面向多种呼吸道细菌快速检测的微光纤光栅微流控传感系统

The detection of bacteria is of great significance in clinical medicine. In view of the shortcomings of traditional bacterial culture, such as long time consuming and complicated detection procedure, we used microfiber cascaded Bragg grating and infrared characteristic spectrum absorption to achieve simultaneous detection of many kinds of bacteria. The research contents include: (1) design, fabrication, optimization and cascade of micro- Fiber Bragg Grating; (2) optimization of different antibody modification procedures; (3) detection of bacteria; (4) research on infrared absorption characteristic spectra of different bacterial antigens and antibodies, and establish the databases.The ultimate goal of this project is to set up a detection scheme based on microfiber cascaded Bragg grating and infrared characteristic spectrum absorption to realize simultaneous rapid detection of many kinds of bacteria, so as to provide basic judgments for early diagnosis and treatment of diseases.

呼吸道主要病原菌的检测是研究呼吸道疾病发病机制和治疗方案的关键。针对传统检测中常规细菌培养耗时较长、检测程序繁杂等缺点，本项目拟利用特异抗体修饰的微光纤布拉格光栅级联光谱对细菌抗原的结合响应，结合红外特征光谱吸收，实现对多种呼吸道细菌的同时快速检测。研究内容包括：（1）微光纤布拉格光栅的设计、制备、优化及级联；（2）不同抗体修饰程序的优化；（3）细菌的检测研究；(4)不同细菌抗原抗体结合的红外吸收特征光谱研究，建立相关数据库。本项目的最终目标，是建立一套基于微光纤级联布拉格光栅结合红外特征光谱吸收的检测方案，实现对多种细菌的同时快速检测，从而为疾病的早期诊疗提供判读依据。

呼吸道细菌生态组成的准确快速检测是呼吸系统疾病诊断的基础。为克服细菌培养耗时长、某些细菌培养检出难度大，避免高通量测序的高要求、免疫检测假阳性、代谢组检测浓度限制以及操作复杂等问题，项目从可靠的细菌基因测序、细菌特异性排序的光学观测和微光纤光栅多抗体修饰光学检测三个方面进行了探索和研究，以期通过各种方法的比对佐证，建立具有操作简单、耗时短、免标记、费用低、灵敏度高的探测呼吸道菌群的方法，为呼吸系统疾病的特异性诊断和治疗可提供新的思路。.项目在运用准确的高通量测序方面，采用16S rDNA高通量测序对内蒙古地区慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者与健康者气道菌群进行了检测对比分析，发现慢性阻塞性肺疾病急性加重期（AECOPD）患者气道微生物组成表现为气道微生态多样性减低，常见病原体丰度增加，共生菌丰度减少，显示气道微生态变化可能与COPD急性发作密切相关，为探索光学检测细菌的方法提供了优化方向，也为诊疗提供了新的思路。基于气道细菌多样性改变和细菌形态、特性排列的变化特征，项目提出了基于偏振成像技术的、通过观测不同细菌种类的形态、排列及菌落模式的细菌识别和区分方法，该方法通过在光谱编码型穆勒矩阵测量法中引入光学时间拉伸技术，实现了一种超快速穆勒矩阵测量技术，其单次测量速度可以达到10ns。在微光纤光栅多抗体修饰光学检测方面，项目设计了级联微光纤光栅的多种呼吸道细菌检测的微流控芯片、研究了微光纤干涉系统对细菌环境的盐度和温度检测，检测的灵敏度达到了0.367nm/%和-0.728nm/℃, 为后续在其上级联光栅进行多菌体检测奠定了基础。研究结果表明采用光学进行多种呼吸道细菌快速检测的可行性，为探索操作简单、免标记、费用低、灵敏度高的快速探测呼吸道菌群方法提供新的思路，具有一定的科学意义。项目支持或部分支持公开发表学术论文8篇，其中SCI论文6篇，申请发明专利3项，授权2项。