一种基于液滴微流控芯片的微生物高通量检测系统的制作方法
【专利摘要】一种基于液滴微流控芯片的高通量检测系统，主要包括液滴微流控芯片系统(1)、光路系统(2)、数据采集分析系统(3)构成；其中液滴微流控芯片系统(1)将待检测微生物包埋形成独立单液滴微反应小室，通过光路系统(2)进行单液滴微反应小室内微生物样品的激光诱导荧光检测信号传输，并由数据采集分析系统(3)通过计算机软件对采集得到的信号进行检测分析。本发明中的液滴微流控芯片能进行替换，适用于不同类型微生物的激光诱导荧光检测分析；具有系统设计简单，加工制造成本低廉，检测成本低、速度快、通量高的显著特点；实现包括大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌和酿酒酵母不同类型工业微生物生产相关目标酶和代谢产物的高效筛选。
【专利说明】一种基于液滴微流控芯片的微生物高通量检测系统所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于液滴微流控芯片的高通量检测系统，特别涉及一种基于液滴微流控芯片激光诱导荧光检测的微生物高通量检测系统。
【背景技术】
[0002]微生物高通量筛选系统是指能够自动、快速、高效地针对微生物的机能与产品进行筛选的技术平台，是工业微生物资源开发和产业化的瓶颈之一。从自然界筛选并在实验室诱变进化一直是发现和创新工业微生物菌种的重要途径，是工业生物技术产业的基础，现在工业上使用的微生物菌种主要是通过诱变筛选得到的。随着现代代谢工程技术和合成生物学的快速发展，理性设计逐渐成为微生物酶和菌种优化和创新的重要手段，然而由于生物体的复杂性和人类认识的局限性，理性设计得到的微生物通常不能完全达到设计的要求，仍然需要通过诱变筛选实施进一步优化，弥补理性设计的不足。微生物高通量筛选平台是传统诱变筛选技术的现代化发展，利用先进的现代自动化技术和仪器分析技术实现传统的菌种诱变筛选过程，具有自动化、标准化、高通量化等特征，大大突破了人工筛选在速度、效率和标准化等方面的限制，是微生物菌种筛选和改造的一次技术革命。然而已经投入使用的各类高通量筛选系统主要是国外公司开发的价值昂贵、操作复杂的大型装备系统，特别是经常需要以细胞流式分选仪作为主要部件，以完成筛选高通量的要求。例如美国Caliper公司和热电 公司(Thermo Fisher Scientific)等公司可以提供高通量筛选平台主体部分(包括菌落挑选与培养、液体处理与分析测试系统)；BD公司和贝克曼库尔特公司(Beckman Coulter)可以提供流式细胞分析仪；沃特世公司(Waters)和安捷伦公司(Agilent Technologies)等公司可以提供辅助分析检测平台(液相色谱等)。要建成完整的高通量筛选系统一般要花费上千万人民币，尽管整个系统的性能优越，但是昂贵的成本是一般普通实验室无法承受的。因此有必要开发一种普通、低成本，操作简单的小型化高通量筛选系统，微流控芯片系统。
[0003]目前的微流控分析系统主要包括连续微流体系统和以间断液滴为基础的微流体系统。基于连续微流系统的微流控系统研究较多，已经成功应用在蛋白或者基因的电泳分析上，并有商品化的分析仪，如Agilent2100bioanalyzer等。相对连续流体系统，间断液滴的研究进展较慢，目前还没有任何相关的商品化仪器。基于液滴微流控芯片高通量检测系统，它的独特优势在于可以形成独立的单个液滴微反应小室，将待分析样品(微生物)进行单独包埋在相互分开、互不干扰的小室中进行检测分析，使得分析微生物和它的胞外分泌产物成为可能。对包含有待检测样品(微生物及其相关酶类和代谢产物)的独立液滴微反应小室进行检测分析，具有速度快，通量高，成本低等显著特点。这对开展微生物定向进化改造工程用酶，研究外微生物的代谢产物，细胞分析和药物筛选等相关研究领域中具有重要推动作用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于液滴微流控芯片的高通量检测系统，该检测系统可以对待检测样品(微生物)进行包埋，形成独立的单液滴微反应小室，并通过激光诱导荧光检测，实现实时高通量检测分析；该检测系统的分析检测通量可以达到上千范围，并可以通过不同类型液滴微流控芯片，实现包括大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌和酿酒酵母不同类型工业微生物生产不同类型酶和代谢产物的高效筛选。
[0005]本发明提供了一种基于液滴微流控芯片的高通量检测系统，主要包括液滴微流控芯片系统(I)、光路系统(2)、数据采集分析系统(3)构成；其特征在于:液滴微流控芯片系统(I)可以对待检测样品(微生物)进行包埋形成独立的单液滴微反应小室，通过光路系统(2)对单液滴微反应小室内的微生物样品关联的激光诱导荧光检测信号进行传输，并由数据采集分析系统(3)对从微流控芯片上采集得到的信号进行检测分析。
[0006]本发明液滴微流控芯片的高通量检测系统中，微流控芯片系统(I)可以生成独立的液滴微反应小室，液滴微流控芯片可以自由进行更换，芯片包括适用于，但不局限于，大肠杆菌、谷棒杆菌、酵母菌微生物。
[0007]本发明液滴微流控芯片的高通量检测系统中，光路系统(2)可以进行激光诱导荧光检测信号的传输，包括微流芯片(201)、显微镜(202)、反射镜(203)、分光镜(204)、分光镜(205)、聚光器(206)、滤镜(207)、滤镜(208)、照相机(209)、光电倍增管(210)、激光器(211)，各个部件按照实际工作时在光路上排列的先后顺序进行放置。
[0008]本发明液滴微流控芯片的高通量检测系统的工作原理是，从激光器(211)发出的激光通过二色分光镜(204)和反色镜(203)进入到物镜(202)，照射到微流芯片平台上的微流芯片(201)检测通道；荧光激发信号一部分则通过物镜(202)，反色镜(203)和分光镜
(204)，通过滤光片(207)后由高速照相系统(209)进行拍照；另一部分则进入光电倍增管(210)，将光信号转变成电信号，被采集卡采集到计算机中设计的软件进行检测分析。
[0009]本发明液滴微流控芯片的高通量检测系统与文献报道相比，具有的有益效果是:系统设计简单，加工制造成本低，操作简单；其中液滴微流控芯片系统能生成独立的单个液滴微反应小室，将待分析样品(微生物和它的相关目标酶类和代谢产物)单独包埋在相互分开、互不干扰的微反应小室中进行检测分析；液滴微流控芯片可以自由替换适用于不同微生物的芯片；独立微反应小室具有皮升到纳升的体积，具有检测成本低、速度快、通量高的显著特点；可以实现包括大肠杆菌、谷氨酸棒杆菌和酿酒酵母不同类型工业微生物生产目标酶和代谢产物的高效筛选。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0011]附图1是本发明的结构原理图。
[0012]附图2是本发明的光学结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]下边结合附图与具体实施例对本发明作进一步详细描述:
[0014]如附图1所示本发明液滴微流控芯片的高通量检测系统，包括液滴微流控芯片系统(I)、光路系统(2)和数据采集分析系统(3)。其中液滴微流控芯片系统(I)和光路系统(2)固定在一个二维平台上；数据采集分析系统(3)与计算机连接，对从微流控芯片上采集得到的信号进行检测分析。待检测的微生物样本，在液滴微流控芯片系统(I)中被包埋形成独立的单液滴微反应小室，然后通过光路系统(2)对单液滴微反应小室内的微生物样品的激光诱导荧光检测信号进行传输，具体是由激光器(211)发出的激光通过二色分光镜(204)和反色镜(203)进入到物镜(202)，照射到微流芯片平台上的微流芯片(201)检测通道；荧光激发信号一部分则通过物镜(202)，反色镜(203)和分光镜(204)，通过滤光片(207)后由高速照相系统(209)进行拍照；另一部分则进入光电倍增管(210)，将光信号转变成电信号，通过数据采集分析系统(3)被采集卡采集，由计算机软件实现对从液滴微流控芯片(201)上采集得到的微生物关联信号的高通量检测分析。
【权利要求】
1.一种基于液滴微流控芯片的高通量检测系统，主要包括液滴微流控芯片系统(I)、光路系统(2)、数据采集分析系统(3)构成；其特征在于:液滴微流控芯片系统(I)可以对待检测样品(微生物)进行包埋形成独立的单液滴微反应小室，通过光路系统(2)对单液滴微反应小室内的微生物样品的激光诱导荧光检测信号进行传输，并由数据采集分析系统(3)对从微流控芯片上采集得到的信号进行检测分析。
2.按权利要求1所述的液滴微流控芯片的高通量检测系统，其特征在于:微流控芯片系统(I)可以生成独立的液滴微反应小室，液滴微流控芯片可以自由进行更换，芯片包括适用于，但不局限于，大肠杆菌、谷棒杆菌、酵母菌微生物。
3.按权利要求1所述的液滴微流控芯片的高通量检测系统，其特征在于:光路系统(2)可以进行激光诱导荧光检测信号的传输，包括微流芯片(201)、显微镜(202)、反射镜(203)、分光镜(204)、分光镜(205)、聚光器(206)、滤镜(207)、滤镜(208)、照相机(209)、光电倍增管(210)、激光器(211)，按照各个部件实际工作时在光路上排列的先后顺序进行放置。
4.按权利要求1所述的液滴微流控芯片的高通量检测系统，其特征在于:从激光器(211)发出的激光通过二色分光镜(204)和反色镜(203)进入到物镜(202)，照射到微流芯片平台上的微流芯片(201)检测通道；荧光激发信号一部分则通过物镜(202)，反色镜(203)和分光镜(204)，通过滤光片(207)后由高速照相系统(209)进行拍照；另一部分则进入光电倍增管(210)，将光信号转变成电信号，被采集卡采集到计算机中设计的软件进行检测分析。
【文档编号】G01N21/64GK104007091SQ201310067908
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2013年2月26日 优先权日:2013年2月26日
【发明者】王钦宏, 涂然, 袁会领, 孙琳 申请人:中国科学院天津工业生物技术研究所