證不同位置的已完成IEF第一維分離并分布于不同位置的活性細菌次生代謝物成份迅速進入鄰近的相應CZE通道7,開始CZE第二維分離;
[0052](1.4)、設計紙基陣列活性成份篩選單元11,該功能單元是沿各陣列CZE分離通道7左側最大緊密地陣列均勻排布的,在完成CZE活性細菌次生代謝產物第二維分離后,在2-維分離和模型細菌紙基層I的下層另外加一層模型細菌紙基層II使得獨立陣列模型細菌培養室15陣列分布于CZE分離通道7正下方,并通過緊密接觸使對應位置的活性成份篩選單元11與CZE分離通道7導通,保證CZE分離通道7經2-維分離的、各個位置的次生代謝產物成份獨立地擴散到其鄰近的各個陣列活性成份篩選單元11里面,可能的活性成份將被某個位置的功能單元11發現;
[0053](1.5)、設計最下層的培養基-陣列電極紙基層III,該紙基層III包含著獨立陣列的培養基供給單元,每個供給單元包括了直道的培養基供給通道12和彎道的培養基供給區13,以及處于紙基層I的模型細菌培養室14和紙基層II獨立陣列模型細菌培養室15的碳楽.三電極結構單元16,楽三電極結構單元16與其上層的陣列活性細菌篩選功能單元I的位置相對應;
[0054]步驟二、制作多功能紙基微流控芯片,
[0055](2.1)、絲網印刷碳漿電泳電極、PDMS活性細菌篩選功能單元、2_維分離通道和模型細菌,依據步驟(1.2)和步驟(1.3)的設計制作IEF電極5、6和CZE電極8、9的絲網印刷網板A,在第一層Whatman I號色譜紙的正面用絲網印刷這四個碳楽(Henkel)電泳電極,150°C烘I小時;再依據步驟(1.1)、步驟(1.2)和步驟(1.3)的設計制作陣列活性細菌篩選功能單元I中的模型細菌培養室14和樣本細菌培養室17、IEF分離通道2、緩沖液池3、緩沖液池4、CZE分離通道7和緩沖液池10的網板B,再在第一層色譜紙的背面用質量比8:1的PDMS和TEOS液態膠混合物絲網印刷,形成第一層色譜紙上包含正面的碳漿電泳電極、背面的細菌培養室和2-維分離通道層的結構,滅菌處理;再制作陣列活性細菌篩選功能單元I中的模型細菌培養室14構型的網板C,再在模型細菌培養室14內,在無菌環境下絲網套印模型細菌明膠,構成了第一層的2-維分離和模型細菌紙基層I ;結構示意見圖2B ;
[0056](2.2)、活性成份篩選功能單元的PDMS結構和模型細菌的絲網印刷,依據步驟
(1.4)的設計制作陣列活性成分篩選功能單元11的構型的絲網印刷網板D,在第二層Whatman I號色譜紙質量比8:1PDMS和TEOS液態膠混合物絲網印刷,得到包含活性成份篩選功能單元11中的陣列模型細菌培養室15的色譜紙,并滅菌處理;再在該陣列模型細菌培養室15內,進一步在無菌環境下絲網套印模型細菌明膠,構成了第二層的模型細菌紙基層II ;結構不意見圖2C ;
[0057](2.3)、陣列碳漿三電極的碳漿絲網印刷,依據步驟(1.5)設計的碳漿三電極結構單元16,先制作包含活性細菌I和成份篩選11功能單元中的所有陣列三電極結構16絲網印刷的網板E,再在第三層Whatman I號色譜紙的正面上進行碳漿絲網印刷,150°C烘I小時,得到處于最下層的陣列碳漿三電極色譜紙,碳漿三電極結構單元16包含對電極18、工作電極19和參比電極20 ;
[0058](2.4)、培養基供給單元的PDMS絲網印刷,先制作包含直道的培養基供給通道12和彎道的培養基供給區13的培養基供給單元21結構的絲網印刷網板F,再在第三層色譜紙的背面用質量比8:1的PDMS與TEOS液態膠混合物絲網印刷,75°C烘I小時,形成培養基供給單元21,培養基供給單元21和陣列碳漿三電極結構單元16共同構成了第三層的培養基-陣列電極紙基層III,結構并滅菌處理;示意見圖2D ;
[0059](2.5)、依次按照對應位置從上至下第一層1、第二層II和第三層III疊放印刷有上述結構的色譜紙,進而構成了多功能紙基微流控芯片的核心結構IV,把印有不同結構的多層色譜紙集成為2-維電泳微流控芯片的核心結構IV,用于直接篩選活性細菌和活性成份;集成順序見圖2A示意圖;
[0060]步驟三、形成具有土壤細菌原位培養、活性土壤菌篩選、次生代謝物2-維電泳分離和活性成份篩選等多功能單元的完整紙基微流控芯片V,見圖1所示;
[0061](3.1)、將不同地點垃圾場、廢棄工廠、污水池、醫院、沼澤地的土壤分別進行編號①、②、③、④、⑤號,做一定預處理,用經滅菌的0.2 μπι聚碳酸醋膜覆蓋包裹,滴加一定量培養基溶液使得土壤潮濕,形成聚碳酸酯膜封裝的土樣22,該過程在無菌一定濕度的環境下操作),作為樣本菌的來源;
[0062](3.2)、將聚碳酸酯膜封裝的土樣22放置在多功能紙基微流控芯片的核心結構IV上,使土樣22分別位于五個樣本細菌培養室17的上方,再用0.03 μ m聚碳酸酯膜23來包裹土樣22和多功能紙基微流控芯片的核心結構IV表面,以便隔絕空氣中雜菌侵入該芯片;
[0063]基于上述制備所得篩選土壤活性細菌和成份的多功能紙基微流控芯片的應用,用多功能紙基微流控芯片進行活性細菌篩選、次生代謝產物的2-維電泳分離以及活性成份的篩選,包括以下步驟:
[0064](I)、活性細菌篩選單元中模型細菌和樣本細菌的培養基供給,通過泵或紙基自動虹吸M9液體培養基沿直道的培養基供給通道12和彎道的培養基供給區13,來培養模型細菌和樣本細菌,其中樣本細菌應與聚碳酸酯膜封裝土樣22濕潤接觸,而維持了特有土壤微環境養份;
[0065](2)、樣本細菌的獲取,以及樣本細菌與模型細菌擴大培養,聚碳酸酯膜封裝土樣22與樣本細菌培養室17進行數小時(以細菌種類而定)濕潤接觸,土壤樣本細菌由0.2 μ m微孔(以細菌種類而定)進入樣本細菌培養室17。樣本細菌再進行十幾個小時(以細菌種類而定)的進一步擴大培養,獲取較大量的樣本細菌及其次生代謝產物。同時,模型細菌菌落也在其培養室14內生長,從而形成樣本細菌-模型細菌的對偶微室共同培養陣列單元,在該擴大培養的過程中,樣本菌落的次生代謝產物逐步擴散穿過兩個培養室14和17之間的親水區域24,進而與模型細菌菌落作用而擬制其呼吸或生長;
[0066](3)、陣列紙基微流控芯片生物毒性陽極電流檢測篩選土壤活性菌,通過機器人或人工陣列同時滴加100 μ I BQ于陣列模型細菌培養室14,導通陣列碳漿三電極16,以單電位階躍計時電流法,同時檢測陣列模型細菌菌落呼吸產生的電流大小,電流顯著較小的菌落應為所篩選的土壤活性細菌;
[0067](4)、土壤活性細菌的活性次生代謝產物進入第一維的IEF分離通道,實現IEF分離,將篩選出的土壤活性菌落位置的分布于紙基上次生代謝物產物剪切折疊,并置于第一維的IEF分離通道2中間位置,通過位于(+)極緩沖液池3和(-)極緩沖液池4背面的進樣紙條25分別插入盛有不同pH的緩沖液pH 3.0磷酸鹽26和pH 10.0磷酸鹽26的離心管27中,并在IEF電極5、IEF電極6加合適電壓,完成土壤活性細菌分泌的次生代謝物產物的第一維IEF分離;進樣紙條25與緩沖液26相連的示意如圖4所示;
[0068](5)、活性次生代謝產物的第二維分離,經第一維IEF分離后,把C1+,C2+,...,和Cw C2_,,等多組對應的進樣紙條25插入盛有緩沖液pH 3.0磷酸鹽26的離心管27中,在CZE電極8、CZE電極9加合適電壓,進行次生代謝物產物的第二維CZE分離;
[0069](6)、用紙基陣列生物傳感器原位篩選2-維電泳分離的活性成份,經第二維CZE分離后,使模型細菌紙基層II與包含碳漿電泳電極、2-維分離通道和模型細菌紙基層I緊密接觸,使紙基層II上的陣列模型細菌培養室15與紙基層I上對應的陣列CZE分離通道7完全吻合,通過機器人或人工陣列地滴加100 μ I BQ于陣列模型細菌培養室15,依次瞬間間隔導通陣列碳漿三電極16,仍以單電位階躍計時電流法,同時原位地檢測陣列模型細菌菌落呼吸產生的電流大小,電流顯著較小的菌落應為所篩選的活性成份。
【主權項】
1.篩選土壤活性細菌和成份的紙基微流控芯片制備,包括如下步驟: 步驟一、設計多功能紙基微流控芯片 (1.1)、設計第一維的等電聚焦電泳IEF分離通道(2),該通道與左側緩沖液池(3)和右側緩沖液池(4)相連,在該通道左側緩沖液池(3)的紙基背面設計進樣紙條(25)并與緩沖液(26)相連,再在該通道右側緩沖液池(4)的紙基背面設計進樣紙條(25)并與緩沖液(26)相連,并在該通道的左側設計碳漿(+)電極(5)和右側設計碳漿(_)電極(6); (1.2)、設計紙基陣列活性細菌篩選功能單元(I),該陣列功能單元緊鄰IEF分離通道(2)上方,并沿該通道緊密地陣列分布; (1.3)、設計第二維的豎直、平行且間隔、陣列的毛細管區帶電泳CZE分離通道(7),該陣列通道位于第一維IEF分離通道(2)的下方,而且垂直并連接IEF分離通道(2)的不同位置,平行陣列CZE分離通道(7)的上