面向水產(chǎn)病原菌微流控檢測(cè)的磁控分離方法*

郭建江,張榮標(biāo),楊 寧

(1.江蘇大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013;2.常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院,江蘇 常州 213002)

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面向水產(chǎn)病原菌微流控檢測(cè)的磁控分離方法*

郭建江1,2,張榮標(biāo)1*,楊 寧1

(1.江蘇大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江 212013;2.常州工學(xué)院電氣與光電工程學(xué)院,江蘇 常州 213002)

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境中病原菌是導(dǎo)致水產(chǎn)養(yǎng)殖病害的主要原因,針對(duì)傳統(tǒng)方法存在耗時(shí)長(zhǎng)、試劑成本高、目標(biāo)菌難分離及自動(dòng)化程度低等缺點(diǎn),開(kāi)展了面向水產(chǎn)病原菌微流控檢測(cè)的磁控分離方法的研究。設(shè)計(jì)了磁控捕獲及分離等功能的專用磁場(chǎng)控制器,構(gòu)建了基于微流控芯片的磁控分離實(shí)驗(yàn)平臺(tái),優(yōu)化選擇了磁極電流、磁控頻率及捕獲時(shí)間等參數(shù),并以大腸桿菌E.coliO157:H7為例對(duì)磁控分離捕獲率進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,研究結(jié)果表明,磁控分離法捕獲率可達(dá)到92%以上,與被動(dòng)分離捕獲方式相比,不僅捕獲率提高30%,而且分離操作靈活可控,自動(dòng)化水平較高,實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)病原菌的高效分離,也為后續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖病害快速檢測(cè)與預(yù)警提供保障。

水產(chǎn)病原菌檢測(cè);微流控芯片;磁控分離;捕獲率

目前水產(chǎn)養(yǎng)殖中由于病原菌(如嗜水氣單胞菌、大腸桿菌等)導(dǎo)致的水產(chǎn)病害常常會(huì)造成水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)巨大的經(jīng)濟(jì)損失,因此如何實(shí)現(xiàn)水產(chǎn)病原菌(簡(jiǎn)稱病原菌)快速檢測(cè)與預(yù)警是保證水產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵[1-2]。基于微流控芯片的病原菌檢測(cè)技術(shù)以其檢測(cè)靈敏度高、檢測(cè)速度快、試劑量小及易于集成化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)已成為目前病原菌快速檢測(cè)的研究熱點(diǎn)[3-4]。

水產(chǎn)養(yǎng)殖多采用集約化模式,導(dǎo)致水環(huán)境成分復(fù)雜多樣,如何將病原菌目標(biāo)菌從樣本中快速分離對(duì)提高后續(xù)微流控檢測(cè)精度尤為關(guān)鍵,常規(guī)的病原菌微分離法有被動(dòng)式分離[5]、介電電泳法[6]、光學(xué)分離等[7]。免疫磁分離法是采用表面偶聯(lián)菌抗體的免疫磁珠(簡(jiǎn)稱磁珠)與病原目標(biāo)菌發(fā)生特異性免疫反應(yīng)形成菌/磁珠復(fù)合物來(lái)捕獲目標(biāo)菌,并通過(guò)外磁場(chǎng)作用富集和分離細(xì)菌。與上述其他分離法相比,磁分離法具有靶向捕獲率高,操作簡(jiǎn)單、速度快及易于保持目標(biāo)菌活性等優(yōu)點(diǎn),利于提高后續(xù)檢測(cè)精度和速度[8]。Forbes等[9]對(duì)在外磁場(chǎng)作用下的T型微通道中免疫磁珠的磁控分離運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了理論分析和數(shù)值模擬,分析了流場(chǎng)、磁場(chǎng)和濃度場(chǎng)對(duì)磁珠分離效率的影響。Munir等[10]在內(nèi)嵌間歇電磁場(chǎng)控制下的微通道內(nèi)模擬仿真了納米磁珠捕獲和分選生物分子的過(guò)程,并與被動(dòng)式分選相比較,提高了分選效率。Tania Smistrup K等[11]模擬設(shè)計(jì)了一種可變磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)的磁珠捕獲生物分子的微流控裝置,該裝置隨不同對(duì)象可調(diào)整磁場(chǎng)特性取得最佳的捕獲分選效率。Debarun Das等[12]采用外置磁場(chǎng)結(jié)合內(nèi)嵌電泳結(jié)合驅(qū)動(dòng)的方式模擬仿真免疫磁珠捕獲細(xì)胞和病原菌的過(guò)程,相比單一驅(qū)動(dòng)方式,捕獲率大大提高。國(guó)內(nèi)上海交通大學(xué)的吳信宇[13]等采用多物理場(chǎng)耦合分析法,利用磁場(chǎng)與流場(chǎng)的協(xié)同作用對(duì)比研究直通、L型和T型等3種通道提高微通道磁泳分離效率的方法。大連理工的嚴(yán)小沖[14]采用流場(chǎng)與磁場(chǎng)耦合分析法數(shù)值仿真了不同流速下磁珠在永磁體吸附下運(yùn)動(dòng)軌跡。

上述文獻(xiàn)模擬仿真研究了不同芯片結(jié)構(gòu)下的微流控微納粒子磁分離方法,但對(duì)微流磁控分離病原菌等生物分子的機(jī)理還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究與驗(yàn)證。本文提出一種基于微流控檢測(cè)的水產(chǎn)病原菌磁控分離方法,以常見(jiàn)的水產(chǎn)病原菌大腸桿菌E.coliO157:H7(簡(jiǎn)稱大腸桿菌)為例對(duì)該方法進(jìn)行分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

1 病原菌微流控磁控分離機(jī)理[14-15]

由麥克斯韋全電流定律

(1)

式中:H為磁場(chǎng)強(qiáng)度,L為積分閉合回路,I為電磁線圈電流。

由式(1)可知,磁控分離所設(shè)計(jì)的磁場(chǎng)發(fā)生器采用電磁驅(qū)動(dòng)方式時(shí),磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與電磁線圈的驅(qū)動(dòng)電流成正比。

在病原菌磁控分離過(guò)程中,磁珠一方面受到外磁場(chǎng)施加的磁場(chǎng)作用力,另一方面受到樣本流體對(duì)磁珠的粘滯阻力。其中外磁場(chǎng)對(duì)單個(gè)磁珠施加磁場(chǎng)作用力為:

Fm=μ0χeffVP(H·)H

(2)

式中:μ0為真空磁導(dǎo)率,Vp為磁珠體積,χeff為磁珠有效磁化系數(shù)。

由式(1)和式(2)可知,當(dāng)其他參數(shù)不變時(shí),外磁場(chǎng)對(duì)磁珠的作用力與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比,即與線圈驅(qū)動(dòng)電流成正比。樣本流體對(duì)單個(gè)磁珠的粘滯阻力為:

Fd=-6πηrP(vf-vP)

(3)

式中:η為流體粘度,rp為磁珠半徑,vf為流體速度,vp為磁珠速度。

由牛頓第二定律:

(4)

式中:mp為磁珠質(zhì)量,Fg為單個(gè)磁珠受到的重力和浮力之和。

由于磁珠微小,Fg遠(yuǎn)小于磁場(chǎng)力和粘滯阻力因而可以忽略,且在微尺度下磁珠的速度變化率近似為0,因此

Fm+Fd=0

(5)

即磁場(chǎng)對(duì)磁珠的磁力與流體對(duì)磁珠的粘滯阻力相平衡。對(duì)樣本流體而言,磁珠對(duì)流體的攪動(dòng)力Fj等于Fd也等于Fm,即磁珠對(duì)病原菌的捕獲與分離受磁場(chǎng)力Fm影響。

由層流不可壓縮流體Navier-Stokes方程為:

(6)

式中:ρf為流體密度,P為壓強(qiáng),c為磁珠濃度,δ(f)為隨磁場(chǎng)頻率f變化的周期函數(shù)。

由式(6)可知磁珠對(duì)病原菌的捕獲與分離程度受磁場(chǎng)頻率和磁場(chǎng)力的控制。

定義病原菌磁控捕獲率CE(Capture Efficiency)(以下簡(jiǎn)稱捕獲率)

(7)

式中:Cm為磁控分離后細(xì)菌濃度,C0為細(xì)菌初始濃度。

采用捕獲率來(lái)定量評(píng)價(jià)微流控磁控分離系統(tǒng)的性能優(yōu)劣。

圖1 磁控分離芯片模型圖

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)方法

2.1 微流控芯片設(shè)計(jì)

如圖1所示,所設(shè)計(jì)的微流控芯片包括磁控分離室以及進(jìn)出樣口等結(jié)構(gòu),具備樣品進(jìn)樣、磁控混合、磁控捕獲及分離目標(biāo)菌等功能。芯片以聚二甲基硅氧烷(PDMS)為基材,在PDMS上刻畫(huà)出微納通道并粘合在玻璃基片上。芯片微管道體積為6.8×10-3mL。A和B分別為免疫磁珠和大腸桿菌樣本進(jìn)樣口,C為清洗雜質(zhì)流出口,D為磁控分離后的檢測(cè)輸出口。磁控分離室用于磁珠與細(xì)菌在外磁場(chǎng)力作用下充分混合并發(fā)生免疫反應(yīng),完成細(xì)菌的捕獲與分離。磁控分離是基于磁珠的磁致運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)細(xì)菌的富集和分離,因此磁控特性的優(yōu)劣影響磁控分離的效果以及后續(xù)的檢測(cè)精度。

2.2 病原菌微流控磁控分離實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

圖2是磁控分離整體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。微流控芯片放置于磁場(chǎng)控制器中心-Z軸鐵芯端子上,微量注射器連接于注射泵(0.098 μm/步,CVs的流量精度<1%),通過(guò)芯片通道A、B將病原菌樣本和免疫磁珠溶液(粒徑180 nm,濃度10 mg/mL)注入微流控芯片。芯片A、B通道通過(guò)注射泵啟停動(dòng)作來(lái)控制注入磁珠與細(xì)菌樣本的流量,通道C、D通過(guò)聚四氟乙烯導(dǎo)管夾控制分離后的流體通斷,通道C接清洗雜質(zhì)采集試管,通道D接磁控分離后的樣本采集試管。

1.注射泵;2.微量注射器;3.微流控芯片;4.磁場(chǎng)控制器;5.直流穩(wěn)流電源;6.電源控制板;7.清洗液采集試管圖2 磁控分離實(shí)驗(yàn)平臺(tái)照片

磁場(chǎng)發(fā)生器由X-Y-Z軸6個(gè)鐵芯線圈驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生正負(fù)6個(gè)方向的平行磁場(chǎng),每個(gè)方向的磁場(chǎng)在磁控分離室中心處的磁感應(yīng)強(qiáng)度可在0～65 mT范圍內(nèi)調(diào)控,直流穩(wěn)流電源(YB3205,0-5A)可通過(guò)單片機(jī)電源控制板控制磁場(chǎng)控制器各個(gè)方向的磁極線圈供電,調(diào)節(jié)改變X-Y-Z軸磁場(chǎng)力和磁控頻率控制病原菌磁控分離效率。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

病蟲(chóng)害防治是冬棗幼果期的一項(xiàng)重要管理內(nèi)容。病害主要防治炭疽病、斑點(diǎn)落葉病、銹病等，蟲(chóng)害主要防治盲蝽蟓、紅蜘蛛、桃小食心蟲(chóng)等。

通常水產(chǎn)養(yǎng)殖集約養(yǎng)殖水環(huán)境中單位體積中病原菌含量較低,因此需采用濾膜(<0.45 μm)真空泵富集并定量沖洗稀釋后得到病原菌檢測(cè)樣本。常用的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法為平板計(jì)數(shù)法。即取定量樣本分布于特異性顯色培養(yǎng)基上,并將其放入恒溫振蕩培養(yǎng)箱(37 ℃,200 r/min)中48 h增菌培養(yǎng),之后根據(jù)顯色菌落計(jì)數(shù)方法得檢測(cè)樣本病原菌濃度。

本實(shí)驗(yàn)方法將大腸桿菌作為目標(biāo)病原菌,志賀氏菌和金黃色葡萄球菌為捕獲干擾菌,所用采用菌種由江蘇大學(xué)食品工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室提供。將三類菌種分別用磷酸鹽緩沖液(PBS)調(diào)配成病原菌溶液,梯度稀釋后采用平板計(jì)數(shù)法測(cè)得3種細(xì)菌的系列濃度標(biāo)準(zhǔn)樣本。為驗(yàn)證磁控分離效果,將大腸桿菌、志賀氏菌和金黃色葡萄球菌三類病原菌樣本按照1∶4∶5比例調(diào)配成水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌合成樣本。

驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)發(fā)生器X-Y平面的4個(gè)磁極循環(huán)間歇通斷給芯片的磁控分離室施加平行磁場(chǎng),實(shí)現(xiàn)樣本與磁珠進(jìn)行磁控混合并發(fā)生免疫反應(yīng)生成磁珠/細(xì)菌復(fù)合物(如圖1所示),定時(shí)磁控分離后,啟動(dòng)Z向磁極將磁珠/細(xì)菌復(fù)合物吸附在分離室下部,將B口換成PBS緩沖液注射沖洗分離室,然后停止Z向磁極釋放磁珠/細(xì)菌復(fù)合物實(shí)現(xiàn)病原菌從樣本中分離,取D口輸出試管樣本進(jìn)行平板菌落計(jì)數(shù),獲得該磁控分離條件下病原菌濃度與初始病原菌濃度的比例關(guān)系由式(7)計(jì)算病原菌磁控捕獲率。

實(shí)驗(yàn)首先測(cè)定優(yōu)化磁控分離系統(tǒng)主要參數(shù)及其條件,而后依據(jù)最優(yōu)檢測(cè)條件對(duì)系列濃度的病原目標(biāo)菌樣本進(jìn)行磁控捕獲率檢測(cè)與驗(yàn)證,并與被動(dòng)式混合分離方法進(jìn)行比較,驗(yàn)證與評(píng)價(jià)該磁控分離系統(tǒng)性能好壞。

3 結(jié)果與討論

3.1 主要參數(shù)測(cè)定與優(yōu)化

由上述磁控分離機(jī)理可知,病原菌微流控磁控分離系統(tǒng)中的磁控電流、磁控頻率及捕獲時(shí)間等參數(shù)直接影響分離的效率。因此本實(shí)驗(yàn)取病原菌合成樣本(1 mL,大腸桿菌濃度2.6×103CFU/mL)與磁珠溶液(1 mL)由注射泵驅(qū)動(dòng)微量注射器同時(shí)注入微流控芯片,并分別測(cè)定不同參數(shù)下的系統(tǒng)磁控捕獲率,從而確定最佳檢測(cè)效果下的系統(tǒng)參數(shù)與條件。

3.1.1 磁控電流

如圖3所示,實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)磁控電流小于3 A時(shí),檢測(cè)樣本的磁控捕獲率呈線性上升,但大于3 A后無(wú)明顯改變,表明磁場(chǎng)對(duì)磁珠控制達(dá)到飽和,此時(shí)磁珠受到的磁控力最大,對(duì)細(xì)菌的捕獲效率最佳。因此可確定系統(tǒng)最佳磁控電流為3 A。

圖3 磁控捕獲率隨磁控電流的變化

3.1.2 磁控頻率

由式(6)可知,磁場(chǎng)變化頻率影響樣本流體的流動(dòng),即影響磁珠與病原菌的免疫反應(yīng),從而影響到磁控捕獲率,當(dāng)磁控頻率過(guò)低時(shí),磁場(chǎng)力的擾動(dòng)過(guò)慢,磁控捕獲率不高,捕獲率隨著磁場(chǎng)力頻率的增加而增加。但當(dāng)頻率過(guò)高時(shí),磁珠受到液體粘滯阻力作用而滯后于磁場(chǎng)力的擾動(dòng),同時(shí),磁珠受到變化過(guò)快的磁場(chǎng)力而不能得到充分的釋放,因而磁場(chǎng)隨著磁場(chǎng)力頻率的進(jìn)一步增加反而會(huì)導(dǎo)致磁控捕獲率下降。

實(shí)驗(yàn)中采用0.5Hz～6Hz等范圍的7種不同磁控頻率參數(shù)對(duì)檢測(cè)樣本進(jìn)行磁控捕獲率檢測(cè),結(jié)果如圖4所示,小于4Hz時(shí),磁控捕獲率呈類似線性增加,直到大于4Hz時(shí)捕獲率開(kāi)始明顯下降,說(shuō)明此時(shí)病原菌磁控捕獲率最大,因此可確定系統(tǒng)最佳磁控頻率為4Hz。

圖4 磁控捕獲率隨磁控頻率的變化

3.1.3 目標(biāo)菌磁控捕獲時(shí)間

在微芯片通道中磁珠捕獲目標(biāo)菌發(fā)生免疫反應(yīng)時(shí)間直接影響磁控捕獲率的高低。時(shí)間過(guò)短會(huì)造成免疫反應(yīng)不充分導(dǎo)致捕獲不完全;時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)由于磁珠頻繁碰撞導(dǎo)致部分反應(yīng)復(fù)合物的磁珠與菌分解引起捕獲率誤差。因此在上述優(yōu)化磁控電流和頻率的條件下,實(shí)驗(yàn)分別取1min～7min的捕獲時(shí)間進(jìn)行系統(tǒng)捕獲率檢測(cè)。如圖5所示,當(dāng)捕獲時(shí)間等于5min時(shí),捕獲率達(dá)到最大,而且超過(guò)5min后捕獲率有下降趨勢(shì),因此結(jié)果表明此時(shí)磁控捕獲率誤差最小。

圖5 磁控捕獲率隨目標(biāo)菌捕獲時(shí)間的變化

3.2 系統(tǒng)性能分析

采用上述實(shí)驗(yàn)測(cè)定的系統(tǒng)最優(yōu)參數(shù)針對(duì)不同濃度的目標(biāo)檢測(cè)樣本進(jìn)行磁控分離效果分析。取以定量大腸桿菌作為目標(biāo)菌(1mL濃度為3×108CFU/mL)樣本施加不同濃度的2種干擾菌充分混合并梯度稀釋后,生成不同濃度的7種目標(biāo)菌檢測(cè)樣本,與定量磁珠溶液(1mL)同時(shí)注入微流控芯片,采用最佳參數(shù)條件磁控分離檢測(cè),將不同條件下磁控捕獲率與樣本中目標(biāo)菌濃度作定量關(guān)系。如圖6所示。結(jié)果表明樣本目標(biāo)菌濃度在3×102CFU/mL～3×108CFU/mL范圍內(nèi),磁珠對(duì)目標(biāo)菌的捕獲效率均在92%以上,當(dāng)目標(biāo)菌濃度大于3×106CFU/mL時(shí),系統(tǒng)磁控捕獲率低于90%,因此本文提出磁控分離方法對(duì)高濃度(106CFU/mL)和低濃度(102CFU/mL)的細(xì)菌都具有較高的捕獲效率。

圖6 不同濃度大腸桿菌樣本的磁控捕獲率

圖7 不同分離方式病原菌捕獲率比較

為進(jìn)一步驗(yàn)證分析所提出的磁控分離系統(tǒng)的性能,取6組系列梯度濃度(4×102CFU/mL～4×107CFU/mL)范圍內(nèi)的大腸桿菌樣本,施加干擾菌后注入系統(tǒng)進(jìn)行磁控分離捕獲率檢測(cè)驗(yàn)證,并采用文獻(xiàn)[16]中微流控芯片進(jìn)行病原菌被動(dòng)分離比較分析。圖7為2種方法進(jìn)行大腸桿菌捕獲率所得的比較柱狀圖。從圖7可以看出,本文提出的磁控分離方法與被動(dòng)分離法相比,目標(biāo)菌捕獲率提高約為30%,實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)病原菌高效分離,有利于提高后續(xù)病原菌檢測(cè)精度和檢測(cè)效率。

4 結(jié)論

在自行研制的三維可控磁場(chǎng)作用下將水產(chǎn)養(yǎng)殖病原菌的磁控混合、捕獲及分離等功能集成于一體創(chuàng)建了微流控磁控分離系統(tǒng),并測(cè)定與優(yōu)化了系統(tǒng)的磁控電流、磁控頻率等主要條件參數(shù),與被動(dòng)式捕獲分離方式相比,捕獲率提高了30%,且提高了病原菌分離自動(dòng)化水平,實(shí)現(xiàn)了水產(chǎn)致病菌的快速高效分離,為后續(xù)病原菌高精度檢測(cè)打下基礎(chǔ),所提出的方法為水產(chǎn)養(yǎng)殖病害快速檢測(cè)與預(yù)警提供了應(yīng)用前景。

[1] Adams A,Thompson K D. Development of Diagnostics for Aquaculture:Challenges and Opportunities[J]. Aquaculture Research,2011,42(s1):93-102.

[2] 吳淑勤,王亞軍. 我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖病害控制技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 中國(guó)水產(chǎn),2010(8):9-10.

[3] Hol F J H,Dekker C. Zooming in to See the Bigger Picture:Microfluidic and Nanofabrication Tools to Study Bacteria[J]. Science,2014,346(6208):1251821.

[4] Foudeh A M,Didar T F,Veres T,et al. Microfluidic Designs and Techniques Using Lab-on-a-Chip Devices for Pathogen Detection for Point-of-Care Diagnostics[J]. Lab on a Chip,2012,12(18):3249-3266.

[5] Huang L R. Continuous Particle Separation Through Deterministic Lateral Displacement[J]. Science,2004,304:987-990.

[6] 方明,樊磊,曾一笑,等. 集成陣列叉指電極介電泳芯片粒子分離[J]. 微納電子技術(shù),2016,53(7):461-466.

[7] 耿照新,邢冰冰. 微納流體樣品片上分離技術(shù)[J]. 中國(guó)科學(xué):信息科學(xué),2014,44(2):177-198.

[8] Van Reenen A,de Jong A M,den Toonder J M J,et al. Integrated Lab-on-Chip Biosensing Systems Based on Magnetic Particle Actuation—A Comprehensive Review[J]. Lab on a Chip,2014,14(12):1966-1986.

[9] Forbes T P,Munson M S,Forry S P. Theoretical Analysis of a Magnetophoresis-Diffusion T-Sensor Immunoassay[J]. Lab on a Chip,2013,13(19):3935-3944.

[10] Munir A,Zhu Z,Wang J,et al. FEM Analysis of Magnetic Agitation for Tagging Biomolecules with Magnetic Nanoparticles in a Microfluidic System[J]. Sensors and Actuators B:Chemical,2014,197:1-12.

[11] Smistrup K,Bu M,Wolff A,et al. Theoretical Analysis of a New,Efficient Microfluidic Magnetic Bead Separator Based on Magnetic Structures on Multiple Length Scales[J]. Microfluidics and Nanofluidics,2008,4(6):565-573.

[12] Das D,Al-Rjoub M F,Banerjee R K. Enhanced Capture of Magnetic Microbeads Using Combination of Reduced Magnetic Field Strength and Sequentially Switched Electroosmotic Flow—A Numerical Study[J]. Journal of Biomechanical Engineering,2015,137(5):051008.

[13] 吳信宇. 磁動(dòng)力微流控芯片內(nèi)磁珠動(dòng)力學(xué)行為及其強(qiáng)化混合與分離機(jī)理研究[D]. 上海交通大學(xué),2012.

[14] 嚴(yán)小沖. 微流控芯片中磁珠吸附機(jī)制研究[D]. 大連理工大學(xué),2013.

[15] Yang R J,Hou H H,Wang Y N,et al. Micro-Magnetofluidics in Microfluidic Systems:A Review[J]. Sensors and Actuators B:Chemical,2016,224:1-15.

[16] 郭建江,張榮標(biāo),楊寧,等. 基于微流控芯片的圓褐固氮菌濃度快速檢測(cè)方法[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2015,46(1):155-159.

郭建江(1970-),湖北襄陽(yáng)人,江蘇大學(xué)在讀博士,現(xiàn)為常州工學(xué)院教授,研究方向?yàn)槲⒘骺貦z測(cè)技術(shù)在農(nóng)業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用;

張榮標(biāo)(1957-),江蘇南通人,現(xiàn)為江蘇大學(xué)電氣信息工程學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)智能檢測(cè)技術(shù),474820848@qq.com。

Magnetic Isolating Method for Aquaculture Pathogens Detection System*

GUOJianjiang1,2,ZHANGRongbiao1*,YANGNing1

(1.School of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang Jiangsu 212013,China;2.School of Electrical and Photoelectronic Engineering,Changzhou Institute of Technology,Changzhou Jiangsu 213002,China)

Pathogenic bacteria in aquatic environment is the major cause of aquaculture diseases. However conventional methods require a long time and a great amount of cost for other reagents,and suffer from difficult isolation and lower automation. A magnetic isolating method for aquaculture pathogens detection system was proposed. A dedicated magnetic controller with magnetic capture and isolation was designed,and the magnetic isolation experiment platform based on microfluidic chip was built up. The optimum magnetic pole current,switching frequency and capture time of the platform were determined,and illustrated by the case ofEscherichiacoliO157:H7 the performance of the method was experimentally verified. The research results showed that the capture efficiency of magnetic isolating method reached as high as 92%. And compared with passive isolation by barriers,the capture efficiency increased by 30%,and the separating operation was flexible and controllable with higher automation,which realized pathogens efficient separation and benefitted rapid detection and early warning on aquaculture disease.

aquaculture pathogens detection;microfluidic chip;magnetic isolation;capture efficiency

項(xiàng)目來(lái)源:中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014M560404);江蘇省農(nóng)業(yè)自主創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(CX(14)2092);江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃資助項(xiàng)目(CXLX12_0662);常州市科技支撐計(jì)劃(社會(huì)發(fā)展)項(xiàng)目(CE20155054);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61673195);國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目(201611055004)

2016-08-11 修改日期:2016-11-07

S943

A

1004-1699(2017)03-0373-05

C:2575;3120

10.3969/j.issn.1004-1699.2017.03.007