[發明專利]濃度梯度與細菌檢測一體化的微流控芯片及其設計方法

有效

• 申請號: 202110287122.3
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113171807B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 徐瑩;孫樂圣;劉哲
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;C12M1/34;C12M1/00;C12Q1/18
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 陳煒

本發明公開了一種濃度梯度與細菌檢測一體化的微流控芯片及其設計方法。其包括濃度梯度分級模塊和菌液輸送檢測模塊。所述的濃度梯度分級模塊包括依次排列n級混合流道組，n為自然數。混合流道內均設置有多塊擋板。各擋板沿著混合流道的長度方向在混合流道兩側壁上交替排列。本發明將傳統圣誕樹結構濃度梯度芯片的蛇形流道修改為帶有交錯設置的擋板的直線型流道，可在流道寬度和高度不變的情況下減小流道所占用的面積，并降低加工難度，從而減小微流控芯片的尺寸，并降低加工成本。此外，本發明將濃度梯度藥物生成和細菌檢測于一體化，可以更加方便快捷的研究多濃度藥物對細菌的影響。

技術領域

本發明屬于生物醫學抗菌藥物技術領域，具體涉及一種內嵌擋板式樹狀濃度梯度及細菌檢測一體化的微流控芯片。

背景技術

當今社會由于抗生素的普及，人們使用抗生素藥物也越來越多，與此同時也產生了許多耐藥菌，也就是常說的“超級細菌”，而抗菌藥物的濫用正是這種耐藥菌產生的主要因素。而這些耐藥菌的出現導致了控制疾病的難度不斷上升，迫使我們去尋找新的藥物。所以合理的使用抗生素尤為重要，而對于抗生素的用法用量就是其中一個關鍵問題。這就需要精準的使用抗生素濃度梯度對細菌進行試驗，從而找到合適的用量。但在目前尚不存在長時間檢測藥物且能夠微量控制抑制劑濃度梯度并與細菌檢測一體化的儀器。

微流控制芯片(Microdroplet chip)，又被稱為微型生化反應實驗室，被廣泛應用于生物、化學等領域中。傳統的細菌檢測方法不僅操作繁瑣、試劑藥品用量較大，而且耗時長，而用微流控芯片技術則可以在微觀的角度進行藥物的配比和對細菌的測量，既可以減少藥物的用量來降低成本，也可以更加快速的得到結果。在細菌的測量時，經常需要藥物的不同濃度梯度，目前已經有很多種基于微流控芯片的濃度梯度生成器，如Y/T形結構濃度梯度生成器、“圣誕樹”結構的濃度梯度生成器、級聯型濃度梯度生成器等等。“圣誕樹”結構的濃度梯度生成器是最為經典的結構之一，因為其結構設計簡單、梯度生成快速、梯度穩定等優點被廣泛應用。

由于細菌的檢測一般會在細菌生長曲線中的對數期，此時的細菌生長速度快，為保證在測得細菌濃度后能更快速穩定的加入梯度濃度的藥物，需要更加快速穩定地生成梯度濃度的藥物。目前大多數“圣誕樹”結構的濃度梯度微流控芯片中為了使藥物充分混合，一般是通過蛇形管道來促進藥物的混合，并且為了更好的混合，有設計將蛇形管道的彎折處改為圓弧形，有的增加為多層的蛇形管道，這就大大增加了模型的復雜度和梯度的生成時間。當生成較多濃度梯度的時候，即所需層數越多時尤為明顯。再者由于彎折流道相較于混合流道來說占用面積更大，所以需要的微流控芯片結構更大，成本也就越高。同時曲折流道相較于混合流道的長度更長，而由于藥物的粘性會在壁面上殘留藥物，更長的流道就會導致有更多藥物的殘留。因此就需要減小流道的長度并改善流道的混合結構。

發明內容

本發明的目的在于提供一種內嵌擋板式樹狀濃度梯度及細菌檢測一體化的微流控芯片及其設計方法。

本發明濃度梯度與細菌檢測一體化的微流控芯片，包括濃度梯度分級模塊和菌液輸送檢測模塊。所述的濃度梯度分級模塊包括依次排列n級混合流道組，n為自然數。各混合流道均為直型流道。混合流道內均設置有多塊擋板。各擋板沿著混合流道的長度方向在混合流道兩側壁上交替排列。所述的菌液輸送檢測模塊包括細菌培養室和菌液輸入管道。細菌培養室共有n+2個。n+2個細菌培養室的菌液輸入口均與菌液輸入管道連通，藥物輸入口與濃度梯度分級模塊上對應的出液口連通。細菌培養室包括腔室主體和檢測電極組。檢測電極組設置在腔室主體上；且檢測電極組與腔室主體的內腔接觸。

作為優選，所述的腔室主體設置有相互靠近且互不連通的三條電極安置槽。檢測電極組包括叉指三電極。檢測電極組貼附在電極安置槽上，或嵌入到電極安置槽中。所述的細菌培養室還包括蓋板。蓋板固定覆蓋在腔室主體開設有腔室主體的側面上。蓋板上設置有三個焊盤；三個焊盤與叉指三電極分別電連接。三個焊盤上均設置有金屬插針。

作為優選，所述擋板的長度為混合流道寬度的30％～70％。所述擋板的截面呈矩形或梯形。