一种细菌药敏微流控芯片及其使用方法

技术领域

本发明涉及药敏检测领域，具体涉及一种细菌药敏微流控芯片及其使用方法。

背景技术

感染性疾病，尤其是细菌感染，是临床上导致患者死亡的主要原因之一，而95％以上是由于缺乏及时的诊断和治疗。但常规的病原菌鉴定和药敏分析方法都存在操作繁琐，周期长(24～72h)，费时费力等缺陷，不能满足临床上对感染性疾病早期诊断和及时、有效治疗的需求，而基于时间飞行质谱仪的使用，快速有效的病原菌鉴定已基本满足临床需求，因此，发展一种灵敏、快速地检测病原菌有效的抗生素信息的新方法(平台)刻不容缓。如中国专利CN114958954A公开的一种幽门螺杆菌药敏试验的培养基和判读方法，该培养基配方独特，能够高效稳定地促进幽门螺杆菌的生长，保证药敏试验检测结果中的抑菌圈及其大小只同抗生素种类和抗生素浓度相关，从而可以根据抑菌圈的出现与否以及抑菌圈的大小，依据设定的判读方法和标准科学确定不同幽门螺杆菌分离株对不同抗生素的敏感性。但是其需要用加样枪分别在微孔中加入菌液，由于抗生素药物敏感试验微孔数量较多40孔左右，因此加样过程就显得非常繁复，效率不高；在加样繁复过程中增加气溶胶和交叉污染的几率；同时也存在一定的加样误差。

又如中国专利CN115104030A公开的一种检测生物样品中对碳青霉烯类抗生素具有抗性的致病菌株的方法，通过质谱直接鉴定碳青霉烯类抗生素降解酶，特别是KPC、OXA、NDM、IMP、VIM和/或GES蛋白，从而快速确定病原菌株是否对抗生素产生耐药性以及耐药相关蛋白质类型，但是现行的微生物药敏微孔板法配套的全自动微生物鉴定及药敏分析仪，由于加样过程繁复，其仪器机械结构相应的需要提供XYZ机械臂及微孔板盖板抓取装置，结构复杂，体积较大。

检测抗生素是否对病原菌有效的方法多为使用加样枪分别在微孔中加入菌液，并使用全自动微生物鉴定及药敏分析仪进行鉴定分析，此种方法在加样过程中增加了气溶胶和交叉污染的几率，在对鉴定结果造成误差的同时，也会增加操作的繁复性。

发明内容

针对现有检测抗生素是否对病原菌有效的方法，存在气溶胶和交叉污染的几率、操作较为繁琐的问题，本申请设计了一种细菌药敏微流控芯片及其使用方法，以求实现在增加检测效率的同时，避免检测过程中的外界污染。

一种细菌药敏微流控芯片，包括微生物鉴定试剂盘；

所述微生物鉴定试剂盘上设置有轴孔和菌液加样槽；

所述微生物鉴定试剂盘内设置有微流道、菌液导流流道以及细菌药敏测定腔；

所述轴孔设置在微生物鉴定试剂盘的中心处；

所述菌液加样槽设置在轴孔外侧；

所述菌液导流流道设置在菌液加样槽和细菌药敏测定腔之间，所述细菌药敏测定腔设置在微生物鉴定试剂盘的最外侧；

所述菌液加样槽、菌液导流流道、细菌药敏测定腔之间通过微流道连通。

优选地，所述微生物鉴定试剂盘上还设置有透气孔，所述透气孔通过微流道与菌液导流流道连通。

优选地，所述细菌药敏测定腔均匀分布在菌液导流流道外侧，并通过微流道与菌液导流流道连通。

优选地，所述不同的细菌药敏测定腔内设置有不同浓度梯度的抗生素风干底物。

优选地，所述微流道为S型微流控流道。

优选地，所述菌液加样槽为半圆弧型结构。

优选地，所述菌液加样槽的尾部通过微流道与菌液导流流道连通。

优选地，所述菌液加样槽相对轴孔对应位置还设置有动平衡凹槽。

一种细菌药敏微流控芯片的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1、向菌液加样槽内加注一定浓度的待测细菌菌液的样本液；

步骤S2、在离心力作用下，细菌菌液经微流道到菌液导流流道，再经微流道充满各个细菌药敏测定腔；

步骤S3、将微流控芯片放置于细菌培养箱内培养一定时间后取出；

步骤S4、放入微流控芯片检测仪中，微流控芯片检测仪对各个细菌药敏测定腔进行显微摄影，根据对比培养前后的摄影图像颜色或浊度变化，判断细菌是否生长，并结合各个细菌药敏测定腔内的抗生素种类和浓度，最终给出药敏分析结果。

优选地，所述步骤S1中，若对某些需要苛养环境培养的微生物，可在细菌菌液离心进入细菌药敏测定腔后，在菌液加样槽中加入化学试剂反应建立苛养微环境，并用贴膜封闭菌液加样槽以及透气孔。

本发明所获得的有益效果：

1、本发明设计的一种细菌药敏微流控芯片，每个细菌药敏测定腔容积较小，使用的菌液也随之较少，菌液减少意味着制备一定溶度菌液所需的细菌数量减少，因此本申请能够大大减少扩增培养的过程和时间。

2、本发明设计的一种细菌药敏微流控芯片，不同的细菌药敏测定腔内设置有不同浓度梯度的抗生素风干底物，一张微流控芯片可集成若干种抗生素，每种抗生素设置若干个浓度梯度，能够省时省力的一次性完成临床所需要的多个抗生素药敏MIC试验。

3、本发明设计的一种细菌药敏微流控芯片，只需要一个离心模块就可以代替以往结构复杂的XYZ机械臂及微孔板盖板抓取装置，在简化设计的同时，降低了设备成本，同时减少了机械故障几率。

4、本发明设计的一种细菌药敏微流控芯片，通过将微流道设计为S型微流控流道，通过上述设计，本申请能够延缓细菌培养液的挥发，确保结果鉴定的准确性。

5、本发明设计的一种细菌药敏微流控芯片的使用方法，利用离心力原理，一次性将待测细菌菌液离心充满细菌药敏测定腔中，加样过程快捷简单，效率极高；加样过程在微流控芯片内部进行，不会产生气溶胶和交叉污染。

6、若对某些需要苛养环境培养的微生物，可在细菌菌液离心进入细菌药敏测定腔后，在菌液加样槽中加入化学试剂反应建立苛养微环境，并用贴膜封闭菌液加样槽以及透气孔，通过上述设计，本申请能够满足一些需要苛养环境培养的微生物药敏试验。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请提供的一种细菌药敏微流控芯片的平面图；

图2为本申请提供的一种细菌药敏微流控芯片的结构图；

附图标记：1、微生物鉴定试剂盘；2、轴孔；3、菌液加样槽；4、微流道；5、菌液导流流道；6、细菌药敏测定腔；7、透气孔；8、动平衡凹槽。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。

实施例1

本实施例主要介绍一种细菌药敏微流控芯片，包括微生物鉴定试剂盘1；

所述微生物鉴定试剂盘1上设置有轴孔2和菌液加样槽3；

所述微生物鉴定试剂盘1内设置有微流道4、菌液导流流道5以及细菌药敏测定腔6；

所述轴孔2设置在微生物鉴定试剂盘1的中心处；

所述菌液加样槽3设置在轴孔2外侧；

所述菌液导流流道5设置在菌液加样槽3和细菌药敏测定腔6之间，所述细菌药敏测定腔6设置在微生物鉴定试剂盘1的最外侧；

所述菌液加样槽3、菌液导流流道5、细菌药敏测定腔6之间通过微流道4连通，具体设计请参考图1和图2。

进一步的，所述微生物鉴定试剂盘1上还设置有透气孔7，所述透气孔7通过微流道4与菌液导流流道5连通。

进一步的，所述细菌药敏测定腔6均匀分布在菌液导流流道5外侧，并通过微流道4与菌液导流流道5连通。

进一步的，所述不同的细菌药敏测定腔6内设置有不同浓度梯度的抗生素风干底物。

进一步的，每个细菌药敏测定腔6的容积为25ul。

进一步的，所述微流道4为S型微流控流道。

进一步的，所述菌液加样槽3为半圆弧型结构。

进一步的，所述菌液加样槽3的尾部通过微流道4与菌液导流流道5连通。

进一步的，所述菌液加样槽3相对轴孔2对应位置还设置有动平衡凹槽8。

微量菌液现行的微生物药敏微孔板法每孔需要加入100～200ul菌液，如果采用40鉴定孔，则需要至少4～8ml菌液，而本申请设计的细菌药敏微流控芯片中，每个细菌药敏测定腔容积只有25ul，采用40药敏试验腔，则只需要至少2ml左右菌液。菌液的减少，意味制备一定溶度菌液所需的细菌数量减少，前者通常需要在固体平板培养基培养后，挑取菌落再次做扩增培养才能获得足够数量的细菌，而后者只需直接挑取2～5个菌落就满足鉴定的需要了，因此大大减少了扩增培养的过程和时间。

现行的微生物药敏微孔板条法或E-test药敏试纸条，一次只能做一种抗生素药敏试验，需要做多个抗生素MIC浓度梯度测定时，则需要繁复操作，费时费力，而本申请设计的细菌药敏微流控芯片可集成若干种抗生素，每种抗生素设置若干个浓度梯度，可以省时省力的一次完成临床所需要的多个抗生素药敏MIC试验，如头孢他啶/阿维巴坦，多粘菌素，替加环素等的MIC联检芯片，依据CRE产酶结果及关键药物MIC及时调整治疗方案和实施有效院感措施可以有效遏制细菌耐药和传播。

现行的微生物药敏微孔板法配套的全自动微生物鉴定及药敏分析仪，由于加样过程繁复，其仪器机械结构相应的需要提供XYZ机械臂及微孔板盖板抓取装置，结构复杂，体积较大。而本申请设计的细菌药敏微流控芯片只需要一个离心模块就可以代替结构复杂的XYZ机械臂及微孔板盖板抓取装置，在简化设计、降低设备成本的同时，减少了机械故障几率。

由于延缓细菌培养液挥发结构微生物鉴定需要时间较长，一般在4小时～24小时，在较长时间的培养过程中，如何防止培养液的挥发是必须克服的问题，而现行的微生物药敏微孔板法采用不密封盖板，在培养过程中液体挥发量较多，影响结果鉴定的准确性。本申请设计的细菌药敏微流控芯片采用贴膜密封，极大减少了培养液的挥发；同时，在微流道出口设计有曲折的S型微流控流道，进一步延缓培养液挥发，实验数据显示，不采用曲折的S型微流控流道，37℃培养16小时，液体挥发量达5％左右；采用曲折的S型微流控流道，37℃培养16小时，小于1％，而常规加盖微孔板法挥发量达30％以上。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例主要介绍一种细菌药敏微流控芯片的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1、向菌液加样槽3内加注一定浓度的待测细菌菌液的样本液；

步骤S2、在离心力作用下，细菌菌液经微流道4到菌液导流流道5，再经微流道4充满各个细菌药敏测定腔6；

步骤S3、将微流控芯片放置于细菌培养箱内培养一定时间后取出；

步骤S4、放入微流控芯片检测仪中，微流控芯片检测仪对各个细菌药敏测定腔6进行显微摄影，根据对比培养前后的摄影图像颜色或浊度变化，判断细菌是否生长，并结合各个细菌药敏测定腔6内的抗生素种类和浓度，最终给出药敏分析结果。

菌液的加样现行的微生物药敏微孔板法需要用加样枪分别在微孔中加入菌液，由于抗生素药物敏感试验微孔数量较多40孔左右，因此加样过程就显得非常繁复，效率不高；在加样繁复过程中增加气溶胶和交叉污染的几率；同时也存在一定的加样误差。本申请利用离心力原理，一次性将待测菌液离心充满反应腔，加样过程快捷简单，效率极高；加样过程在微流控芯片内部进行，不产生气溶胶和交叉污染；微流控芯片反应腔容积批间误差小于0.1％，重复加样误差小于0.1％。

对某些需要苛养环境培养的微生物的药敏试验，现行的微孔板法，则需要专用的苛养环境培养箱(如CO2培养箱，厌氧培养箱等)。这样的环境下，一旦有药敏试验板要取出观察结果，则整个苛养环境培养箱都需要重新建立苛养环境。资源消耗大，操作复杂，极大限制了临床苛养菌药敏试验的应用。而本申请如需要CO2环境下培养的脑膜炎双球菌，可在菌液离心进入细菌药敏测定腔后，在菌液加样槽加入化学试剂反应建立CO2苛养微环境(使用重碳酸钠-盐酸法：重碳酸钠与盐酸按比例加入加样腔，用贴膜封闭菌液加样槽及透气孔后，因重碳酸钠和盐酸接触产生二氧化碳建立CO2培养环境)；如需要在厌氧培养环境才能生长的厌氧细菌，则在菌液离心进入细菌药敏测定腔后，在菌液加样槽加入适量巯基乙醇或焦性没食子酸与氢氧化钠溶液，然后贴膜封闭菌液加样槽后，因吸收氧气使其芯片内部产生厌氧培养环境等。芯片内部可在整个培养鉴定反应周期内始终保持苛养微环境，随时可观察在苛养微环境下的细菌药敏试验结果，并可与常规培养芯片放置于同一培养箱中培养，大大简化了苛养菌和普通微生物的培养大环境，节约了资源。

实施例3

基于上述实施例1-2，本实施例主要针对某些需要苛养环境培养的微生物，介绍本申请设计的一种细菌药敏微流控芯片的使用方法，包括以下步骤：

步骤S1、向菌液加样槽3内加注一定浓度的待测细菌菌液的样本液；

步骤S2、在离心力作用下，细菌菌液经微流道4到菌液导流流道5，再经微流道4充满各个细菌药敏测定腔6；

步骤S3、在菌液加样槽3中加入化学试剂反应建立苛养微环境，并用贴膜封闭菌液加样槽3以及透气孔7；

步骤S4、将微流控芯片放置于细菌培养箱内培养一定时间后取出；

步骤S5、放入微流控芯片检测仪中，微流控芯片检测仪对各个细菌药敏测定腔6进行显微摄影，根据对比培养前后的摄影图像颜色或浊度变化，判断细菌是否生长，并结合各个细菌药敏测定腔6内的抗生素种类和浓度，最终给出药敏分析结果。

对某些需要苛养环境培养的微生物，可在菌液离心进入细菌药敏测定腔后，在菌液加样槽加入化学试剂反应建立苛养微环境，如CO2培养环境使用重碳酸钠-盐酸法：重碳酸钠与盐酸按比例加入菌液加样槽，用贴膜封闭菌液加样槽及透气孔后，因重碳酸钠和盐酸接触产生二氧化碳建立CO2培养环境；厌氧培养环境使用加入适量巯基乙醇或焦性没食子酸与氢氧化钠溶液，贴膜封闭菌液加样槽和透气孔后，因吸收氧气使其芯片内部产生厌氧培养环境等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。