一、项目简介

结合当前微流控芯片的发展和应用，以及目前框架核酸结构在生物检测领域的研究，为了发展一种快速、高效、低成本的检测工具解决以当前微生物的检测及药敏研究所存在的问题，设计并制备了该展品所示的微流控芯片，芯片由6个相同的“蛇形”通道呈环形阵列排布构成，通道深度为100 μm，宽度为1 mm。每个通道结构主要分为两个区域：修饰有鱼骨形图案的微生物细胞捕获区和用于病原微生物富集培养及药敏实验的微腔结构区。捕获区上面修饰有鱼骨结构层，鱼骨的高度为35 μm，宽度为35 μm，每组鱼骨结构单元包括10个鱼骨，相邻鱼骨的间距为100 μm，鱼骨的侧壁之间夹角为90°，与通道两侧的夹角分别为45°，同一直线通道上或者流体前进方向上，鱼骨形结构单元侧壁长度以1:2和2:1的比例间隔分布，两种比例共20个为一个周期循环。微腔结构区即在“蛇形”主通道直线部分的两侧连接有圆柱体微腔结构，直径为100 μm，高度为100 μm，相邻圆柱体微腔之间具有100 μm的间隔，呈阵列排布，数量随“蛇形”通道直线部分的长度而变化；微腔结构与主通道之间通过宽度35 μm，深度35 μm的矩形小通道一一对应连接起来。

本展品的工作原理是：在芯片通道内壁固定框架核酸结构（形状为四面体结构的DNA单元），通过生物素-链霉亲和素作用连接目标微生物的适配体序列（aptamer），构建基于框架核酸的病原微生物一站式微流控研究平台，用于病原微生物的捕获检测、释放、富集、培养及药敏试验的集成化研究。其中，展品芯片微通道内鱼骨结构的设计可以增加流体与壁面的接触面积，从而增强流体与壁面的接触碰撞，当流体经过鱼骨形微槽时，通道内流体产生横向二次流，通道内的流体被强烈的剪切、拉伸、旋转和变形。与传统的微流控芯片相比，鱼骨形微槽打破了细胞流动的层流状态，产生旋涡，流体中的细胞互相碰撞，增加了细胞与壁面aptamer的混合碰撞几率，在一定程度上可以增加微生物细胞捕获效率；此外，在芯片通道内固定框架核酸结构，可以提高探针有效固定的数目，精确调控aptamer之间的距离，增加了壁面粗糙度，导致流体在芯片中流动受到的水流阻力增大，从而降低细胞在流体中受到的剪切力，细胞更容易被捕获。展品芯片微腔结构的设计可以提供稳定的微环境，被捕获的病原微生物释放后可以富集到微腔结构中，加入新鲜培养基，微生物可以在微腔结构中继续生长，此外，还可以加入含有抗生素的培养基，用于病原微生物药敏试验的研究。

二、应用领域

该微流控芯片包含有6个独立的结构单元，可以针对不同的病原微生物选择修饰不同的aptamer，对不同微生物同时进行捕获和检测分析，分析时间短，特异性强，成本低；加入酶切液通过酶切作用释放被捕获的病原微生物细胞，并富集到芯片的微腔结构中，继续进行病原微生物的培养和药敏试验研究，可以同时检测所研究的病原微生物对不同浓度不同种类的抗生素药物敏感性。这种基于框架核酸的微流控平台可以对病原微生物进行一站式研究，简便、快速、高效，是一种有前途的工具，在食品安全领域和医疗检测领域具有广泛的应用前景，为病原微生物的检测诊断和治疗提供了一种新的解决方案。此外，针对目前新冠肺炎的严峻性，该芯片还有望用于新型冠状病毒一站式研究，实现新型冠状病毒的体外培养和药物筛选，更好地对患者进行用药，以便及时进行针对性治疗。

三、相关专利

[1] 一种用于快速捕获或检测细胞的微流控芯片及方法 ZL201910498067.5

[2] 一种用于快速捕获或检测细胞的微流控芯片 ZL201920852315.7