析技术已经取得了显著的进步，在医学临床诊断、食品安全领域以及生命科学等领域发挥着越来越重要的作用。现有技术中，基于稀土荧光生物标记物超长荧光寿命的时间分辨荧光生化分析技术可有效消除各种各样来自于样品及仪器的背景信号对荧光测定的干扰，使得测定灵敏度显著增加。

因此开发出一种能够基于时间分辨荧光技术的载体平台实现一次性对食品中的高频危害因子实现同步高通量、高灵敏的检测是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提供一种集成化、高灵敏、全检测的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片。

本实用新型提供的技术方案为：一种用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，包括PDMS本体，所述的PDMS本体上设有进口，所述的PDMS本体内设有多条通道，所述的通道的一端与进口相连且另一端设有出口，所述的通道内设有多个柱状的凸起。

在实际的应用过程中，多条通道中需要选用一条或者两条通道作为控制通道使用，其余的通道作为检测通道使用。从宏观结构上来说，控制通道和检测通道无任何区别，只是在使用过程中，需要在检测通道内固定抗体，通过抗体与食品样品溶液中的抗原结合达到检测危害因子的目的，在控制通道中则不固定任何抗体，在测试过程中如果控制通道没有荧光出现，说明微流控芯片本身对检测没有影响，这也称为阴性对照试验。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，所述的凸起的上端部与通道的顶部连接，所述的凸起的下端部与通道的底部连接。凸起的上端部与通道的顶部连接是作为本方案的优选方案，当然这里并不排斥凸起的上端部与通道的顶部分离的方案。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，所述的凸起的横截面为正六边形。在本方案中，凸起的横截面并不严格限定为正六边形，如正方形、圆形、三角形、不规则形状都是可选的，本方案选用正六边形的优点在于，在离心力的作用下，能够很好的实现抗原和抗体的结合，并且通道内流体阻力合适。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，同一通道中的每3～9个凸起组成一个凸起组，每个凸起组中的凸起的连线为直线，如4、6、8个凸起组成一个凸起组。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，每个凸起组中的凸起的连线与通道的长度方向的夹角大于60°。一般来说，夹角可以选择为70°、80°、85°。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，每个凸起组中的凸起的连线与通道的长度方向垂直。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，所述的通道的数量为5～12条。当然，本方案并不限于5～12条，根据实际需要检测的危害因子的种类而定，一般来说，进样通道的数目越多，其检测通量越大。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，所述的PDMS本体为圆盘状。本方案选用圆盘形的PDMS本体的优点在于，在旋转的过程中，PDMS本体在离心力的作用下结构稳定，但是这并不限定本方案一定要选用圆盘形的PDMS本体，多边形、不规则的形状也是可以选用的。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，所述的进口设置在PDMS本体的中央。

在上述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片中，所述的多条通道沿PDMS本体的径向呈发散状分布。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型的微流控芯片采用一个进样口、多条通道，可以测定食品中的多种不同的危害因子，在实际使用测试过程中，本微流控芯片的通道中需要预先对检测通道的表面活化并修饰抗体，然后与特定的纳米荧光探针结合，可以实现多种危害因子的检测，一般来说，通道的条数越多，其检测通量就越大，能够实现多种危害因子同步检测的目的。

2、本实用新型的凸起的上端部与通道的顶部连接且下端部与通道的底部连接，这样设置的好处在于：如果凸起的上端部与通道的顶部不连接，则容易造成通道内流体阻力不一致，对于凸起和样品、荧光纳米探针以及缓冲溶液接触的效果会产生影响，进而对于检测结果会产生影响，并且凸起的上端部与通道的顶部连接的设计还可以提高接触面积，对降低检出限有一定的意义。

3、本实用新型的凸起的横截面为正六边形，这样设置的好处在于：能够提高凸起和样品、荧光纳米探针以及缓冲溶液接触的效果。

4、本实用新型的PDMS本体为圆盘形，这样设置的目的在于：使本微流控芯片可以加载在一个旋转的平台上，通过离心力实现样品和缓冲溶液的有效分布，检测效果好，离心效果优异。在此基础上，多条通道沿PDMS本体的径向呈发散状分布与圆盘形的PDMS本体结合，使各种分液的分布、流动效果更为优异。

综合来说，本实用新型的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片具有集成化、高灵敏、全检测的优点。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的俯视图；

图2是本实用新型的实施例1的D-D剖视图；

图3是本实用新型的实施例1的通道的俯视放大图。

附图1-3中各标号为：1、PDMS本体；11、进口；12、通道；13、凸起组；14、出口；15、凸起，121、检测通道，122、控制通道。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本实用新型的技术方案作进一步的详细说明，但不构成对本实用新型的任何限制。

实施例1

如图1至图3所示，一种用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，包括圆盘状的PDMS本体1，所述的PDMS本体1上设有进口11，所述的进口11设置在PDMS本体1的中央，所述的PDMS本体1内设有7条通道12，所述的7条通道12沿PDMS本体1的径向呈发散状分布，所述的通道12的一端与进口11相连且另一端设有出口14，所述的通道12内设有多个柱状的凸起15，所述的凸起15的上端部与通道12的顶部连接，所述的凸起15的下端部与通道12的底部连接，优选地，所述的凸起15的横截面为正六边形。在图3中，由于PDMS本体1为透明的，所以俯视时可以清楚的看到通道12，通道12是设置在PDMS本体1内部的，其仅通过出口14和进口11与大气连通。

在实际应用中，7条通道12中选出一条作为控制通道122，另外的作为检测通道121，控制通道122不固定抗体，检测通道121内固定第二抗体，具体固定方法见下文的表面处理的步骤。

在本实施例中，同一通道12中的每3个凸起15组成一个凸起组13，每个凸起组13中的凸起15的连线为直线，每个凸起组13中的凸起15的连线与通道12的长度方向垂直。当然在制备过程中，每个凸起组中的凸起的连线与通道的长度方向的夹角α可以选择为70°、80°、85°，对此本实施例并不过多的限制。

本微流控芯片的制造方法如下：

芯片主体采用PDMS-PDMS结构，以模塑法制作，具体步骤如下：

a)硅模具制作：模具的制作包括绘制版图、制作掩模和光刻三个标准步骤。

b)PDMS基片的制作：将Sylgard184硅橡胶弹性体和Sylgard184固化剂以质量比10：1的比例混合，搅拌均匀，在真空干燥箱中脱气，倾倒在硅模具表面，在真空干燥箱中以80℃烘烤15分钟，取出，冷却，剥离。得到具有7条通道12的PDMS基片。

c)键合封装：将含有通道12的PDMS打孔，确定通道12的进口11和出口14；然后将此PDMS基片和另一片平整的PDMS切成芯片单元。以氧气等离子体方法键合。芯片制作完毕。

在应用于食品中危害因子测试之前，需要将通过氧气等离子体方法键合的芯片预先进行表面处理，表面处理的具体方法为：以4.0mL/min的速度进口11通入5.0wt％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液(95wt％乙醇—5wt％双蒸水混合溶液)10分钟。停止流动，培育15分钟，依次用乙醇冲洗15分钟和通空气吹洗，然后在80℃烘30分钟。随后，注入戊二醛溶液(1.0％的水溶液，Ph＝9.2)10分钟后静止，在碱性条件下培育15分钟，使表面氨基与交联剂戊二醛反应。用0.1M碳酸钠缓冲液(pH＝9.2)冲洗通道，然后注入第二抗体溶液(0.2mg/mL抗体分散于pH9.2的0.1M碳酸钠缓冲液，含0.05％Tween-20)10分钟。培育20min后，使用0.5MTris缓冲液(pH9.0)-0.05wt％Tween混合液封闭未反应的戊二醛。为了减少非特异性蛋白质的吸附，通入1.0wt％的牛血清白蛋白溶液(10mMPBS，pH7.4)，培育20分钟，然后用10mMPBS冲洗干净。

在测试食品中的多种危害因子时，按以下步骤操作：

步骤1：从微流控芯片的进口11加入待测样品，使样品进入微流控芯片的检测通道和控制通道中；其中，微流控芯片内的检测通道121内固定有能够与待测抗原特异性结合的第二抗体；控制通道122内部不固定任何抗体。比如如果食品中的危害因子为抗原A、抗原B、抗原C，则两条检测通道121内固定第二抗体A，两条检测通道121内固定第二抗体B，两条检测通道121内固定第二抗体C。

步骤2：将缓冲液从进口11加入检测通道121中，冲洗数次；

步骤3：从进口11中加入的荧光纳米探针，使荧光纳米探针进入检测通道中，荧光纳米探针的表面修饰有第一抗体，第一抗体能够与特定抗原结合；荧光纳米探针分为三种，一种荧光纳米探针的表面修饰与抗原A对应的第一抗体A，一种荧光纳米探针的表面修饰与抗原B对应的第一抗体B，一种荧光纳米探针的表面修饰与抗原C对应的第一抗体C。这样第二抗体A-抗原A-第一抗体A形成“三明治”结构来实现对抗原A的检测，其他抗原检测同理。

步骤4：将缓冲液从进口11加入检测通道中，冲洗数次；

步骤5：用荧光显微镜或时间分辨荧光仪检测检测通道中的荧光信号。

通过上述方法可以一次性有效的检测食品中多种危害因子，实现了对食品中的危害因子同时检测的目的。

以上所述的仅为本实用新型的较佳实施例，凡在本实用新型的精神和原则范围内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，包括PDMS本体(1)，其特征在于：所述的PDMS本体(1)上设有进口(11)，所述的PDMS本体(1)内设有多条通道(12)，所述的通道(12)的一端与进口(11)相连且另一端设有出口(14)，所述的通道(12)内设有多个柱状的凸起(15)。

2.根据权利要求1所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，所述的凸起(15)的上端部与通道(12)的顶部连接，所述的凸起(15)的下端部与通道(12)的底部连接。

3.根据权利要求2所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，所述的凸起(15)的横截面为正六边形。

4.根据权利要求3所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，同一通道(12)中的每3～9个凸起(15)组成一个凸起组(13)，每个凸起组(13)中的凸起(15)的连线为直线。

5.根据权利要求4所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，每个凸起组(13)中的凸起(15)的连线与通道(12)的长度方向的夹角大于60°。

6.根据权利要求5所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，每个凸起组(13)中的凸起(15)的连线与通道(12)的长度方向垂直。

7.根据权利要求1至6任一所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，所述的通道(12)的数量为5～12条。

8.根据权利要求7所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，所述的PDMS本体(1)为圆盘状。

9.根据权利要求8所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，所述的进口(11)设置在PDMS本体(1)的中央。

10.根据权利要求9所述的用于食品中多种危害因子同步检测的微流控芯片，其特征在于，所述的多条通道(12)沿PDMS本体(1)的径向呈发散状分布。