气溶胶中禽流感病毒的微流控芯片富集与裸眼检测方法研究

Highly pathogenic avian influenza is a serious animal disease and mainly transmitted through the respiratory tract. It is of great significance to develop new methods for detection of avian influenza virus (AIV) in air. This study intends to investigate a new AIV detection method using microfluidic chip for collection, separation and concentration of the AIV in aerosol and enzymatic catalysis for naked-eye detection of the viruses. For virus collection and concentration, a microfluidic chip will be simulated using COMSOL and fabricated using 3D printing and polydimethylsiloxane (PDMS) molding. Combined with the immune magnetic separation method, the microfluidic chip will be used to collect, separate, and concentrate the target AIV from the air sample to obtain the magnetic viruses. The impact of the size of the magnetic beads, the shape of the microfluidic channel and the flow rate of the fluids on the collection and concentration of the viruses will be deeply studied. For virus detection, the immune polystyrene (PS) microbeads labeled with catalase will be used to react with the magnetic viruses to form the magnetic virus-PS microbead-catalase complexes. Then, the catalase on the complexes will catalyze hydrogen peroxide to produce oxygen, which can pull the dye liquid column to move. Finally, the moving distance will be used to determine the concentration of the viruses. This project will bring forth a novel idea for detection of AIV in air and can lay the theoretical foundation for building a platform for detection of airborne animal pathogens.

高致病性禽流感是农业部认定的重大动物疫病，主要经气源呼吸道传播，因此研究空气中禽流感病毒的检测方法具有重要意义。本项目拟研究一种基于微流控芯片的气溶胶中禽流感病毒富集方法和一种基于酶促反应的禽流感病毒裸眼检测方法，以此建立一种气溶胶中禽流感病毒检测的新方法。在病毒富集方面，利用COMSOL软件仿真设计微流控芯片，利用3D打印技术和聚二甲基硅氧烷（PDMS）制作微流控芯片，结合免疫磁分离技术，对人工制造气溶胶中的病毒进行分离和富集，得到磁病毒，将重点研究磁珠粒径、微通道形状和液体流速等关键参数对禽流感病毒富集效率的影响。在病毒检测方面，利用过氧化氢酶标记的免疫聚苯乙烯微球与磁病毒进行结合，形成酶病毒，利用酶病毒上的过氧化氢酶催化过氧化氢产生氧气，来推动染料液柱移动，并根据移动距离判断病毒的浓度。本项目将提出一种气溶胶中禽流感病毒检测的新思路，为构建经空气传播的动物病原检测平台奠定理论基础。

气溶胶是疾病传播的重要途径，开展气溶胶中病原微生物监测具有重要意义，目前尚无有效的监测手段，因此本项目旨在建立一种气溶胶中病原微生物的微流控芯片富集与裸眼检测方法。本项目分别设计开发了一种基于离心法的微流控芯片、一种基于鱼骨形结构的微流控芯片以及一种基于干燥小球的富集柱，并开展了气溶胶收集实验。结果表明：基于干燥小球的富集柱可对不同浓度的人工模拟沙门氏菌气溶胶进行有效收集，当沙门氏菌溶液的浓度为1.87 × 10^4和1.87 × 10^6 CFU/mL时，收集到的沙门氏菌数量分别为1.5 × 10^3和6.5 × 10^3 cells。此外，本项目还设计开发了一种可用于裸眼检测的微流控生物传感器，利用免疫纳米磁珠和过氧化氢酶标记的免疫聚苯乙烯微球分别进行沙门氏菌的特异分离和标记，得到磁珠-细菌-微球复合体，酶催化反应产生气体推动红色指示液移动，通过移动距离进行沙门氏菌定量检测。实验结果表明：通过裸眼观察指示液移动距离，该生物传感器可在2小时内实现沙门氏菌的定量检测，线性检测范围为10^2-10^5 CFU/mL，检测下限为150 CFU/mL。本项目提出了一种基于气动距离指示、酶催化以及免疫磁分离的微流控生物传感器，可应用于病原微生物的快速检测，进一步深入研究可提供一种具有应用前景的微生物现场检测新方法。