基于單螺旋微流控芯片的細(xì)菌氣溶膠的高效富集

藍(lán)　英，徐　娟，卞曉軍，趙　勇,2,3，潘迎捷,2,3，張煒佳,2,3*

(1.上海海洋大學(xué)　食品學(xué)院，上?！?01306；2.農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，上海　201306；3.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海　201306)

?

基于單螺旋微流控芯片的細(xì)菌氣溶膠的高效富集

藍(lán)英1，徐娟1，卞曉軍1，趙勇1,2,3，潘迎捷1,2,3，張煒佳1,2,3*

(1.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306；2.農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室，上海201306；3.上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海201306)

設(shè)計(jì)了一種單螺旋通道的聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane),PDMS)微流控芯片，用于副溶血性弧菌氣溶膠的快速有效富集。該芯片的特征在于其通道呈螺旋分布，且通道內(nèi)部含有均勻分布的魚骨形結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在不同富集時(shí)間段內(nèi)，采用該芯片方法捕獲的細(xì)菌總數(shù)均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)落板法。對(duì)于傳統(tǒng)落板法無(wú)法有效捕獲的低濃度樣本(104CFU/mL)的缺陷，該方法的優(yōu)勢(shì)在于：芯片內(nèi)部的螺旋通道可增大對(duì)氣溶膠中微生物的離心力；魚骨形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)增加了待測(cè)樣品與芯片內(nèi)壁間的接觸幾率。此外，以無(wú)魚骨形的螺旋芯片作為對(duì)照，驗(yàn)證了魚骨形結(jié)構(gòu)對(duì)于高效富集的意義。此芯片設(shè)計(jì)巧妙、易于制備、高效便攜、富集效果較好，在氣溶膠污染嚴(yán)重的水產(chǎn)加工等場(chǎng)所具有較大的應(yīng)用前景。

單螺旋微流控芯片；副溶血性弧菌；富集；魚骨結(jié)構(gòu)

氣溶膠是指懸浮在空氣中的液體或固體顆粒物的膠態(tài)系統(tǒng)。如果氣溶膠中包含微生物則被稱為微生物氣溶膠[1]。微生物氣溶膠對(duì)人類的生命健康具有極大影響，全球因微生物氣溶膠引起的呼吸道感染率高達(dá)20%，世界上約有500多種致病菌，經(jīng)氣溶膠傳播的至少有100多種[2]。我國(guó)疾病感染亦以呼吸道感染率最高。曾肆虐全球的非典型肺炎病毒(又名SARS病毒)是最典型的微生物氣溶膠傳播；此外，對(duì)于禽流感、甲型流感以及目前在局部地區(qū)肆虐的手足口病等流行病、傳染病，微生物氣溶膠都是其重要的傳播途徑[3-4]。

副溶血性弧菌是一種廣泛存在于海水、海底沉積物以及魚、蝦、貝等海產(chǎn)品中的常見革蘭氏陰性嗜鹽細(xì)菌[5]，是海水養(yǎng)殖中重要的條件致病菌，也是我國(guó)沿海地區(qū)食物中毒和夏季腹瀉的重要病原，高居微生物性食物中毒首位[6-7]。在水產(chǎn)品的加工處理過(guò)程中，制造的懸浮顆粒污染尤為明顯。通常，在加工過(guò)程中產(chǎn)生的肌肉、內(nèi)臟、表皮、粘液和膠原蛋白等大量碎末可能含有副溶血性弧菌，造成室內(nèi)污染甚至是室外一定區(qū)域范圍內(nèi)的污染，引起人類腹痛、嘔吐、腹瀉等疾病。因此，評(píng)估水產(chǎn)品加工場(chǎng)所的副溶血性弧菌污染對(duì)于保障食品安全具有重要意義。

現(xiàn)階段對(duì)微生物氣溶膠進(jìn)行采樣的最基本最常用的方法為傳統(tǒng)的自然落板法以及借助儀器進(jìn)行采樣的方法。自然落板法由科赫于1881年創(chuàng)立，該方法中，空氣中微生物顆粒在重力作用下沉降到瓊脂培養(yǎng)基上[8]。機(jī)械采樣法根據(jù)采樣原理的不同，可分為沉降模式、震動(dòng)模式、離心撞擊式、過(guò)濾模式、電化學(xué)采樣類以及氣流分離器等[9]。目前尚無(wú)生物氣溶膠戶外監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法。因而開發(fā)靈敏、高效、可重復(fù)、便攜的生物氣溶膠采樣器具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。微流控芯片因具有體積小、比表面積大、試劑和樣品用量少、反應(yīng)時(shí)間短、分析速度快、靈敏度高、易集成化及自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于微生物氣溶膠的采樣和富集[10]。

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)具有魚骨形結(jié)構(gòu)和螺旋通道的聚二甲基硅氧烷(Poly(dimethylsiloxane),PDMS)微流控芯片，并將其用于副溶血性弧菌氣溶膠的富集。芯片采用螺旋通道設(shè)計(jì)，使氣體在其中流動(dòng)時(shí)受較大的離心力影響而在芯片側(cè)壁上富集，采用的魚骨形結(jié)構(gòu)也能增加氣溶膠中微生物與管道內(nèi)壁的接觸幾率，雙方協(xié)同作用可增加富集效率。文中還討論了富集時(shí)間和流速對(duì)富集效率的影響。設(shè)計(jì)了一個(gè)具有相同螺旋通道而沒有魚骨形結(jié)構(gòu)的微流控芯片，以驗(yàn)證魚骨形結(jié)構(gòu)對(duì)富集效率的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該芯片使用方法簡(jiǎn)單、快速、便攜，在微生物氣溶膠富集方面具有較大的應(yīng)用潛力。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1材料與儀器

1.1.1細(xì)菌副溶血性弧菌ATCC 33847，美國(guó)菌種保藏中心。

1.1.2試劑乙醇(分析純，上海展云化工有限公司)；氯化鈉(分析純，上海生工生物工程有限公司)；胰蛋白胨大豆肉湯培養(yǎng)基(TSB，北京陸橋技術(shù)有限責(zé)任公司)；硫代硫酸鹽檸檬酸鹽膽鹽蔗糖瓊脂培養(yǎng)基(TCBS，北京陸橋技術(shù)有限責(zé)任公司)；SU-8 2050光刻膠(美國(guó)MicroChem公司)；Sylgard 184硅橡膠彈性體和Sylgard 184固化劑(美國(guó)Dow Corning公司)。

1.1.3儀器設(shè)備URE-2000/35型光刻機(jī)(中科院光電技術(shù)研究所)；2XZ-2型真空泵(上?？崛鸨瞄y制造有限公司)；BPZ-6063LC型真空干燥箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司)；KW-4A型臺(tái)式勻膠機(jī)；BP-2B型烘膠臺(tái)；WH-1000等離子表面處理機(jī)；LSP01-1A型微量注射泵；ZJ-250型真空攪拌器(保定蘭格恒流泵有限公司)；Eppendorf 離心機(jī)(美國(guó) Eppendorf 公司)；Bio-Tek 酶標(biāo)儀(美國(guó)伯騰儀器有限公司)；ZR-1050型氣溶膠發(fā)生器(青島眾瑞智能儀器有限公司)。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1微流控芯片的設(shè)計(jì)與加工本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的單螺旋微流控芯片如圖1所示，分為單螺旋通道層和魚骨結(jié)構(gòu)層。單螺旋通道高為130 μm，寬為600 μm，螺旋底面半徑4 000 μm，頂面半徑14 000 μm，螺旋圈數(shù)為3圈，進(jìn)出口直徑均為2 000 μm。魚骨形結(jié)構(gòu)由兩個(gè)平行四邊形拼接而成，角度為100°，高為130 μm，長(zhǎng)為600 μm，寬為150 μm，魚骨形結(jié)構(gòu)沿螺旋通道均勻分布，分布間距為1 000 μm。

該微流控芯片采用多次軟光刻技術(shù)以及模塑法制作。具體工藝流程如圖2所示。芯片制作的關(guān)鍵工藝是制作雙層的SU-8負(fù)性光刻膠模具以及熱鍵合法制作雙層PDMS微流控芯片。首先利用多次曝光，一次顯影的工藝制作SU-8光刻膠雙層的芯片模具[11]。將SU-82.50光刻膠甩涂至清洗干凈的硅片基底上，厚度約為130 μm，在烘膠臺(tái)上前烘(Soft bake)，即65 ℃加熱5 min，95 ℃加熱30 min后，緩慢降至室溫。將設(shè)計(jì)好的單螺旋通道掩模放置于甩涂光刻膠的基片上，應(yīng)用光刻機(jī)曝光后，將硅片置于烘膠臺(tái)后烘(Post bake)，即65 ℃加熱5 min，95 ℃加熱12 min后，緩慢降至室溫。第一層單螺旋通道圖形即可轉(zhuǎn)移至SU-8光刻膠上。再重復(fù)甩膠和前烘，將魚骨形結(jié)構(gòu)掩模與第一層的單螺旋通道對(duì)準(zhǔn)，第二次曝光和后烘，最后顯影并用氮?dú)獯蹈?，即形成雙層圖形結(jié)構(gòu)的SU-8模具。

聚二甲基硅氧烷單體及固化劑按質(zhì)量配比10∶1混勻，倒在SU-8模具上，在真空干燥箱中抽真空除盡氣泡，80 ℃加熱20 min。冷卻后將PDMS從模具上剝離，在管道的入口和出口處打孔，將該層PDMS與空白PDMS經(jīng)氧等離子體處理后貼合，放置于烘箱內(nèi)80 ℃加熱2 h，完成PDMS的熱化學(xué)鍵合反應(yīng)，形成封閉通道，完成微流控芯片的制作[12-14]。PDMS芯片管道的內(nèi)表面分別用酒精、HCl(1.0%)，H2O2(1.0%)以及超純水沖洗后，用潔凈的空氣吹干備用[15]。

1.2.2氣溶膠樣品的制備將副溶血性弧菌接種于含10 mL TSB(含30 g/L NaCl)的試管中，于37 ℃下以180 r/min搖床培養(yǎng)10 h，連續(xù)活化2次。細(xì)菌培養(yǎng)液離心后重懸于0.85%生理鹽水中，將終濃度調(diào)至108CFU/mL。將100 mL菌液置于氣溶膠發(fā)生儀中產(chǎn)生一定濃度的氣溶膠，氣溶膠發(fā)生器產(chǎn)生氣溶膠的時(shí)間設(shè)定為10 min。將產(chǎn)生的副溶血性弧菌氣溶膠通入盛有20 mL 0.85%生理鹽水的燒杯中，用封口膜密封燒杯。將收集氣溶膠后的液體梯度稀釋后涂布于TCBS平板，于37 ℃培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)24 h。獲得菌落數(shù)后計(jì)算出副溶血性弧菌氣溶膠的濃度。實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.3芯片富集系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示。利用氣溶膠發(fā)生器將一定濃度的菌懸液噴制成細(xì)菌氣溶膠進(jìn)入容積108 L(60 cm×45 cm×40 cm)的密閉亞克力缸中?？諝庵懈比苎曰【w粒在重力作用下沉降到TCBS瓊脂培養(yǎng)基上，將落板法收集的細(xì)菌樣本于37 ℃培養(yǎng)箱24 h。在微型真空泵的作用下，細(xì)菌氣溶膠進(jìn)入微流控芯片，并被物理性富集。未被富集的細(xì)菌則順著出口的管道進(jìn)入1.5 mL離心管中被收集[16]。富集完成后，用100 μL TSB液體培養(yǎng)基將富集在芯片管道的細(xì)菌反向洗脫。將洗脫后的菌液梯度稀釋涂布于TCBS平板，于37 ℃培養(yǎng)箱中倒置培養(yǎng)24 h。

1.2.4流速對(duì)富集效率的影響富集時(shí)間設(shè)定為3 min，觀察不同流速下(1.6，4.0，6.4 mL/min)微流控芯片的富集效率，選定最優(yōu)流速。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.5芯片富集效率分析了最優(yōu)流速下不同的富集時(shí)間(0，3，6，9，12，15，20，30，40 min)微流控芯片的富集效率，同時(shí)以落板法作為對(duì)照。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.6微流控芯片與落板法的比較為了檢測(cè)微流控芯片對(duì)副溶血性弧菌氣溶膠的富集效果，實(shí)驗(yàn)配制了4種不同濃度的副溶血性弧菌菌液(107，106，105，104CFU/mL)，均通過(guò)初始濃度為108CFU/mL的菌液梯度稀釋得到。富集時(shí)間設(shè)定為20 min，流速為最優(yōu)流速。同時(shí)以傳統(tǒng)的落板法作為對(duì)照。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.7魚骨結(jié)構(gòu)對(duì)富集效率的影響實(shí)驗(yàn)對(duì)比了有魚骨結(jié)構(gòu)微流控芯片與無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)微流控芯片的富集效率(除有無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)外無(wú)其他區(qū)別)。實(shí)驗(yàn)富集時(shí)間設(shè)定為10 min，流速為最優(yōu)流速。每個(gè)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。

1.2.8副溶血性弧菌的統(tǒng)計(jì)分析將落板法收集的細(xì)菌樣本和微流控芯片富集的細(xì)菌樣本于37 ℃培養(yǎng)24 h，計(jì)算平板上生長(zhǎng)的細(xì)菌菌落數(shù)。

1.2.9數(shù)據(jù)處理與分析記錄通過(guò)培養(yǎng)后細(xì)菌的菌落數(shù)。芯片的富集效率=富集在芯片中的菌落數(shù)/(富集在芯片中的菌落數(shù)+溢出芯片的菌落數(shù))。

2　結(jié)果與討論

2.1微流控芯片的設(shè)計(jì)與加工

通過(guò)微加工技術(shù)制作微流控芯片的模具由SU-8負(fù)性光刻膠制作。SU-8光刻膠具有良好的力學(xué)性能和抗化學(xué)腐蝕性，不僅可以制作高深寬比的厚膜圖形，同時(shí)還能通過(guò)多次光刻形成具有多層結(jié)構(gòu)的復(fù)雜圖形[17]。本實(shí)驗(yàn)的芯片模具采用兩次曝光，一次顯影的方法制作，方法簡(jiǎn)便易行、經(jīng)濟(jì)耐用。

通過(guò)熱鍵合方式將具有圖案的PDMS與空白的PDMS貼合，從而形成封閉通道制作微流控芯片。微流控芯片載體的材料很多，最常見的是硅片、玻璃，以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、PDMS等聚合物。硅片不透明且剛性較大，成本較高；玻璃要加工制作復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)比較困難，工藝復(fù)雜；PMMA等聚合物則由于其本身的物理化學(xué)性質(zhì)，加工精度難以達(dá)到要求。而PDMS是目前微流控技術(shù)中被廣泛應(yīng)用的材料，具有很好的透光、透氣性和生物相容性，成本低，加工工藝簡(jiǎn)單，重復(fù)性好[18]。此外通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)，兩層未完全固化的PDMS之間的界面可發(fā)生交聯(lián)，完成兩層PDMS的鍵合。通過(guò)這種方法鍵合的微流控芯片，可以承受6×105Pa以上的壓力[19]。

2.2氣溶膠樣品制備

細(xì)菌計(jì)數(shù)采用平板計(jì)數(shù)法。20 mL 0.85%生理鹽水中含有的細(xì)菌濃度約為8.80×105CFU/mL，細(xì)菌總數(shù)約為1.76×107CFU。因此，分散到108 L密閉亞克力缸中的副溶血性弧菌氣溶膠濃度約為163 CFU/mL。

2.3芯片富集系統(tǒng)及富集機(jī)制

整個(gè)裝置對(duì)副溶血性弧菌的富集機(jī)制如下：一定濃度的菌懸液在氣溶膠發(fā)生器的作用下被噴制成副溶血性弧菌氣溶膠進(jìn)入密閉亞克力缸中。在微型真空泵的作用下，副溶血性弧菌氣溶膠被泵入微流控富集芯片通道中。進(jìn)入芯片通道的細(xì)菌在離心力及魚骨結(jié)構(gòu)的作用下，粘附到通道內(nèi)壁上。如果產(chǎn)生未被富集的細(xì)菌，則會(huì)順著出口的管道進(jìn)入離心管中的TSB培養(yǎng)基中。

2.4流速對(duì)富集效率的影響

如表1所示，當(dāng)流速?gòu)?.6 mL/min增至4.0 mL/min時(shí)，富集的細(xì)菌總數(shù)明顯增多。但當(dāng)流速繼續(xù)增至6.4 mL/min時(shí)，有未被富集的細(xì)菌從出口逸出，富集效率從100%降至96.67%。流速增加，富集的細(xì)菌總數(shù)升高，但過(guò)快的流速增加了目標(biāo)細(xì)菌從富集管道逸出的風(fēng)險(xiǎn)。因此，最終選定4.0 mL/min為最優(yōu)流速。

表1　不同流速對(duì)副溶血性弧菌富集效率的影響

2.5時(shí)間對(duì)富集效率的影響

富集效率隨時(shí)間的變化情況如表2所示。以富集時(shí)間0 min作為對(duì)照，沒有副溶血性弧菌在0 min檢出。當(dāng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間為3 min時(shí)，檢出21個(gè)菌落，而落板法只檢出7個(gè)菌落。在6，9，12，15，20，30，40 min富集的細(xì)菌數(shù)量分別為180，2 257，4 767，9 133，11 600，14 933和17 300個(gè)。落板法富集的細(xì)菌數(shù)量分別為27，88，117，237，296，319和336個(gè)。當(dāng)富集時(shí)間達(dá)到40 min時(shí)，約有9個(gè)細(xì)菌從離心管收集的液體中檢出。在實(shí)驗(yàn)的前30 min內(nèi)，進(jìn)入管道的細(xì)菌均被富集，即芯片的富集效率達(dá)100%。由此可見，在30 min內(nèi)，所設(shè)計(jì)的微流控芯片能夠有效富集副溶血性弧菌。

表2　微流控芯片富集時(shí)間對(duì)副溶血性弧菌富集效率的影響

2.6微流控芯片與落板法的比較

對(duì)比了由微流控芯片富集的副溶血性弧菌數(shù)與落板法培養(yǎng)得到的副溶血性弧菌數(shù)。結(jié)果表明，在20 min的富集時(shí)間內(nèi)，副溶血性弧菌在4種濃度(104，105，106，107CFU/mL)下均可通過(guò)微流控芯片富集得到。當(dāng)副溶血性弧菌的濃度為107CFU/mL時(shí)，微流控芯片收集的副溶血性弧菌數(shù)目約為570個(gè)，而落板法僅有86個(gè)。利用微流控芯片富集的副溶血性弧菌數(shù)目是落板法的6.63倍。當(dāng)副溶血性弧菌的濃度為106CFU/mL時(shí)，微流控芯片富集的細(xì)菌數(shù)目為294個(gè)，落板法則為19個(gè)。當(dāng)副溶血性弧菌的濃度為105CFU/mL時(shí)，微流控芯片富集的細(xì)菌數(shù)目為65個(gè)，落板法僅為5個(gè)。利用微流控芯片富集的副溶血性弧菌數(shù)比落板法高出12倍。當(dāng)副溶血性弧菌的濃度降至104CFU/mL時(shí)，微流控芯片可富集到3個(gè)細(xì)菌，而落板法則無(wú)細(xì)菌被富集。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，微流控富集芯片能夠在很短的時(shí)間內(nèi)高效富集低濃度的副溶血性弧菌，且富集到的數(shù)量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的落板法。

2.7有魚骨結(jié)構(gòu)的富集芯片與無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)的富集芯片效率對(duì)比

對(duì)比了有、無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)存在下，微流控芯片的富集效率，無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)的微流控芯片結(jié)構(gòu)如圖4所示。結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為6 min時(shí)，有魚骨結(jié)構(gòu)存在的芯片的富集效率比無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)的微流控芯片的富集效率高。有魚骨結(jié)構(gòu)存在時(shí)，微流控富集芯片對(duì)副溶血性弧菌的富集效率為100%(約富集273個(gè)副溶血性弧菌，無(wú)細(xì)菌從管道中逸出)。而無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)的富集芯片對(duì)副溶血性弧菌的富集效率為93.48%(約258個(gè)細(xì)菌被富集，18個(gè)細(xì)菌從出口逸出)。由此可見，魚骨結(jié)構(gòu)在對(duì)副溶血性弧菌的富集過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。這種結(jié)構(gòu)可以打破流體在通道內(nèi)的平流狀態(tài)，變?yōu)闊o(wú)序混亂的狀態(tài)，從而增加氣溶膠中微生物與管道內(nèi)壁的接觸幾率，提高微流控芯片的富集效率[17]。此外，螺旋通道可利用離心力增大氣溶膠中的微生物與管道壁的接觸幾率，提高富集效率。

表3　魚骨結(jié)構(gòu)和無(wú)魚骨結(jié)構(gòu)的微流控富集芯片富集效率對(duì)比

3　結(jié)　論

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)具有魚骨形結(jié)構(gòu)的螺旋式PDMS微流控芯片，并將其用于副溶血性弧菌氣溶膠的富集，該芯片對(duì)副溶血性弧菌的富集效率達(dá)100%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的落板法。高富集效率得益于芯片的魚骨形結(jié)構(gòu)和螺旋通道的協(xié)同作用。芯片采用的螺旋通道設(shè)計(jì)，增大了氣體在其中流動(dòng)時(shí)所受到的離心力，從而使氣溶膠中的微生物在芯片側(cè)壁上得到富集；而魚骨形的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增加了氣溶膠中微生物與管道內(nèi)壁的接觸幾率。對(duì)于傳統(tǒng)落板法無(wú)法捕獲到的低濃度細(xì)菌氣溶膠，該芯片的富集優(yōu)勢(shì)更為突出。通過(guò)設(shè)計(jì)沒有魚骨結(jié)構(gòu)的對(duì)照芯片，進(jìn)一步證實(shí)了魚骨形結(jié)構(gòu)對(duì)于富集效率的提高發(fā)揮了較為關(guān)鍵的作用。整個(gè)微流控富集芯片因結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，加工方法簡(jiǎn)單，應(yīng)用操作便捷，在微生物氣溶膠快速富集方面具有很好的應(yīng)用前景。為了進(jìn)一步驗(yàn)證該芯片對(duì)微生物氣溶膠的富集效果，本研究將繼續(xù)優(yōu)化芯片及整體器件，并建立多重?zé)晒舛縋CR方法用于檢驗(yàn)多種微生物氣溶膠的富集效果。

[1]Fuzzi S,Andreae M O,Huebert B J,Kulmala M,Bond T C,Boy M,Dohery S J,Guenther A,Kanakidou M,Kawamura K,Kerminen V M,Lohmann U,Russell L M,P?schl U.Atmos.Chem.Phys.,2006,6：2017-2038.[2]Qi J H,Gao H W.Ecol.Environ.(祈建華,高會(huì)旺.生態(tài)環(huán)境),2006,15(4):854-861.

[3]Cheng P Q,Wang Y,Liu X N.ChinaEnviron.Manage.(程培青,王蘊(yùn),劉仙娜.中國(guó)環(huán)境管理),2003,(22):50-52.

[4]Barrie L A.Atmos.Environ.,1986,20(5):643-663.

[5]Li Q,Peng Z Y,Chen X P,Sun X H,Pan Y J,Zhao Y.ActaMicrobiol.Sin.(李沁,彭織云,陳鑫鵬,孫曉紅,潘迎捷,趙勇.微生物學(xué)報(bào)),2013,53(3):306-312.

[6]Chen R Y,Lu J Z,Su Y C,Liu C C.FoodSci.(陳瑞英,魯建章,蘇意誠(chéng),劉承初.食品科學(xué)),2007,28(1):341-347.

[7]Su J H,Zhang H H,Fu H Q,Huang H.ShanghaiJ.Prevent.Med.(蘇靖華,章紅紅,傅慧琴,黃紅.上海預(yù)防醫(yī)學(xué)),2012,24(3):135-138.

[8]Ren P,Jankun T M,Belanger K,Bracken M B,Leaderer B P.Allergy,2001,56：419-424.

[9]Pasanen A L.IndoorAir,2001,11:87-98.

[10]Shaikh K A,Ryu K S,Goluch E D,Nam J M,Liu J W,Thaxton C S,Chiesl T N,Barron A E,Lu Y,Mirkin C A，Liu C.Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2005,102(28):9745-9750.

[11]Shao J,Wu L,Zhao J.Chin.J.Biotechnol.,2008,24(7):1253-1257.

[12]Liu C C.Microfluid.Nanofluid.,2010,9(4):923-931.

[13]Chabert M,Viovy J L.Proc.Natl.Acad.Sci.USA,2008,105(9):3191-3196.

[14]Whitesides G M,Ostuni E,Takayama S,Jiang X Y,Ingber D E.Annu.Rev.Biomed.Eng.,2001,3:335-373.

[15]Sui G D,Wang J Y,Lee C C,Lu W X,Lee S P,Leytn J V,Wu A M,Tseng H R.Anal.Chem.,2006,78(15):5543-5551.

[16]Jing W W,Zhao W,Liu S X,Li L,Tsai C T,Fan X Y,Wu W J,Li J Y,Yang X,Sui G D.Anal.Chem.,2013,85:5255-5262.

[17]Stroock A D,Dertinger S K W,Ajdari A,Mezic I,Stone H A，Whitesides G M.Science,2002,295:647-651.

[18]Fan F,Zhang G J,Kang X X.Chin.Med.Biotechnol.(樊斐,張國(guó)軍,康熙熊.中國(guó)醫(yī)藥生物技術(shù)),2013,8(6):452-455.

[19]Zheng Y H,Wu J Z,Shao J B,Jin Q H,Zhao J L.Chin.J.Biotechnol.(鄭允煥,吳建璋,邵建波,金慶輝,趙建龍.生物工程學(xué)報(bào)),2009,25(5):779-785.

Highly Efficient Enrichment of Bacteria Aerosol Based on a Single Spiral Microfluidic Chip

LAN Ying1,XU Juan1,BIAN Xiao-jun1,ZHAO Yong1,2,3,PAN Ying-jie1,2,3,ZHANG Wei-jia1,2,3*

(1.College of Food Science and Technology,Shanghai Ocean University,Shanghai201306,China；2.Shanghai Engineering Research Center of Aquatic-Product Processing & Preservation,Shanghai201306,China；3.Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Aquatic Products on Storage and Preservation(Shanghai),Ministry of Agriculture,Shanghai201306,China)

Highly efficient enrichment is the key for rapid analysis and detection of microbiological aerosol.Herein,a poly(dimethylsiloxane)(PDMS) microfluidic chip which has a single spiral channel was developed,and the chip was used forVibrioparahaemolyticusenrichment.The characteristic of this chip is that it has a single spiral channel which contains a herringbone structure with uniform distribution.During different enrichment times,the number of captured bacteria by microfluidic chip is far bigger than that by the traditional sediment method.Moreover,the chip shows more enrichment advantages when capturing microbiological aerosol in low concentration.This excellent enrichment ability,on one hand,benefits from the unique spiral channel design which can put greater centrifugal force to the microbiological aerosol.On the other hand,the herringbone structures design endows the chip larger surface specific area increasing the contact probability between microbiological aerosol and chip.In addition,a similar spiral microfluidic chip without herringbone structures was also designed.The results validated the contribution of herringbone structures to the enrichment efficiency. With the advantages of delicate design and fabrication,portability and high enrichment capacity,this microfluidic chip shows a great application potential in field like aquatic products processing industry.

single spiral microfluidic chip；Vibrioparahaemolyticus；enrichment；herringbone structure

2015-11-22；

2015-12-11

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31501555,21405167)；中組部青年千人項(xiàng)目；上海市青年?yáng)|方學(xué)者項(xiàng)目；上海市科委項(xiàng)目(14DZ1205100,14320502100)；浦江人才計(jì)劃(14PJ1404300)；上海市科技興農(nóng)重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目(滬農(nóng)科攻字2015第4-8號(hào))；上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心(11DZ2280300)

張煒佳，博士，教授，研究方向：微流控生物化學(xué)分析技術(shù)，Tel:021-61908113,E-mail:wj-zhang@shou.edu.cn

doi:10.3969/j.issn.1004-4957.2016.06.001

O657.1;R378

A

1004-4957(2016)06-0635-06

研究報(bào)告