致病性大肠杆菌是导致食源性疾病的主要病原菌之一,在自然界中广泛存在,其中,以大肠杆菌O157:H7(Escherichia coli,E.coli O157:H7)为例,它在适合的环境中能够迅速繁殖,引起环境污染,并随着水,食物,空气等介质传播感染环境中的其余生物,给临床医学和畜牧业带来严重危机,引发多种疾病甚至死亡,造成经济的巨大损失。E.coli O157:H7还很容易通过水,空气,食物等进入人体,释放一种强烈的毒素,威胁人类健康,导致出血性腹泻、发烧、腹绞痛及呕吐。情况严重时,还会导致肾病的发生,若治疗不当可能会危及生命。食源性疾病的防控已在世界范围内引起关注,在工业环境、临床和医学诊断、水和环境质量控制以及在资源有限的环境中快速检测致病菌对于减少食品和水传播疾病的爆发至关重要。当前,致病微生物常用的检测手段包括传统培养法、分析免疫学方法和分子生物学检测,如酶联免疫吸附法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA),聚合酶链式反应(Polymerase chain reaction,PCR)等。然而,这些方法也有自身的局限性,如检测耗时长,灵敏度低,容易出现假阳性或者假阴性结果,有的则需要大型仪器设备,昂贵的试剂和训练有素的操作员,其应用范围受到限制。此外,在临床生物学检测中常采用传统培养法,分析时间需要至少2-3天,对于生长缓慢的细菌所需时间更长。微生物分析的显著延迟导致广谱抗生素的使用,产生耐药基因,导致不必要的治疗,无效的抗生素的选择以及潜在的不良临床结果。因此,迫切需要能够快速识别致病菌及其耐药性分析的新技术,并用于临床用药指导,在食品安全领域和医学检测领域具有重要意义。微流控技术是指在微米尺度通道内完成对液体的操纵和控制的新技术。相对于现有技术的缺陷,微流控芯片技术以其高度的集成化、微型化、分析手段的多样化、分析速度快、准确度高、成本低等特点而受到广泛的关注。基于聚二甲氧基硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)的微流控芯片具有透光性好,易于制备,价格低廉,生物相容性好等优点,在微流控领域取得广泛的应用。在本论文中,建立了一种基于四面体DNA纳米结构的微流控芯片检测平台,用于致病性大肠杆菌的捕获,释放,细菌富集,体外培养及药敏实验(Antimicrobial susceptibility testing,AST)研究。首先,基于文献调查,设计了合理的微流控芯片结构,包含有鱼骨结构图案和微腔结构,根据文献报道制备并封接芯片,并选择负压驱动方式进样。将PDMS预聚体浇注在SU-8模具上,固化后将有图案的PDMS层和没有图案的PDMS基底经过等离子体清洗机处理后封接,处理时间为60 s,制备的芯片无开裂和漏液现象,操作简单方便,不需要外接阀门或泵等复杂进样方式。四面体DNA纳米结构可以准确地调控探针之间的距离,使探针在修饰界面均一性分布排列;利用DNA四面体作为刚性支架,能够有效保证aptamer的方向,避免了aptamer互相缠绕,可以有效提高aptamer与细胞结合的效率。首先,通过琼脂糖凝胶电泳表征和原子力显微镜(AFM)来表征四面体DNA的成功组装。四面体DNA的一个顶点修饰有生物素,其它三个顶点修饰有丙烯酰胺,通过迈克尔加成反应将组装好的四面体DNA连接到PDMS芯片通道表面,提高了微通道表面的粗糙度。利用生物素—链霉亲和素反应在四面体DNA的顶点连接特异性识别大肠杆菌O157:H7的aptamer,建立了一个用于大肠杆菌O157:H7的检测研究平台。该芯片可以同时完成6个样品的检测,检测时间不超过2 h。实现了浓度为10~1CFU/m L的细菌的检测。然后使用该微流控细菌检测系统检测其它4种不同的细菌,验证了该检测系统的的特异性。为了进一步检测该微流控平台的实用性和准确性,将大肠杆菌O157:H7细胞分别加在牛奶和橙汁中用该微流控芯片进行检测,回收率为88.3%～108.3%。捕获后的大肠杆菌O157:H7细胞经酶解释放后92.8%富集到微流控芯片的微腔里,用于后续的AST。选择六种不同的抗生素用于研究大肠杆菌O157:H7细胞的药物敏感性,五小时内测定了每种抗生素的最低抑制浓度,这些结果与在96孔板里使用肉汤稀释法测定的结果相同。总之,本论文开发了一种包含鱼骨结构和微腔结构的微流控芯片,结合四面体DNA纳米结构的优势及aptamer的而特异性,用于大肠杆菌O157:H7的快速有效的检测,体外培养及AST。在最佳实验条件下,本研究开发的基于四面体DNA纳米结构的微流控平台对大肠杆菌O157:H7细胞具有很好的选择性和灵敏度,是一种有前途的工具,简单而快速,为食源性疾病的检测诊断和治疗提供了一种新的解决方案。