介绍一种高通量多重比色离心微流控芯片

本文提出一种离心微流控芯片通过 LAMP 和比色检测实现多种食物传染性病原体鉴定。该芯片具有五种相同的结构，可一次性实现 25 个病原体分析。

如图 1 所示芯片直径为 120 mm，一次性可同时执行 5 种样本。其中，两种曲折形的微通道分别用于装载 LAMP 混合物 (橙色) 和 LAMP 引物混合物 (蓝色)。

图 1

其中，橙色微通道的尺寸为 1000 x 800 μm ( width x depth ), 含有 LAMP 引物混合物的蓝色微通道尺寸为 750 x 600 μm ( width x depth )。一个反应单元中 LAMP 混合物和 LAMP 引物混合物相应的注入体积为 72.5 μl 和 22.5 μl。将 6 μl DNA 样品溶液单独装入样品腔。 如图 2 所示，连接微通道的尺寸: #1 : 500 x 250 μm (width x depth), #2: 250 x 125 μm (width x depth), #3: 100x125 μm (width x depth)。



图 2 反应腔中设计了空气流通结构，以便溶液易于转移并防止加载的溶液产生倒流现象。

图 3 为芯片实物图。由于芯片上具有五个相同的单元，所以总共可以实时进行 25 组 LAMP 反应。

图 3

图 4 描述了芯片的组成过程:从上到下依次为，一个 1mm 厚的 PC 层 , 一个 30 um 厚的双面胶 , 一个 1 mm 厚的 PC 层，一个压敏粘合箔。在室温下采用 100 MPa 的热压机将组装后的四层紧密粘合。

图 4

芯片流程操作如图 5 所示。 首先将 2xLAMP 缓冲液 (312.5μL 可进行 25次反应) 与 EBT (25μL, 3 mM) 和 Bst 2.0 DNA 聚合酶 (25μL, 16 Unit/μL) 混合来制备 LAMP 混合物 (362.5μL / 5 = 72.5μL)。随后，将包含 EBT 和聚合酶的 LAMP 混合物注入橙色的曲折微通道中。含有LAMP 引物的混合液总体积为 112.5μL (112.5μL / 5 = 22.5μL)。在黄色样本腔中注入含有细菌基因组 DNA 样本的溶液 (150μL / 25 = 6μL)(图 5b)。

图5

然后将芯片放置到离心系统上，控制转速将腔室内部的溶液按序注入 25 个反应腔。连接通道#1, #2, #3 处的爆破转速分别为 522rpm, 808rpm, 1739rpm。 图 5c 设置 500rpm 将 LAMP 混合物注入到反应腔。在 1000rpm 时，LAMP 引物混合物开始流动，并被转移到反应腔（图 5d）。最后，将含有细菌基因组 DNA 的样品溶液在 2000rpm 时装入反应腔。在收集了三种溶液后，通过在 0rpm 和 2000rpm 之间交替 30s 来完成三种溶液的混合。 最后将芯片放置在实验室烘箱中，在 65 度下进行 LAMP 反应 1h。之后，用肉眼监测反应腔的颜色 (图 5f)。




审核编辑：刘清