基于微流控芯片的气溶胶中细菌的富集及快速检测系统研究

【摘要】几个世纪以来,以空气气溶胶为传播介质的传染病的爆发和流行一直是对人类健康和环境安全造成严重威胁的主要原因之一。很多呼吸道传染病都是由细菌引起的。传统的检测方法如利用经典的培养法对空气中的病原微生物进行检测耗时耗力,导致诊断的延迟并直接推高了传染病的死亡率和发病率。微生物气溶胶污染对环境安全的损失也十分巨大。为了解决这一基本的问题,实现对微生物空气气溶胶中的病原微生物快速、准确的检测,一些新兴的环境科学技术与环境生物技术如微流控芯片技术等越来越广泛的应用到环境监测工作中,在大气检测中的微流控芯片技术也已经应用于空气气溶胶中的病原微生物快速、准确检测。目前,各种学科的前沿技术和思维已经融入到环境检测领域,如微生物学、生物化学、环境化学等学科中的酶联免疫反应技术、环介导等温扩增、流体力学拟合等技术有力的推动了环境科学领域中气溶胶病原微生物的检测工作。本论文建立了一个简单、廉价的微流控芯片装置,能够快速、高效的对空气气溶胶中的病原微生物进行富集、捕获。这个装置通过了以大肠杆菌和耻垢杆菌作为实验材料的可行性验证,9分钟之内就能够达到富集效率100%。检测限与传统的培养方法相比更低。鱼骨结构首次用于利用微流控芯片的气溶胶中的病原微生物的富集,并显示出了良好的富集效果。在微流控富集研究的基础上,我们开发了一种利用微流控免疫芯片技术对空气气溶胶中的结核杆菌进行快速检测的新的检测装置。该免疫反应体系能够成功捕获结核分枝杆菌的特异性分泌蛋白Ag85B。这个反应体系的原理系采用免疫夹心法对抗原进行检测。此法操作简便、试剂用量节省。检测时间比传统的96孔板检测ELISA检测方法大大缩短。这种检测方法同时兼顾敏感性和特异性。实验对比了微流控芯片上的ELISA反应与一种利用免疫胶体金原理进行检测的商品化试剂盒,发现该法的检测灵敏度更高,说明该法更适合于对空气气溶胶等病原微生物浓度较低的环境进行检测。之后,论文又对空气气溶胶中的大肠杆菌进行了基于微流控芯片的环介导等温扩增技术的富集、快速检测一体化的研究。结果显示,所设计的富集——LAMP检测微流控芯片实现了对空气气溶胶中的病原微生物大肠杆菌进行从富集到快速LAMP检测的一体化的目的。这一检测装置对空气中的病原微生物大肠杆菌的富集和LAMP快速检测提供了很高的可行性并表现出非常好的特异性以及灵敏度。大约十几个大肠杆菌就能够满足检测的需要,远高于传统方法的检出限,与芯片上的ELISA方法相比也有更高的灵敏度,适合环境空气中大肠杆菌的快速有效检测。并且所设计的芯片模块和检测装置在其他存在于环境气溶胶中的病原微生物的检测中也将能够发挥较好的作用。
【作者】荆雯雯；
【导师】隋国栋；
【作者基本信息】复旦大学，环境科学，2013，博士
【关键词】微流控芯片；环境检测；微生物气溶胶；免疫反应；环介质等温扩增；富集；

【参考文献】
[1]郭庆渠.软坚护肝片对肝纤维化影响的实验研究[D].广西医科大学,肝胆外科,2004,硕士.
[2]彭娟.基于机器视觉的模具检测系统技术研究[D].江苏科技大学,控制工程,2013,硕士.
[3]陈洁.BCLC-B/C期肝细胞肝癌患者肝切除术生存受益评价及预后影响因素分析[D].广西医科大学,肿瘤学（专业学位）,2014,博士.
[4]肖克记者衣春翔.哈工大课题组研制出“世界最轻材料”[N].黑龙江日报,2015-03-28001.
[5]朱曦冉.我国工业供应链核心企业识别分析[J].中国物流与采购,2014,10:68-69.
[6]王宏朝.横风作用下声屏障力学特性数值模拟[D].河南科技大学,车辆工程,2013,硕士.
[7]杜婕.论材料与现代纤维艺术[D].青岛大学,艺术设计,2004,硕士.
[8]刘思.动作—语词联结水平对操作学习的影响[D].吉林大学,应用心理,2014,硕士.
[9]李昕,张永,殷德民,王小力,刘卫华.紧束缚格林函数法研究原子吸附石墨烯纳米带电子输运[J].西安交通大学学报,2015,02:.
[10]肖茵茵,陈子聪.电子商务中时态信息的处理[J].现代计算机(专业版),2004,10:71-74.
[11]张永刚.我国上市公司退市法律制度研究[D].北方工业大学,经济法学,2004,硕士.
[12]张超.斑点追踪技术评价尿毒症与原发性高血压左心室应变[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[13]潘凯岩,刘仲尧,宋学清,贺东明.自动负荷控制系统在佛山电网中的应用[J].电力系统自动化,2009,22:94-97.
[14]马骋.基于云存储的版本控制系统的设计与实现[D].大连理工大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[15]张永田.TGF-β1在三氧化二砷诱导K562细胞分化中的作用与分子机制研究[D].济南大学,内科学,2012,硕士.
[16]石玉红.股票型开放式基金的流动性对基金规模与绩效关系的影响[D].华侨大学,金融学,2013,硕士.
[17]章明明.大学生心理冲突与应激水平、主观幸福感及应付方式关系的研究[D].华南师范大学,发展与教育心理学,2003,硕士.
[18]沙盼雨.中国药品价格规制及其效果研究[D].广东财经大学,产业经济学,2014,硕士.
[19]李新仕.数据挖掘在商务中的应用[J].广西师范学院学报(自然科学版),2004,03:69-74.
[20]苏晓明,阿迪亚.广义时变脉冲系统的输入输出时域稳定[J].自动化学报,2014,11:2512-2520.
[21]魏红宁.SPRINT决策树分类器中的数据存储方法[J].计算机应用,2004,S1:95-96+104.
[22]李杉珊.高迁移率族蛋白1在内毒素耐受中的作用及其机制研究[D].中南大学,临床医学,2013,博士.
[23]徐子慧.媒体曝光与上市公司盈余管理的实证研究[D].云南财经大学,企业管理,2014,硕士.
[24]凡增辉.兆瓦级风电齿轮箱设计与研究[D].北京交通大学,2009.
[25]王勤.伴放线放线杆菌磷脂酰胆碱致病机制的初步研究[D].南方医科大学,病原生物学,2014,博士.
[26]轩瑶.基于电子商务平台的铁路车站整车货物作业流程优化研究[D].北京交通大学,交通运输工程（专业学位）,2013,硕士.
[27]陈亚囡.英国亨利二世时期令状制度变革探析[D].西南政法大学,法律史,2012,硕士.
[28]杨红艳.被动式电液力伺服系统的同步解耦控制研究[D].河南科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[29]汪伍洋.多体超大型浮式结构物连接器的设计及载荷的初步分析[D].江苏科技大学,船舶与海洋结构物设计制造,2014,硕士.
[30]安乐.论我国食品安全监管法律制度研究[D].兰州商学院,经济法,2013,硕士.
[31]段伟芝.人民币均衡汇率研究[D].苏州大学,金融（专业学位）,2013,硕士.
[32]徐琳.一汉族良性成人家族性肌阵挛癫痫家系的结构磁共振研究[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[33]李星晨.褪黑素对大鼠急性脊髓损伤后IL-6、IL-8、IL-10的影响[D].郑州大学,外科,2013,硕士.
[34]黄浴,袁保宗.基于长序列立体图象的运动参数LS估计[J].自动化学报,1997,01:127-130.
[35]陈健俶.中国传统文化的继承与发展现代个性的平衡点[D].中央美术学院,美术学,2013,硕士.
[36]王哲,梁满贵,及晓萌,FillipusMateusAbisai.源端控制的OpenFlow数据面[J].通信学报,2015,03:185-191.
[37]袁晓菊.巴渝传统干栏建筑营造特色研究[D].重庆大学,建筑历史与理论,2014,硕士.
[38]胡渊.DRD5，MNX1异常甲基化在2型糖尿病大血管并发症诊断中的应用研究[D].华中科技大学,内科,2013,硕士.
[39]尤荣福.-R控制图的设计[J].电子质量.2000(08)
[40]余潇枫,周章贵.中印跨界河流非传统安全威胁识别、评估与应对[J].世界经济与政治,2014,12:52-70+156.
[41]程天君.校本教师培训探究[D].湖南师范大学,课程与教学论,2004,硕士.
[42]陆振伟.船舶电力推进装置的建模与仿真[D].江苏科技大学,控制工程,2013,硕士.
[43]杨洋.大气压针—板式纳秒脉冲介质阻挡放电光谱研究[D].大连理工大学,等离子体物理,2013,硕士.
[44]许晓曼.基于蚁群算法的QoS最优Web服务组合方法研究[D].南京邮电大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[45]蔡创群.基于投资者情绪与选美竞赛的资产定价模型研究[D].华南理工大学,金融学,2014,硕士.
[46]黎伟福.履带起重机桁架臂非线性强度及稳定性分析[D].吉林大学,机械工程,2014,硕士.
[47]王潞.英汉口译中语言转换的难点及策略[D].苏州大学,翻译（专业学位）,2014,硕士.
[48]冯阿瑞.图像归一化分割方法研究[D].重庆大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[49]庞静.宫颈上皮内瘤变中医证型分布及其与阴道镜RCI评分相关性研究[D].福建中医药大学,中医妇科学（专业学位）,2013,硕士.
[50]毛睿.我国健身小姐竞赛项目特征及身体训练方法的研究[D].西安体育学院,体育,2013,硕士.