非接触式电容耦合电导检测微系统用于核酸扩增过程的实时定量检测

The rapid detection and analysis of pathogenic micro-organisms is the urgent needs of public safety emergency scene technology. Real-time quantitative PCR technique provides an effective means for the rapid identification of microorganisms. But it uses the optical detection apparatus and the structure is more complicated. So it is difficult to miniaturization and can not meet the needs of field testing. This project provides a novel microsystem, which integrate contactless conductivity detector for nucleic acid amplification real-time mornitoring and analysis. The microchip has one hundred nanometer level SiO2/silicon nitride dielectric layer and precision of the number of interdigital-electrodes. The readout circuit has the functionals of exogenous sitimulating and differential signal collection, it can significantly increase the capacitively coupled contactless conductivity detector sensitivity, resolution and anti-jamming capability. The project will reveal the PCR product specific recognition by the non-contact conductivity method.Based on the establishment of real-time quantitative detection methods for non-contact conductance of the PCR reaction. build hand-portable propetype analyzer for analysis and verification of the actual sample, for rapid identification and analysis of microorganisms within a few minutes. The research results of this project will support a novel technology of on-site microbial analysis for food safety, environmental monitoring, and public health emergencies, and has important application value and social significance.

致病微生物的快速检测和分析是公共安全突发事件现场迫切需求的技术，实时荧光定量PCR技术为微生物的快速鉴定提供了有效的手段，但目前都采用光学检测，仪器构造复杂，难以小型化，不能满足现场检测的需求。本项目提出基于MEMS技术制备集成非接触式电导检测器的核酸扩增微芯片系统，制作百纳米级SiO2/氮化硅介电层和精确对数的叉指电极，采用外源激励和差分信号读出方法,可显著提高电容耦合非接触电导检测的灵敏度、分辨率和抗干扰能力。本项目将在解决PCR扩增产物的非接触电导法特异性识别等关键问题的基础上，建立PCR反应过程的非接触式电导实时定量检测方法，构建手持式核酸快速检测分析仪样机，用于实际样本的分析和验证，实现在几分钟内微生物的现场快速鉴定和分析。本项目的研究成果将为食品安全、环境监测，以及公共卫生突发事件现场微生物的快速检测提供技术，具有重要的应用价值和社会意义。

项目面向社会公共安全领域致病微生物的现场快速检测和分析的迫切需求，基于MEMS技术制备了集成非接触式电导检测器的核酸扩增微芯片系统，解决了PCR扩增产物的非接触电导法特异性识别等关键问题，建立了PCR反应过程的非接触式电导实时定量检测方法，构建了手持式核酸快速检测分析仪样机，用于实际样本的分析和验证，实现了在几分钟内微生物的现场快速鉴定和分析，取得了如下具体成果：.1）设计制作了基于非接触电导检测原理的生物传感系统，结合叉指电极及串联谐振电路的作用，获得了高灵敏度和分辨率。制作一系列的功能化微流控芯片，构建完整的检测系统，优化检测条件，应用于特异性的DNA恒温扩增反应和肿瘤标记物免疫反应的实时检测。.2）系统采用最简单的双电极结构制作非接触式电化学工作电极，用叉指电极代替传统的单指电极实现高灵敏度和分辨率。设计集成有温度传感器和微加热器的DNA扩增芯片，用恒温反应代替常规的PCR反应，简化了温度控制程序和系统构造。非接触工作电极与温度控制系统集成，实现了对微量DNA恒温扩增的实时检测。优化了各种实验参数，系统的检测灵敏度得到很大提高，链置换恒温扩增的最低检测限从2.5µM降低到1nM，同时成功实现对滚环恒温扩增的实时检测。.该系列传感器可以实现快速灵敏的生物特异性反应检测，并提供实时动态信息，可用于微量DNA和抗原对象的定量分析及反应机理分析。该技术非常适用于小型化、集成化的便携式仪器，并在临床检验、环境监测、食品安全及现场生化分析方面有广阔的应用前景。.综上所述，项目完成了研究任务，达到了任务书的指标要求。