新型多孔芯片技术快速检测病原微生物的研究

Pathogen detection is one of the key factors to guard food security and human health. Biochip has very good prospect in pathogen detection, due to fast speed, high through and low reagent consuming. Macroporous materials become the potential candidate for biochips owing to their very high surface to volume ratio, highly ordered three-dimensional pores, stability and high enrichment efficiency of pathogen. It has not been reported by literatures.Our project study pathogen detection methods using macroporous materials for biochip to avoid leakage problem and laser induced fluorescence as detector. The content includes principle of reactions of antibody, DNA and biochip surface, modify of biochip surface, surface micromachining, optimum the light path and experiment conditions. Macroporous chip combine enrichment, separation and detection into one and realize fast simultaneous detection of pathogen which broaden application areas of macromaterials.

病原微生物的检测技术是预防和控制食品安全、保障人类健康的关键技术环节。生物芯片技术因快速、高通量和试剂用量少等特点成为病原微生物检测的最有发展前景的技术之一。多孔材料具有极高的比表面积、高度有序三维孔道结构、稳定性强，生物富集效率高，可作为"微型反应器"，成为生物芯片的理想选择，目前尚无利用多孔材料制备生物芯片的相关报道。本项目改变传统生物芯片的制作方式，首次采用孔材料作为芯片基材，集分离、富集、测定为一体，实现多种微生物同时快速检验，拓展了多孔芯片的应用领域。采用高灵敏的激光诱导荧光(LIF)作为检测手段，利用特异性的免疫反应建立快速检验微生物的方法。本项目致力于研究多孔芯片表面和抗体、抗体和抗原的反应机理，解决芯片内表面的修饰问题，研究多孔芯片微加工技术和LIF检测系统与光路系统的优化、实验条件优化，建立病原微生物快速同时测定的方法，为生物芯片的进一步发展提供理论上的支持。

微生物的检测技术是控制病原微生物污染的关键技术。多孔生物芯片术是快速、高通量病原微生物检测技术的前沿热点。在项目(基金号：21275105)资助下，自主依次设计一维、二维和三维多孔生物芯片；基于三维多孔生物芯片建立快速、灵敏的病原微生物检测方法。首先，成功制备一维石英毛细管生物芯片。首次采用微波诱导H2O/Ar等离子体技术对该生物芯片表面改性。该技术可提高芯片表面抗体的包埋效率。然后，制备二维和三维毛细管多孔生物芯片。二维毛细管生物芯片将八根毛细管平铺于基片上；三维毛细管多孔生物芯片将八根毛细管套装于石英管中。三维生物芯片结构紧凑、表面积大和荧光收集性能高，其检测性能远高于二维生物芯片。基于此，项目组自主设计三维PMMA多孔生物芯片，采用精密度高的激光加工技术制备。与传统生物芯片相比，该生物芯片集分离、富集、测定为一体。这为生物芯片发展提供新思路。基于此生物芯片成功建立快速、灵敏和特异的病原微生物免疫分析方法。这为快速控制病原微污染提供一种强有力的新工具。同时，所研制的三维PMMA多孔生物芯片有望与LIF检测系统耦合，制成便携式仪器。此外，分别搭建基于抛物面和光学参量振荡器LIF检测系统。前者能高效收集荧光，后者适用于任何荧光染料。另外，构建一系列性能优良生物传感器，实现对金属离子、小分子、蛋白质标志物和癌细胞分析。并且，探讨新型荧光量子和功能化石墨烯的合成及其应用研究。项目资助5次国内会议。目前，在项目资助下已发表SCI论文21篇（其中影响因子>5的7篇），后续还将有论文陆续发表；已授权国家专利2项，正在申请国家专利1项。依托项目，培养博士后研究人员1名和研究生9名。项目的财务支出总体按照预算及依托单位的要求完成，个别支出稍有调整，但均在合理范围内。