高通量微流控芯片ELISA检测法自动化病毒诊断系统基础研究

Avian influenza and other epidemic diseases are threatening the health and safety of human, an efficient and effective detection technique to control a wide range of virus spread is essential. This project is based on a microfluidic technique, to develop a multi-sample multi-disease portable microfluidic system for parallel enzyme-linked immunosorbent assay. Microspheres of immunosorbent assay are introduced into microchannel and stacked in reaction chambers by design of an upper and a lower PDMS layer with different depths for the microchannels, thus avoiding the use of complex micro-bar to intercept the microspheres. The microfluidic system, which is consisting of cross-linked microchannel network chip, compressive stress valves and automated chip manipulation system, can directional stack the polystyrene microspheres carrying different antigens, sample a variety of biological samples and reagents, and realize multi-viral immune analysis of multiple biological samples. After successful demonstration of analyzing standard samples in the laboratory, this system will be applied to real sample analysis of the avian influenza virus. The most outstanding feature of this microfluidic system is high-speed parallel analysis capability, and the development of the microfluidic manipulation system will lay a foundation of a portable microfluidic diagnostic system. The implementation of this project will be able to achieve efficient and convenient on-site virus detection eventually, and provide a convenient research tool for epidemics in the future.

禽流感等流行性疾病正日益威胁着人类生命健康安全，快捷有效的检测技术对控制病毒大范围传播至关重要。本项目基于微流控芯片技术，开发可同时对多样品多疾病进行并行酶联免疫吸附试验的便携式芯片系统。通过设计上下两层不同深度微通道，对免疫吸附微球在微流控芯片的反应室内定向堆集，从而避免使用复杂的微坝结构来拦截微球。利用交联微通道网络芯片、压应力控制阀和自动化的芯片操控台组成的微流控芯片系统，实现对携带不同抗原的聚苯乙烯微球的定向投放和多种生物样品及试剂的并行进样，达到对多生物样品的多病毒免疫分析。成功完成实验室内标准样品的分析后，该系统将应用于对禽流感各亚型病毒的实际样品分析。本微流控系统最大的特色是高速并行分析能力，而微流控芯片操控台的研制技术也将为开发便携式的微流控芯片疾病诊断系统奠定基础。本项目的顺利实施最终将可实现高效便捷的现场病毒检测，并为新发流行病提供方便快捷的研究工具。

目前国内外虽有报道实现微流控芯片对生物多样品同时进行检测，但还未有对多种生物样品中的多种成分同时进行检测的报道，未能最大程度发挥微流控芯片实验室的高通量特性。我们针对这个问题提出了高通量多样本多成分微流控芯片分析系统的研究。首先，针对光刻胶微结构制作工序繁多、价格昂贵、电铸后去胶难、加热易产生结构变形等问题，我们研制了一套利用杜邦干膜快速制备微通道模具的低成本方法。其次，通过设计上中下三层不同深度和结构的微通道，设计出了符合实验目的新型三明治芯片结构，对免疫吸附微球在微流控芯片的反应室内定向堆集，从而避免使用复杂的微坝结构来拦截微球。利用交联微通道网络三明治芯片和自动化芯片操控台组成的微流控芯片系统，实现了对携带不同抗原微球的定向投放。根据该微流控芯片系统，本项目提出了合理的检测方法，对多通道芯片中的单通道ELISA和多通道实验进行了研究，获得了有关芯片分析中反应室清洗所需时间的相关数据及荧光信号和样本浓度、反应时间等的相关性。在高通量ELISA微流控芯片的研究基础上，发表了3篇SCI论文，其中1篇为国际重要期刊，并申请或授权了4项专利，另有多项论文、专利待发表和申请。