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目前,微生物疾病逐渐成为全球共同关注的健康和环境问题,而且抗生素的不合理使用和滥用导致世界范围内抗菌素耐药性的出现和传播,同时也极大地增加细菌感染患者的治疗风险。因而,微生物的快速检测和抗生素快速精确筛选的方法是当前亟需的关键技术。(1)论文建立了基于多孔硅复合pH敏感凝胶材料的反射干涉特性,结合微流控分析平台,研发了对微环境pH高度敏感的光学传感芯片。利用傅里叶变换反射干涉光谱(FT-RIFS)实时记录pH敏感凝胶壳聚糖的可逆膨胀过程中有效光学厚度光学信号,实现微环境中pH监控。实时在线监测微生物的生长状态和代谢活力,并将其应用于抗菌药物的快速筛选。实验结果表明,由于微流控技术突出的扩散效率和传质速度,使本论文工作,相比于宏观体系,壳聚糖在微环境中对pH有更快、更灵敏的响应。此外,微流控体系有利于代谢产物的快速积累,无需长时间预孵化,从而大大减少整体的检测时间。基于此技术,可以在不到2小时内得到细菌生长曲线,因此可以实现快速药敏试验(AST)。与常规方法相比,基于微流控pH传感器获得的细菌生长曲线,为研究抗生素在不同阶段对细菌的抑菌作用提供了更多的信息。抗生素的快速筛选和最小抗菌浓度测定的方法,这项技术作有望成为细菌感染疾病的临床和现场诊断的有效手段。(2)论文构建了以多孔硅为基底的微流控传感芯片,实现细菌的非标记快速检测。该传感芯片的基本原理是：当多孔硅表面修饰细菌抗体后(本论文选用E.coli抗体),所得多孔硅芯片可选择性地捕获大肠杆菌(E.coli),由于E.coli的体积远远超过多孔硅孔道的直径,因而对多孔硅孔道产生封闭效应。我们利用牛血清蛋白(BSA)为光学探针,通过反射干涉光谱,测量E.coli捕获前后多孔硅层有效光学厚度的变化值(ΔEOT)。对细菌的荧光标记实验表明,用反射干涉法测得的相对ΔEOT值与多孔硅表面捕获的细菌密度在一定范围内呈现一致对应关系。结合微流控通道,该传感芯片可实现大肠杆菌快速捕获和非标记检测,对E.coli的检测范围为103-107cfu/ml,检测时间只需20-30分钟。同时选用荧光假单胞杆菌P17和螺旋菌NOX细菌开展对比实验,结果基本没有响应信号,表明所制备的大肠杆菌抗体修饰的多孔硅传感芯片具有很高的选择性。