基于微流控芯片的雾霾生物毒性快速检测技术

With the severe air pollution problem, there were more and more haze weather among various cities in China, which have affected the normal traffic and transportation. Moreover the fine particles in the haze have severely harmed the public health, which has attracted the concern of the whole society. Up to today, AOI is the only parameter to evaluate the air quality. In fact, how the haze affects the public health is a complicated problem, AOI is only a simple physical parameter, which can hardly evaluate the toxicity of haze. It is not only a scientific problem, but also a social problem to accurately measure the toxicity of the haze at different time and locations. The bio-toxicity of haze can be attributed to the invasion of the fine particles to the lung, inorganic and organic compounds in the particles. Herein we propose to develop instruments capable of rapid toxicity analysis of the haze base on the microfluidic techniques we developed. The instrument will integrate the microfluidic chip for rapid particle capture and enrichment with microfluidic chip for general toxicity evaluation. The success of the proposed technique will provide the toxicity information of the haze at different time and locations in almost real time manner. The data from the instrument will provide technical support for the disease control and prevention, haze weather control as well as provide information for government to make policies.

近年来，城市雾霾等灾害性天气明显增多，严重影响人群健康，这已引起全社会的普遍关注。目前全国只有空气质量指数AQI这个简单的数字来描述空气质量，事实上不同时间地点的雾霾的组分构成不同，生物毒性也不相同。如何比较精确的测量不同时间地点的雾霾的生物毒性不仅是一个科学问题，健康问题，更是一个社会问题。雾霾的生物毒性来自于微纳米颗粒物对肺部的侵蚀，颗粒物含有的有机无机物。为此我们在已有前期基础的微流控芯片技术的基础上研制快速雾霾生物毒性分析仪器装置。技术的核心是集成空气颗粒物快速捕获富集微流控芯片技术，生物毒性分析微流控芯片。项目的研制成功可以用于快速分析不同时间地点的城市雾霾的生物毒性，提供具体的数字来衡量雾霾对健康的危害，为预防疾病、雾霾灾害治理和国家决策提供数据支持。

雾霾对人群健康的影响，是全社会都在关注的问题。目前全国只有空气质量指数AQI这个简单的数字来描述空气质量，事实上不同时间地点的雾霾的组分构成不同，生物毒性也不相同。如何比较精确的测量不同时间地点的雾霾的生物毒性不仅是一个科学问题，健康问题，更是一个社会问题，符合国家的重大需求。.针对目前雾霾生物毒性快速分析技术缺乏的问题，我们开发了完整的基于微流控芯片的雾霾颗粒物生物毒性的分析技术，成功完成自动化雾霾颗粒物生物毒性快速检测仪器样机的制作。整个仪器可以对雾霾颗粒物进行自动的生物毒性快速分析，给出生物毒性的具体数据，并且仪器通过实际样本测试，建立了生物毒性的描述公式。在2019年秋冬季节对上海市大气进行连续的毒性分析，技术上可以实现小时分辨的大气颗粒物样本毒性分析读出，获得毒性分析结果的耗时少于25分钟。在项目执行过程中，取得成果简要如下：（1） 成功研发基于微流控芯片的雾霾生物毒性快速分析技术，开发了可以稳定使用的发光菌（明亮杆菌）试剂，掌握了冻干和快速复苏的技术，可以稳定保存和使用，满足实际应用的要求。（2）成功设计制造可以对雾霾颗粒物进行生物毒性分析的多种微流控芯片，包括板式微流控芯片和离心盘式微流控芯片，检测通量为48/96。（3）成功开发了3款适合生物毒性测试的雾霾颗粒物快速采样系统。（4）开发了全自动的雾霾颗粒物生物毒性快速检测仪器，缓冲复苏液的加注到雾霾颗粒物采集样本到芯片的传输，由机械臂自动完成，整个仪器可以对雾霾颗粒物进行自动的生物毒性快速分析，给出生物毒性的具体数据。仪器系统达到或者超过了设计的技术考核指标。（5） 发表论文15篇，申请专利3项，授权专利1项。总之，研发的雾霾颗粒物生物毒性快速检测技术和仪器填补了国内外的空白，可以快速测量不同时间不同地点的雾霾生物毒性，为疾病的预防，雾霾的治理和城市设计产业调整等规划提供技术支持。