一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法

文档序号:66011 发布日期:2021-10-01 浏览:13次 >En<

阅读说明:本技术 一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法 (Microfluidic method for screening pathogenic microorganisms in medical sample ) 是由 朱应竹 谢正顺 于 2021-06-25 设计创作,主要内容包括:本申请属于微生物检测技术领域,提供了一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,包括:样本处理:对医学样本进行体细胞裂解处理,病原微生物染色处理与聚集物清除处理,得到检测样本;流动控制:使用微流泵驱动检测样本通过微流控系统;图像摄取:使用高速摄相系统获取检测样本通过微流控系统的图像;分析确认:实时分析图像中是否存在病原微生物的影像,以确定医学样本是否存在病原微生物。本申请通过使医学样本经处理后流过微流控系统,使用高速摄相系统摄取微流控系统中检测样本的图像,实时分析图像中是否存在病原微生物的影像,如果存在,则确定医学样本中存在病原微生物。与一些传统的检测方法相比,本申请速度更快,准确性更高。(The application belongs to the technical field of microorganism detection, and provides a micro-fluidic method for screening pathogenic microorganisms in a medical sample, which comprises the following steps: sample treatment: performing somatic cell lysis treatment, pathogenic microorganism staining treatment and aggregate removal treatment on the medical sample to obtain a detection sample; and (3) flow control: driving a test sample through a microfluidic system using a microfluidic pump; image pickup: acquiring an image of a detection sample passing through a microfluidic system by using a high-speed camera system; and (3) analysis and confirmation: and analyzing whether the image of the pathogenic microorganism exists in the image in real time to determine whether the pathogenic microorganism exists in the medical sample. According to the method, the medical sample is processed and then flows through the microfluidic system, the high-speed camera system is used for shooting the image of the detection sample in the microfluidic system, whether the image of pathogenic microorganisms exists in the image is analyzed in real time, and if the image of pathogenic microorganisms exists, the pathogenic microorganisms exist in the medical sample. Compared with some traditional detection methods, the method is higher in speed and accuracy.)

一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法

技术领域

本发明涉及微生物检测

技术领域

,具体是指一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法。

背景技术

血流感染是一类比较严重的感染,是造成重症加强护理病房(ICU)病人死亡的重要原因。血流感染可由真菌、细菌和病毒等病原体(即病原微生物)引起。真菌引起的血流感染称为侵袭性真菌病。细菌引起的血流感染按其严重程度分为菌血症、败血症、脓血症和毒血症。健康人体表定植有多种微生物,这些微生物在宿主免疫功能正常时,会受到宿主免疫系统的充分抑制,不对宿主的健康产生影响。当宿主罹患疾病或者服用某些药物时,免疫功能受到影响,一些条件致病性病原微生物就会侵入人体,导致炎症反应和组织损伤。

直接检测血液样本中病原微生物感染的方法有涂片镜检、血培养、G试验和GM试验等方法。涂片镜检对样本中的病原微生物的数量有较高的要求。当样本中病原微生物的数量比较少时,容易漏检。血液感染中血液中病原微生物的数量是相当少的,故血液涂片镜检在临床上应用较少。另外,对于镜检这类依靠人工的方法,操作人员的主观判断的差异也会增加检测结果的不准确度。血培养是诊断血流感染的金标准,是临床上的常规检测项目。其阳性培养物可以为下一步做病原微生物的种类鉴定和耐药性检测提供样本。然而,血培养也存在一些问题限制了其使用。该方法需要的样本的体积较大,需在患者身体的至少两个部位采血,每个部位需要采两瓶血,分别用于需氧病原微生物的培养和厌氧病原微生物的培养。在实际操作中,患者皮肤表面可能定植一些微生物,这些微生物可能污染培养的样本,引发假阳性,从而误导临床医生的治疗决策。另外,因为各种主观和客观原因,包括操作不当,取样体积过少,样本放置时间过久等,实际统计到的血培养的阳性率比较低。这些因素会降低血培养的阴性预测值和阳性预测值,造成检测不准确。G试验和GM试验是用血清法检测真菌感染的方法,近年来应用比较广泛。但是有研究表明,G试验和GM的敏感度分别为74%和65%,特异度分别为85%和86%,不能满足临床检测真菌感染的要求。由此可知,当前检测血流感染中的病原微生物,检测时间长,准确度较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服以上技术问题,提供一种操作方便、检测准确的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法。

为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案为:一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,包括如下步骤:

样本处理:对医学样本进行体细胞裂解处理,再进行病原微生物染色处理与聚集物清除处理,以得到处理后的检测样本;

流动控制:使用微流泵驱动所述检测样本通过微流控系统;

图像摄取:使用高速摄相系统获取所述检测样本通过所述微流控系统的图像;

分析确认:实时分析所述图像中是否存在病原微生物的影像,以确定所述医学样本是否存在病原微生物。

作为改进,所述医学样本为生殖道分泌物、血液、脑脊液、关节液、胸水、腹水、吸呼道分泌物、口腔拭子、鼻咽拭子、上消化道分泌物、粪便或尿液。

作为改进,所述病原微生物包括真菌、细菌、寄生虫中的一种或几种。

作为改进,所述体细胞裂解处理包括向所述医学样本中加入缓冲液,所述缓冲液添加有可使所述体细胞裂解而不破坏所述病原微生物细胞结构的表面活性剂。

作为改进,所述表面活性剂包括TritonX系列表面活性剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、硫酸化蓖麻油、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠中的一种或几种。

作为改进,所述病原微生物染色处理包括采用染色剂对所述体细胞裂解处理后的所述医学样本中的所述病原微生物染色。

作为改进,所述染色剂包括有机荧光染料、量子点标记或荧光基团标记的抗体蛋白,以及量子点标记或荧光基团标记的非抗体蛋白中的一种或几种。

作为改进,所述聚集物清除处理包括使用细胞筛网或蝶式高分子过滤器,将所述体细胞裂解处理过程中产生的聚集物去除。

作为改进,所述高速摄相系统包括用于发出荧光照射所述微流控系统的所述检测样本的荧光显微成像装置和用于摄取所述荧光显微成像装置显示的图像的高速摄像机。

作为改进,所述微流控系统包括微流控芯片,所述微流控芯片中具有供所述检测样本通过的流道,所述微流控芯片上设有观察窗。

本发明具有如下优点:与现有技术相比,本申请通过使医学样本经处理后的检测样本流过微流控系统,使用高速摄相系统摄取微流控系统中检测样本的图像,实时分析图像中是否存在病原微生物的影像,如果存在,则确定医学样本中存在病原微生物,可以在2-10分钟内检测出医学样本中是否存在病原微生物,效率高,准确性高。

附图说明

图1是本发明一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法的流程图;

图2为本发明实施例提供的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法的结构示意图;

图3为本发明实施例提供的微流控芯片的剖视结构示意图;

图4为图3中基片的结构示意图;

图5为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测白色念珠菌的浓度反应曲线图;

图6为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测酵母菌的浓度反应曲线图;

图7为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测黑曲霉菌的浓度反应曲线图;

图8为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测大肠杆菌的浓度反应曲线图;

图9为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测加德纳菌的浓度反应曲线图;

图10为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测金黄色葡萄球菌的浓度反应曲线图;

图11为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测血液真菌感染时真菌细胞计数对识别真菌感染的ROC曲线图;

图12为使用本发明的一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测血液细菌感染时细菌细胞计数对识别细菌感染的ROC曲线图。

如图所示:

100-医学样本中筛检病原微生物的微流控装置;

11-样本池;12-微流泵;13-过滤器;14-微流控系统;140-微流控芯片;1401-流道;1402- 观察窗;141-基片;1411-主沟道;1412-观察沟道;142-透明覆片;15-导管;16-废液池;

21-高速摄相系统;211-荧光显微成像装置;212-高速摄像机;22-实时分析装置。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。

在本申请的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上,除非另有明确具体的限定。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”、“一些实施例”或“实施例”意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。此外,在一个或多个实施例中,可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。

请参阅图1及图2,现对本申请提供的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法进行说明。所述医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,包括如下步骤。

样本处理S1:对医学样本进行体细胞裂解处理S11,再进行病原微生物染色处理S12与聚集物清除处理S13,以得到处理后的检测样本。

通过上述样本处理S1步骤,将医学样本进行体细胞裂解处理S11,以使医学样本中的体细胞裂解,以便使体细胞中的的病原微生物露出,以避免体细胞影响病原微生物的检测。进行病原微生物染色处理S12,从而对病原微生物进行染色,以方便检测。而进行聚集物清除处理S13,可以去除医学样本中的杂质以及得到检测样本中的较大杂质,以便得到的检测样本流动性好,并且可以避免聚集物影响检测。

流动控制S2:使用微流泵12驱动检测样本通过微流控系统14。

通过上述流动控制S2步骤,可以使检测样本均匀流过微流控系统14,以便识别检测样本中病原微生物数量。

图像摄取S3:使用高速摄相系统21获取检测样本通过微流控系统14的图像。

由于通过微流控系统14的检测样本中病原微生物已经被染色处理,检测样本流过微流控系统14时,通过上述图像摄取S3步骤,可以快速摄取图像,若检测样本中存在病原微生物,会被高速摄相系统21摄取,并反应在图像中。

分析确认S4:实时分析图像中是否存在病原微生物的影像,以确定医学样本是否存在病原微生物。

在高速摄相系统21摄取检测样本通过微流控系统14的图像后,由于检测样本中存在病原微生物,会被高速摄相系统21摄取,并反应在图像中,通过上述分析确认S4步骤,可以确认检测样本中是否存在病原微生物。若检测样本中存在病原微生物,则可以确定医学样本中存在病原微生物;若检测样本中不存在病原微生物,则可以确认医学样本中不存在病原微生物。

通过上述方法检测医学样本中是否存在病原微生物,检测准确,检测时间短,效率高。

本申请提供的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,与现有技术相比,本申请通过使医学样本经处理后的检测样本流过微流控系统14,使用高速摄相系统21摄取微流控系统 14中检测样本的图像,实时分析图像中是否存在病原微生物的影像,如果存在,则确定医学样本中存在病原微生物,可以在2-10分钟内检测出医学样本中是否存在病原微生物,效率高,准确性高。

在一个实施例中,医学样本包括但不限于:生殖道分泌物、血液、脑脊液、关节液、胸水、腹水、吸呼道分泌物、口腔拭子、鼻咽拭子、上消化道分泌物、粪便和尿液。具体医学样本可以为生殖道分泌物、血液、脑脊液、关节液、胸水、腹水、吸呼道分泌物、口腔拭子、鼻咽拭子、上消化道分泌物、粪便和尿液等样本中的一种。

在一个实施例中,病原微生物包括但不限于:真菌、细菌、滴虫以及其它寄生虫的一种或几种。也就是说,检测样本中可以包含一种病原微生物,也可以包含多种病原微生物,均可以被检测出。

在一个实施例中,体细胞裂解处理S11包括向医学样本中加入缓冲液,以便对医学样本进行处理,并且可以增加医学样本的流动性。缓冲液可以添加表面活性剂,以使该缓冲液形成裂解液。添加的表面活性剂可以是较为温度的表面活性剂,主要影响细胞通透性,具体是可以使体细胞裂解,但而会不破坏病原微生物细胞结构,这样方便检测病原微生物。

在上述实施例中,表面活性剂包括但不限于:TritonX系列表面活性剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、硫酸化蓖麻油、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠中的一种或几种。也就是说,使用TritonX系列表面活性剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、硫酸化蓖麻油、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠等中的一种作为表面活性剂。也可以使用TritonX系列表面活性剂、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、甘胆酸钠、硫酸化蓖麻油、十二烷基硫酸钠、月桂醇硫酸钠等中的几种混合作为表面活性剂。

在一个实施例中,病原微生物染色处理S12包括采用染色剂对体细胞裂解处理后的医学样本中的病原微生物染色。在病原微生物染色处理S12步骤中,可以向体细胞裂解处理S11 后的医学样本中加入染色剂,以对病原微生物进行染色标记,以方便检测,提高检测的准确性。

在一个实施例中,染色剂包括但不限于:有机荧光染料、量子点标记或荧光基团标记的抗体蛋白、量子点标记或荧光基团标记的非抗体蛋白中的一种或几种。也就是说,可以使用有机荧光染料、量子点标记或荧光基团标记的抗体蛋白、量子点标记或荧光基团标记的非抗体蛋白等中的一种作为染色剂;也可以使用有机荧光染料、量子点标记或荧光基团标记的抗体蛋白、量子点标记或荧光基团标记的非抗体蛋白等中的几种混合作为染色剂。

在一个实施例中,聚集物清除处理S13包括使用过滤器13,将体细胞裂解处理S11过程中产生的聚集物去除。通过过滤器13过滤体细胞裂解处理S11过程中产生的聚集物,可以增加得到检测样本的流动性,降低聚集物对检测结果的影响,还可以避免堵塞微流控系统14;另外,使用过滤器13过滤,操作方便。

在一个实施例中,过滤器13为细胞筛网或蝶式高分子过滤器。也就是说,可以使用细胞筛网或蝶式高分子过滤器来过滤去除体细胞裂解处理S11过程中产生的聚集物。当然,一些实施例中,也可以使用其他可以过滤体细胞裂解过程中产生的聚集物的过滤件。

在一个实施例中,高速摄相系统21包括荧光显微成像装置211和高速摄像机212。荧光显微成像装置211用于发出荧光照射微流控系统14的检测样本。高速摄像机212用于摄取荧光显微成像装置211显示的图像。通过荧光显微成像装置211产生荧光,以照射微流控系统 14的检测样本。由于检测样本经过染色处理,检测样本中的病原微生物被标记,使用荧光照射,病原微生物会产生荧光,再被荧光显微成像装置211放大,以方便高速摄像机212摄取,从而方便对图像进行分析。本实施例中,高速摄像机212的帧率范围为100-10000fps。

在一个实施例中,荧光显微成像装置211可以为荧光显微镜。当然,荧光显微成像装置 211也可以使用显微镜与能发出荧光的激光器组合成的装置。

在一个实施例中,请参阅图2至图4,微流控系统14包括微流控芯片140,微流控芯片 140中具有流道1401,以便检测样本可以流过该流道1401。微流控芯片140上设有观察窗1402,以便观察流道1401中流通的检测样本,便于高速摄相系统21摄取流通的检测样本的图像。

在一个实施例中,微流泵12为蠕动泵或齿轮泵。当然,微流泵12也可以使用其他泵件,以驱动检测样本经过微流控系统14。

在一个实施例中,微流控芯片140包括基片141和透明覆片142。基片141上表面设有观察沟道1412,并且观察沟道1412的两端分别设有主沟道1411,主沟道1411位于基片141上表面。透明覆片142盖于基片141上,这样观察沟道1412和主沟道1411配合构成流道1401,观察沟道1412构成观察窗1402,检测样本从流道1401中流过时,会经过观察沟道1412,以被高速摄相系统21摄取通过的图像。在一个实施例中,基片141可以为玻璃片,也可以为其他透明片。

在一个实施例中,观察沟道1412的深度小于主沟道1411的深度,这样在检测样本经过观察沟道1412时,液流更薄,以方便摄像检测病原微生物的影像。

在一个实施例中,观察沟道1412的宽度小于主沟道1411的宽度,以便检测样本可以更好的平铺填充流过观察沟道1412,便于摄像检测病原微生物的影像。

在一个实施例中,基片141的长度范围为50-80mm,以保证其上制作的流道1401有足够的长度,并且方便操作。优选地,基片141的长度为60mm,以方便操作。

在一个实施例中,基片141的宽度范围为10-50mm,以方便在其上制作主沟道1411和观察沟道1412,并且便于移动操作基片141。优选地,基片141的宽度为30mm,以方便操作。

在一个实施例中,基片141的厚度范围为1-5mm,以保证基片141较大的结构强度,便于在其上制作主沟道1411和观察沟道1412。并且避免基片141过厚,而影响检测准确性。优选地,基片141的厚度为1.5mm,以方便透光,并且保证基片141强度,方便操作。

在一个实施例中,主沟道1411的深度范围为0.2-0.5mm,以便检测样本可以顺利流过,并且可以便于分散检测样本。优选地,主沟道1411的深度为0.25mm,以便检测样本分散且顺利流过。

在一个实施例中,主沟道1411的宽度范围为0.8-1.2mm,以便检测样本可以顺利流过,并且可以便于分散检测样本。优选地,主沟道1411的宽度为1.0mm,以便检测样本分散且顺利流过。

在一个实施例中,观察沟道1412的宽度范围为0.3-0.5mm,以便检测样本在流过观察沟道1412时,厚度分别均匀。优选地,观察沟道1412的宽度为0.4mm,以便检测样本均匀通过观察沟道1412。

在一个实施例中,观察沟道1412的深度范围为0.03-0.1mm,以便检测样本在流过观察沟道1412时,厚度分别均匀。优选地,观察沟道1412的深度为0.05mm,以便检测样本均匀通过观察沟道1412。

在一个实施例中,观察沟道1412的长度范围为1-2mm,以便观察沟道1412具有足够的长度,以便观察检测。优选地,观察沟道1412的长度为1.5mm,以便观察检测。

在一个实施例中,透明覆片142密封安装在基片141上,以便检测样本可以在压力作用下通过流道1401,避免检测样本渗出。

在一个实施例中,透明覆片142的厚度范围为0.1-0.3mm,以便通过透明覆片142观察摄像观察沟道1412处检测样本流过的图像,减小透明覆片142的反光影响。优选地,透明覆片142的厚度为0.17mm。

在一个实施例中,检测样本流过微流控系统14的流速范围为0.0028-10ml/min,以便摄取检测样本流过微流控系统14的图像。

请参阅图1和图2,本申请实施例还公开了一种医学样本中筛检病原微生物的微流控装置100。该医学样本中筛检病原微生物的微流控装置100可以实施上述任一实施例的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法。而上述实施例的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法也可以采用本实施例的医学样本中筛检病原微生物的微流控装置100来实现。

本实施例的医学样本中筛检病原微生物的微流控装置100包括:样本池11、过滤器13、微流控系统14、微流泵12、高速摄相系统21和实时分析装置22。其中,样本池11被配置为存储医学样本,以对医学样本进行体细胞裂解处理S11和病原微生物染色处理S12。也就是说,可以在样本池11中对医学样本进行体细胞裂解处理S11和病原微生物染色处理S12。过滤器13被配置为过滤体细胞裂解处理过程中产生的聚集物,以得到检测样本。也就是说,可以通过过滤器13来实施聚集物清除处理S13步骤,以得到检测样本。微流控系统14被配置为供检测样本通过,以使检测样本平铺,便于摄取检测样本流过微流控系统14的图像。微流泵12被配置为驱动检测样本通过微流控系统14,以通过微流泵12通过动力,以使检测样本通过微流控系统14。高速摄相系统21被配置为摄取检测样本通过微流控系统14的图像。实时分析装置22被配置为实时分析图像中是否存在病原微生物的影像,以确定医学样本是否存在病原微生物。若检测样本中存在病原微生物,则可以确定医学样本中存在病原微生物;若检测样本中不存在病原微生物,则可以确认医学样本中不存在病原微生物。

在一个实施例中,实时分析装置22为计算机、服务器或工控机等,以通过计算机、服务器或工控机等来实时处理图像,以确定检测样本中是否存在病原微生物,进而判断医学样本中是否存在病原微生物。

在一个实施例中,该医学样本中筛检病原微生物的微流控装置100还包括废液池16,废液池16被配置为收集微流控系统14流出的液体,以防检测样本污染环境。

在一个实施例中,该医学样本中筛检病原微生物的微流控装置100还包括导管15,样本池11、过滤器13、微流泵12、微流控系统14及废液池16间使用导管15连通,以便检测样本流通。

请参阅图5,图5示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测白色念珠菌的浓度反应曲线。图中横坐标cells/ml指细胞/毫升,即每毫升医学样本中体细胞数;图中纵坐标counts/ml指计数/毫升,即每毫升医学样本中病原微生物数量,由图可知,检测的白色念珠菌的线性范围为9-8000counts/ml。

请参阅图6,图6示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测酵母菌的浓度反应曲线。图中横坐标cells/ml指细胞/毫升,即每毫升医学样本中体细胞数;图中纵坐标counts/ml指计数/毫升,即每毫升医学样本中病原微生物数量,由图可知,检测的酵母菌的线性范围为10-9000counts/ml。

请参阅图7,图7示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测黑曲霉菌的浓度反应曲线。图中横坐标cells/ml指细胞/毫升,即每毫升医学样本中体细胞数;图中纵坐标counts/ml指计数/毫升,即每毫升医学样本中病原微生物数量,由图可知,检测的黑曲霉菌的线性范围为10-8000counts/ml。

由图5至图7可知,本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测检测真菌的线性范围至少为10-8000counts/ml,检测真菌的线性范围较广。

请参阅图8,图8示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测大肠杆菌的浓度反应曲线。图中横坐标cells/ml指细胞/毫升,即每毫升医学样本中体细胞数;图中纵坐标counts/ml指计数/毫升,即每毫升医学样本中病原微生物数量,由图可知,检测的大肠杆菌的线性范围为10-15000counts/ml。

请参阅图9,图9示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测加德纳菌的浓度反应曲线。图中横坐标cells/ml指细胞/毫升,即每毫升医学样本中体细胞数;图中纵坐标counts/ml指计数/毫升,即每毫升医学样本中病原微生物数量,由图可知,检测的加德纳菌的线性范围为10-15000counts/ml。

请参阅图10,图10示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测金黄色葡萄球菌的浓度反应曲线。图中横坐标cells/ml指细胞/毫升,即每毫升医学样本中体细胞数;图中纵坐标counts/ml指计数/毫升,即每毫升医学样本中病原微生物数量,由图可知,检测的金黄色葡萄球菌的线性范围为10-15000counts/ml。

由图8至图10可知,本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测检测细菌的线性范围至少为10-10000counts/ml,检测细菌的线性范围较广。

请参阅图11,图11示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测血液真菌感染时,真菌细胞计数对识别真菌感染的ROC曲线。图中横坐标为特异度;图中纵坐标为灵敏度,由图可知,检测血液真菌感染的灵敏度达到85.00%,特异度达到72.67%,ROC 曲线的AUC为0.8738。ROC曲线全称为受试者工作特征曲线(receiveroperating characteristic curve),它是根据一系列不同的二分类方式(分界值或决定阈),以真阳性率(敏感性)为纵坐标,假阳性率(1-特异性)为横坐标绘制的曲线。AUC(AreaUnder Curve)被定义为ROC 曲线下与坐标轴围成的面积。

请参阅图12,图12示出了使用本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法检测血液细菌感染时,细菌细胞计数对识别真菌感染的ROC曲线。图中横坐标为特异度;图中纵坐标为灵敏度,由图可知,检测血液细菌感染的灵敏度达到80.00%,特异度达到91.67%,ROC 曲线的AUC为0.8450。ROC曲线全称为受试者工作特征曲线(receiveroperating characteristic curve),它是根据一系列不同的二分类方式(分界值或决定阈),以真阳性率(敏感性)为纵坐标,假阳性率(1-特异性)为横坐标绘制的曲线。AUC(AreaUnder Curve)被定义为ROC 曲线下与坐标轴围成的面积。

本实施例的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,可以在2-10分钟内检测出医学样本(包括生殖道分泌物、血液、脑脊液、关节液、胸水、腹水、吸呼道分泌物、口腔拭子、鼻咽拭子、上消化道分泌物、粪便以及尿液等)中的真菌、细菌、滴虫以及其它寄生虫等。检测速度与报告结果时间显著快于血培养法。检测的灵敏度可以达到10个细胞/ml。并且可以较好的重现性、定量地检测目标病原微生物。检测真菌和细菌的线性范围较广。检测血液真菌感染和细菌感染的灵敏度更好。

请参阅图1和图2,本申请医学样本中筛检病原微生物的微流控方法一个具体实施过程如下:将医学样本和裂解液(含有染色剂)加入到样本池11中。染色剂中的荧光染料会对病原微生物细胞实时染色,使病原微生物细胞在特定波长的光照下发出荧光。裂解过程中会产生细胞碎片和其它的体积较大的聚集物,需通过过滤器13,将这些杂质和聚集物去除掉,以免堵塞微流控芯片140的流道1401。将处理得到的检测样本通过导管15进入微流控芯片140,并在观察窗1402的位置被高速摄相系统21捕捉并呈现。使用微流泵12作为动力来源,检测样本最终会流入废液池16中。使用装有高速摄相机和荧光显微成像装置211来捕获通过微流控芯片140的检测样本的图像,这些图像会存储在实时分析装置22的内存里。使用神经网络算法来识别样本中的病原微生物。分析得到结果,得到在单位体积内细菌和真菌或者其它病原微生物的数量。

请参阅图1至图4,以下为本申请的医学样本中筛检病原微生物的微流控方法实施的具体实例:

实例1:

使用一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,用于血液中真菌的检测。

(一)准备实验组分及实验用具

1、微流控芯片140,其结构为:在一片30mm*60mm*1.5mm的基片141上(材质为玻璃)上表面蚀刻一条宽1.00mm深0.25mm的主沟道1411,其正中间有一条宽0.40mm深 0.05mm长1.50mm的狭窄的通道作为观察窗1402,用0.17mm厚的透明覆片142密封,两端各开一个出入孔。

2、真菌荧光染色液:由钙荧光白、伊文斯兰、氢氧化钾和纯化水组成。

3、微流泵12:流速0.0028-105ml/min,导管15材制质为聚对苯二甲酸四次甲基酯(以下简称BPT)。

4、荧光显微镜211(光源为波长为470nm的激光光源,可调节输出功率为1-150mW)。

5、高速摄像机212(帧率:1000fps,像素:200万,感光芯片类型:黑白CCD)。

6、计算机22。

7、过滤器13:蝶式高分子过滤器,外径40mm,孔径40μm。

8、样本池11:体积为4ml。

9、导管15:内径0.3mm,外径0.6mm。

10、废液池16。

(二)实验操作步骤如下:

1、将500μl血液样本和50μl真菌荧光染色液加入到样本池11中,真菌染色液中的氢氧化钾可以直接将样本中的体细胞裂解。

2、将血液样本通过过滤器13,得到检测样本,以免检测样本中的凝块或其他体积较大的杂质堵住微流控芯片140的流道1401。

3、将检测样本通过微流控芯片140,将荧光显微镜对准微流控芯片140的观察窗1402。

4、将微流泵12的流速调为10μl/s,同时使用高速摄像机212来捕获观察窗1402的图像。

5、将得到的图像做人工智能图像分析,得到在单位体积内真菌的数量。

实例2:

使用一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,用于血液中细菌的检测。

(一)准备实验组分及实验用具

1、微流控芯片140,其结构为:在一片30mm*60mm*1.5mm的基片141上(材质为玻璃)上表面蚀刻一条宽1.00mm深0.25mm的主沟道1411,其正中间有一条宽0.40mm深 0.01mm长1.50mm的狭窄的通道作为观察窗1402,用0.17mm厚的透明覆片142密封,两端各开一个出入孔。

2、细菌荧光染色液:由吖啶橙、碘化丙啶、TritonX100和磷酸缓冲盐溶液(PBS)组成。

3、微流泵12:流速0.0028-105ml/min,导管15材制质为BPT。

4、荧光显微镜211(光源为波长为470nm的激光光源,可调节输出功率为1-150mW)。

5、高速摄像机212(帧率:1000fps,像素:200万,感光芯片类型:黑白CCD芯片)。

6、计算机22。

7、过滤器13:蝶式高分子过滤器,外径40mm,孔径10μm。

8、样本池11:体积为4ml。

9、导管15:内径0.3mm,外径0.6mm。

10、废液池16。

(二)实验操作步骤如下:

1、将500μl血液样本和50μl细菌荧光染色液加入到样本池11中。

2、将血液样本通过过滤器13,得到检测样本,以免检测样本中的凝块或其他体积较大的杂质堵住微流控芯片140的流道1401。

3、将检测样本通过微流控芯片140,将荧光显微镜对准微流控芯片140的观察窗1402。

4、将微流泵12的流速调为10μl/s,同时使用高速摄像机212来捕获观察窗1402的图像。

5、将得到的图像做实时图像识别分析,得到在单位体积内细菌的数量。

实例3:

使用一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,用于生殖道分泌物中的病原微生物的分析。

(一)准备实验组分及实验用具

1、微流控芯片140,其结构为:在一片30mm*60mm*1.5mm的基片141上(材质为玻璃)上表面蚀刻一条宽1.00mm深0.25mm的主沟道1411,其正中间有一条宽0.40mm深0.1mm 长1.50mm的狭窄的通道作为观察窗1402,用0.17mm厚的透明覆片142密封,两端各开一个一个出入孔。

2、免疫荧光染色液:由吖啶橙、DIPI、TritonX100和磷酸缓冲盐溶液(PBS)组成。

3、微流泵12:流速0.0028-105ml/min,导管15材制质为BPT。

4、荧光显微镜211(光源为:波长为470nm的LED光源,功率为6W)。

5、高速摄像机212(帧率:100fps,像素:200万,感光芯片类型:彩色CCD芯片)。

6、计算机22。

7、过滤器13:蝶式高分子过滤器,外径40mm,孔径100μm。

8、样本池11:体积为4ml。

9、导管15:内径0.3mm,外径0.6mm。

10、废液池16。

(二)实验操作步骤如下:

1、将50μl医学样本和10μl免疫显色试剂加入到样本池11中。

2、将医学样本通过过滤器13,得到检测样本,以免检测样本中的凝块或其他体积较大的杂质堵住微流控芯片140的流道1401。

3、将检测样本通过微流控芯片140,将荧光显微镜对准微流控芯片140的观察窗1402。

4、将微流泵12的流速调为1μl/s,同时使用高速摄像机212来捕获观察窗1402的图像。

5、分析相机捕获的图像,得到在单位体积内鳞状上皮细胞、移行上皮细胞、白细胞、线索细胞、假线索细胞、真菌孢子、真菌菌丝、阴道毛滴虫、球状细菌以及杆状细菌的数量。

实例4:

使用一种医学样本中筛检病原微生物的微流控方法,用于痰液抗酸染色的中的病原微生物的检测。

(一)准备实验组分及实验用具

1、微流控芯片140,其结构为:在一片30mm*60mm*1.5mm的基片141上(材质为玻璃)上表面蚀刻一条宽1.00mm深0.25mm的主沟道1411,其正中间有一条宽0.40mm深0.1mm 长1.50mm的狭窄的通道作为观察窗1402,用0.17mm厚的透明覆片142密封,两端各开一个出入孔。

2、抗酸荧光染色液:由金胺O,罗丹明B,石炭酸,表面活性剂,纯水组成。

3、微流泵12:流速0.0028-105ml/min,导管15材制质为BPT。

4、荧光显微镜211(光源为波长为470nm的激光光源,可调节输出功率为1-150mW)。

5、高速摄像机212(帧率:1000fps,像素:200万,感光芯片类型:彩色CCD芯片)。

6、计算机22。

7、过滤器13:蝶式高分子过滤器,外径40mm,孔径10μm。

8、样本池11:体积为4ml。

9、导管15:内径0.3mm,外径0.6mm。

10、废液池16。

(二)实验操作步骤如下:

1、将100μl痰液样本加入洁净的样本池11中,用滴管加入500μl抗酸荧光染色液,混匀,室温放置10分钟。

2、将痰液样本通过孔径为40μm的筛网,得到检测样本,以免检测样本中的凝块或其他体积较大的杂质堵住微流控芯片140的流道1401。

4、将检测样本通过微流控芯片140,将荧光显微镜对准微流控芯片140的观察窗1402。

5、将微流泵12的流速调为10μl/s,同时使用高速摄像机212来捕获观察窗1402的图像。

6、将得到图像做人工智能图象识别分析,得到在单位体积内抗酸染色阳性微生物的形态和数量。

以上所述仅为本申请的可选实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。

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