[发明专利]一种基于微流控趋化芯片的水体富营养化指示方法

说明书

本发明提供一种微流控趋化芯片，该芯片有三个单元构成，营养水体梯度形成单元、细胞进样单元和趋化效应观测室；其中，营养水体梯度形成单元，能够形成营养水体线源或点源梯度的一种；细胞进样单元依据梯度形成方式，设在相应位置。本发明还提供一种基于微流控趋化芯片的水体富营养化指示方法，具有如下有益效果：微流控趋化芯片可以精确模拟营养水体线源和点源梯度，为微藻和细菌对营养物质的趋化提供友好性测试平台；从生物现象本身，而非理化环境的探知，来进行水体富营养化程度的评价，更为方便、直观，从而为现有基于理化环境探知的富营养化评价方法提供补充。

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术与水生生态环境评价领域，尤其涉及一种基于微流控趋化芯片的水体富营养化指示方法。

背景技术

各种迹象表明，人类活动正在干扰或改变地球上碳、氮、硫、磷等生源要素的生物地球化学循环，导致一系列严重的生态效应和环境恶化。其中水体富营养化已成为困扰世界各国的主要环境问题之一。许多研究者对富营养化评价进行了研究，并提出了多种富营养化评价模型。其中，海水中氮、磷等营养盐浓度仍是目前海水富营养化最重要的监测和评价指标，对于有害藻华的预警最成功的方法仍在于对可能发生藻华的理化环境的探知，而非对藻华本身的表征。但由于营养盐、COD等参数的测定需要较大型仪器设备且存在分析周期长、工作量大等特点。之后，再带入富营养化评价模型，进行风险估算。从时间、工作量和分析成本上，均不利于水体富营养化的快速监测与评价，更无法及时预警。

趋化是海洋微藻和细菌的主要能动行为，是指细菌和微藻对多种化学物质的浓度梯度所产生的趋向或离避反应。自然海域内理化条件复杂且不均匀，营养物质积累发生时相对浓度仍然很低，扩散距离有限(仅有数厘米)，持续时间很短(10-15min)，为了生存需要，浮游微藻和细菌必须具有极强的识别能力和迅速的移动能力，以便最大限度地暴露于有限的营养资源内。鉴于海洋微藻和细菌对复杂海域环境中的营养物质的仍具有极强的识别能力，趋化感应敏感、迅速。因此，通过检测细菌和微藻趋化行为的发生与否、趋化速度的快慢可以有效表征海水的营养情况，为海域富营养化和赤潮的预估提供科学依据。

对于营养物质的趋化分析，其要点在于水体原位环境精确模拟，稳定、重现性好的营养物质线源和点源梯度形成和微藻趋化行为的实时在线观测的集成。同时，考虑到基于快速检测和应急、预警监测的测试需求，所构建测试系统必须兼具高通量、集成化、价格低廉和适应现场等特征。这些就目前的常规方法而言难以实现。微流控芯片技术的出现为解决上述问题提供了新的契机。微流体的精确控制是微流控芯片的显著特征，化学梯度的精确构建是基于微流体灵活控制是微流控芯片重大优势所在。近年来，研究者已经开发出大能够生成自由流动、形状任意且梯度稳定的梯度生成芯片用来模拟自然环境中化学梯度的时空生成和消散过程。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于微流控趋化芯片的水体富营养化指示方法，具体是利用微流控芯片技术，为微藻和细菌对营养物质的趋化提供友好性测试平台，以精确指示水体营养程度，从生物现象本身，而非理化环境的探知，来进行水体富营养化程度的评价。从而为现有基于理化环境探知的富营养化评价方法提供补充，同时为水体营养情况的快速检测、赤潮、水华预警等方面提供一种快速、便捷、适于现场的方法。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：

一种微流控趋化芯片，其特征在于：该芯片有三个单元构成，营养水体梯度形成单元、细胞进样单元和趋化效应观测室；其中，营养水体梯度形成单元，可以形成营养水体线源或点源梯度的一种；细胞进样单元依据梯度形成方式，设在相应位置。

作为优选，所述营养水体线源梯度形成单元，是由上游三叉“Ψ”型通道构成，两侧通道与细胞进样口连接构成细胞进样单元，中间通道为营养水体进入通道；三通道流体并流在中轴线形成营养水体线源，流入下游趋化效应观测室，最后连接到废液池。