基于光电镊子免标记SERS微流控芯片的单个病原菌实时检测研究

Pathogenic disease has become the most severe problem in domestic and abroad food safety, which requires rapid in-situ idenification and detection method with high sensitivity and low cost. Optical tweezers Raman spectroscopy shows excellent merits for in-situ single bacterium detection. However, its application is hampered by its low sensitivity and throughout. The project, aims to construct a microplatform which could fulfill the accurate trapping, separation and quick detection of single bacterium. It is integrated optoelectronics tweezers (OET) microfluidics and SERS, and proposed to solve the two problems above. The theoretical model and experimental method based on OET SERS microfluidics will be constructed first. The rapid detection approach with high sensitivity will be investigated based on SERS then. In addition, with chemometrics method, the classified and quantified model will be built. Finally, a chip module will be integrated to accomplish the accurate trapping, separation and quick detection of single bacterium. The project provides a foundation for the development of rapid detection instrument. It possesses relatively high academic value, theoretical significance and application worth as well.

食源性疾病是国内外食品安全领域突出且亟需解决的问题，低成本、准确、灵敏度高的单个病原菌实时快速鉴定、检测是迫切需求和发展趋势。光镊拉曼在单个病原菌实时检测中具有突出优势，但存在灵敏度低无法实现高通量检测的问题。本项目拟将光电镊子微流控芯片和 SERS 技术联合，探索构建一种集单个病原菌准确捕获、定向分离与快速检测于一体的高通量微芯片分析平台，克服以上两大问题。首先基于光电镊子微流控探索单个病原菌的准确获取和定向分离的理论模型和实验方法；其次结合 SERS 技术，研究单个病原菌 SERS 信号产生的机理，构建灵敏度高的检测方法；再次通过化学计量学方法，建立基于单个病原菌水平的病原菌分类和定量检测模型；最后，集成分离与检测芯片模块，可实现单个病原菌准确捕获、定向分离与快速检测。本项目为研发具有自主知识产权的单个病原菌快速检测设备提供方法依据，不仅具有较高的学术价值，也具有重要的市场应用价值。

近年来食源性安全事件在国内外频频爆发，不仅给人类健康带来巨大威胁，而且给经济造成了不可估量的损失。低成本、准确、灵敏度高的病原菌实时快速鉴定、检测是农产品/食品安全领域的迫切需求和发展趋势。拉曼光谱具备高信噪比、高分辨率、检测速度快、可提供生物样品指纹图谱的突出优势，成为病原菌无损、准确、快速免标记检测的研究热点，但是存在对单个细菌信号弱、检测灵敏度低的问题。本项目则是基于此，拟将光镊微流控技术与 SERS 技术联合，探索构建病原菌准确捕获与快速检测于一体的分析方法与平台。我们对基于免标记和标记SERS方法对病原菌检测的最新进展进行了整理总结，在本项目中主要对SERS基底的制备、病原菌与基底的结合方法、以及不同细菌的检测模型进行了研究。我们将纳米粒子与细菌混合进行共同孵育，并研究了孵育时间、摇床速度和培养温度等因素对 SERS 信号的影响，在最佳的共孵育条件下，此种方法能达到检测单个细菌的目的，且光谱重复性高；结合成像的方法，可以实现不同浓度细菌的检测；结合化学计量学的方法，建立了三种细菌的分类模型。我们还开发了一种可抛弃式的快速抓取细菌的芯片，此种芯片可以实现培养基中细菌的快速检测。