CN101620227A - 基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，属于测试领域。快速且廉价地对烈性传染病霍乱进行诊断是医疗技术进步的诸多企望之一，本案旨在提供相关助力。该芯片带有三个微储液池，本案要点是，芯片内含有呈并联构造的毛细管通道，该并联构造含有四条相互并联的微小通道，共有四个纤维状工作电极分别装设在所述四条微小通道内，该四个纤维状工作电极的表层物质分别是四种抗体物质，该四种抗体物质分别是霍乱TP0821抗体以及霍乱TP0319抗体以及霍乱TP0624抗体以及霍乱O139菌体蛋白抗体，所述纤维状工作电极其本体材质均是热分解导电高分子材质。本案芯片低成本、多通道。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，属于测试领域。
背景技术
霍乱是由霍乱弧菌引起的一种烈性传染病，属于国际检疫传染病，也是我国传染病防治法规定的甲类传染病病原之一。该病发病急、传播快、涉及范围广，可引起局部和世界性的爆发流行为特征；是一种严重危害人类健康和生命的传染病。霍乱弧菌是导致感染者严重腹泻的病原菌，作为国际检疫传染病——霍乱的病原诊断，以检出O1群霍乱弧菌或O139群霍乱弧菌为准。
长期以来，对霍乱弧菌的诊断都是采用传统的检验方法，即形态学、生理生化特征及血清学鉴定以及噬菌体分型等，最快的也要十几个小时才能完成。时间长、样本量大、准确率低，且一次只能获得一种致病菌种类和数量。近年来，在传统的检测方法基础上，单克隆抗体和分子生物学技术越来越多地应用到霍乱弧菌的研究中，相关测试方法的飞速发展为霍乱弧菌的检测提供了新的强有力的手段。其中主要有：胶体金标记免疫层析技术、实时荧光PCR技术、基因传感器技术、间接免疫荧光技术、酶联免疫吸附技术和核酸序列分析技术等。然而，上述方法中，病原体的分离费时费力，不适用快速批量诊断。由于需要孵育、洗脱、显色等多重步骤，一般需要数小时。核酸PCR检测诸法中，实时荧光定量PCR敏感性高、特异性强，可以缩短检测窗口期，但需要较昂贵的仪器设备，无法大面积推广，且分离核酸和进行PCR反应也需要数小时，故无法快速检测。免疫胶体金试纸条可以在数分钟内获得结果，实现快速检测，但一般只能达到半定量测定标准，敏感性差，成本高，也难以同时检测多种抗原。近年来发展很快的时间分辨荧光免疫分析方法和化学发光方法虽然灵敏度高，但是仍需要繁琐的前处理，且检测价格昂贵。其中免疫分析技术是实现传染病准确诊断的重要手段，通过测定病后2周血清抗菌“诊断蛋白”(抗原/抗体，简称DP)含量，可以获取病原体的种类和数量。免疫分析本身有很强的选择性，对传染病的早期诊断，判断疗效及预后等方面均有重要的意义。然而重大传染病菌的检测非常复杂，传统的免疫分析通常只针对单一指标进行检测。由于一种诊断蛋白可出现在不同病菌，或不同诊断蛋白可在同一致病菌同时出现，因此，开展高效的多重免疫分析方法(SMIAs)，从生物相关性的角度真实地定量反映各种致病菌的种类和数量；在早期预防和联检多种传染病、判断传染病菌发展程度、观察和评价治疗效果等方面都具有重要的医学价值。
O1、O139霍乱弧菌联检需要同时获取TP0821、TP0319、TP0624以及霍乱弧菌O139菌体蛋白、甘露糖敏感血凝(rMSHA)等几种诊断蛋白含量，综合分析才能得到，其中，前四种蛋白含量的检测更具诊断意义。
所述诊断蛋白TP0821、TP0319、TP0624、霍乱弧菌O139菌体蛋白，以及，相应的TP0821抗体、TP0319抗体、TP0624抗体、O139菌体蛋白抗体，其技术含义在霍乱诊疗技术领域是公知的。
微流控芯片技术是将采样、预处理、加试剂、反应、分离、检测等集成在一块几平方厘米的微芯片上进行的一门前沿技术，具有分析速度快、信息量大、试剂消耗少、污染小、仪器简便以及检测速度和灵敏度俱佳等优点。微流控技术代表着21世纪分析仪器的发展方向。目前基于微流控芯片的检测技术主要有紫外吸收检测、激光诱导荧光检测、电导检测、伏安检测等。其中紫外吸收检测和电导检测比较通用，但是其灵敏度较低；激光诱导荧光检测和伏安检测灵敏度较高，但是测定对象不多，限制了它们的推广。而传感器中采用电化学检测，体积小、自动化程度高，非常适合于现场分析。
目前，在微流控芯片技术领域，利用霍乱多种特征抗体同时检测、快速诊断霍乱的技术尚未见报道；另一方面，该领域现有技术中多采用昂贵的黄金来作为测试传感器核心元件也就是工作电极的基本材料，这种昂贵金属材质的使用，增加了相关芯片的制造成本，鉴于芯片所侦测的相关传染病所具有的公知的危险性，相关疾病侦测用微流控芯片内的黄金回收工作存在不安全因素，相关不安全因素会增加黄金回收工作的难度、增加黄金回收操作的成本，进而可能因经济上得失权衡方面的实际考虑，造成贵重资源黄金的流失，显然，这一技术缺陷也有待消除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在微流控芯片技术这样一个总的技术框架内，研发出一种廉价的能够利用霍乱多种特征抗体进行同时检测的应用于快速诊断烈性传染病霍乱的专用微流控芯片。
本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供的装置是一种基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，该霍乱诊断用多通道芯片是微流控芯片，该微流控芯片的结构包括贴合装设在一起的两片板状物，所述两片板状物分别是微流控芯片的盖片以及微流控芯片的基片，在所述两片板状物之间的相互贴合的位置上装设有毛细管通道，以及，三个微储液池，毛细管通道的一端经由Y字形三联通道分别与其中的两个微储液池联通，毛细管通道的另一端与余下的一个微储液池联通，以及，依序分别装设在所述毛细管通道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及包覆在所述导电性电极上的抗体物质表层构成，本案特别之处在于，所述毛细管通道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的毛细管通道由四个微小通道并联构成，以及，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四个微小通道内，以及，该四个工作电极其表层结构中的抗体物质分别是四种抗体物质，该四种抗体物质分别是霍乱TP0821抗体以及霍乱TP0319抗体以及霍乱TP0624抗体以及霍乱O139菌体蛋白抗体，以及，每一个工作电极其形貌均呈纤维状，所述形貌呈纤维状的工作电极其本体材质是热分解导电高分子材质。所述抗体物质包含为固定所述各霍乱抗体而引入其中的辅助性介质，所述辅助性介质例如巯基丁二胺铜修饰介质，所述导电性电极可以首先利用所述辅助性介质进行表面修饰处理，之后在其上包覆抗体物质表层，抗体物质表层与所述辅助性介质浑然一体。
结构中涉及的对电极以及参比电极均为微小尺寸的电极，其电极形状均可以是任意选定的形状，所述任意选定的形状例如方片形状、矩形片状、条状或圆形片状等等。
本案芯片中的工作电极呈纤维状，电极的纤维状形貌表明它能够与所述管道尤其是毛细管级的管道或曰微小通道很好地适配，基于此，该形貌工作电极能够直接安置于管道内的位置，这一结构特点也有助于强化工作电极与流经其周边的被测物液流之间的接触。
本案微流控芯片结构中涉及若干个微储液池，所述微储液池是用于过渡性储液的微池或微囊，其中的每一个微储液池的微型的内腔其形状均可以是任意选定的形状，所述内腔形状例如微型的圆柱形空腔状、微型的方柱形空腔状、微型的椭圆形空腔状或微型的球形空腔状等等。本案装置当然还可以进一步包括一些附件，所述附件例如多道电化学工作站以及微流动泵等等，所述多道电化学工作站的技术含义以及微流动泵的技术含义是公知的。本案微流控芯片结构中涉及的各个工作电极以及对电极以及参比电极等，可以分别经由相应的专用串线与所述多道电化学工作站的相应接口进行联接。所述专用串线是用来将各所述电极与所述多道电化学工作站的各相应接口进行相互联接的专用电缆。所述微流动泵用于驱动微量液体流动，所述微流动泵可以与按需选定的任意一个所述微储液池联通。
一般其构成元素为碳、氢、氧、氮的有机物在经过高温热处理后大都能够形成具有导电能力的高分子物质，但是，综合考虑多方面因素，推荐的或曰优选的所述热分解导电高分子是由聚酰亚胺或聚丙烯腈经热处理后形成的导电性材料。
关于热分解导电高分子的制备技术可以从现有科技文献中寻得。
由聚酰亚胺或聚丙烯腈经热处理后形成的导电性材料又称为结构型导电高分子材料，该材料具有类似于石墨的结构，导电性能良好，并且，该导电材料性质稳定，化学表现比较惰性，具有类似于元素金的较为惰性的化学性质，以此材质为本体材质的所述纤维状工作电极因此也就有了与以金为本体材质的工作电极可以相媲美的品质，并且，相对而言，明显地价格低廉，其内部关键测试构件采用此廉价高性能材质的所述芯片因此造价会有所降低。所述惰性指的是电极本体材料与电极敏感表层物质之间以及电极本体的可能的未被电极敏感表层物质完全覆盖的裸露部分与待测样液之间相接触时不易发生导致变质的化学作用。
所述纤维状工作电极的纤维丝直径可以允许是任意设定的便于安装使用的适宜的纤维丝直径，但是，推荐的或曰优选的所述纤维丝直径其范围介于0.1微米至2000微米之间；所述纤维状工作电极的纤维丝长度可以允许是任意设定的便于安装使用的纤维丝长度，但是，推荐的或曰优选的所述纤维丝长度其范围是在1微米至150000微米个之间。
通过喷涂或点样仪点样或其它合适工艺涂布装设于所述纤维状工作电极的纤维丝表面位置的所述抗体物质表层，其厚度可以允许是任意设定的可对待测样液发生电性信号响应的厚度，但是，推荐的厚度或者说是优选的厚度是介于2纳米与100纳米之间。
芯片结构中的所述盖片及基片，其材质可以允许是任何的电绝缘性材质，例如：聚丙烯、玻璃，等等，优选的材质是聚甲基丙烯酸甲酯。
结构中的所述盖片及基片其宽度可以允许是能够达成相关测试目的的任意设定的宽度值，但是，优选的所述宽度值是均介于2厘米与4厘米之间；所述盖片及基片的长度值也一样可以允许是任意设定的能够达成相关测试目的的长度值，但是，优选的长度值或曰推荐的长度值是介于3厘米与6厘米之间。
所述盖片及基片其厚度可以允许是任意设定的便于器件装配的厚度，推荐的厚度或曰优选的厚度是介于0.5毫米与5毫米之间。较小的厚度有利于节省材料。
所述纤维状的工作电极既可以是其纤维丝呈直条形态的工作电极，所述工作电极的当然也可以是其纤维丝呈弯曲形态的工作电极，甚至于，所述工作电极的还可以是其纤维丝呈螺旋形态的工作电极；推荐的或曰优选的工作电极是其纤维丝呈螺旋形态的工作电极，也就是说，优选的所述纤维状的工作电极是其纤维状电极体盘旋展布成螺旋形态的工作电极，该螺旋形态的工作电极其形貌类似于螺旋形的弹簧。所述螺旋形态的工作电极有助于大幅度地扩展电极与待测物液流的有效接触界面，提高检测灵敏度，并且，螺旋形态的工作电极因其机械形貌，自然地具备了一定的在外力作用下的变形适应能力，这一结构特点，使得所述螺旋形态的工作电极更能够耐受偶发的或脉动的来自待测物液流的流体冲击作用，而不至于轻易断裂、损坏。
本案微流控芯片的具体检测使用步骤如下：
1、在微管路中加入样品液，在外加微泵驱动下，各种抗原分子被各通道中电极表面相应抗体捕获，通过夹心法结合酶标“二抗”形成免疫复合物。
2、采用多通道电分析仪，加入邻苯二酚等电子媒介体，采用安培法检测“二抗”上酶引起H2O2还原的电流变化，由此获得各种分析物含量。
3、将结果进行综合分析，对霍乱进行诊断。
本发明的优点是，在一块微流控芯片上集成了分别包覆有四种特征抗体物质表层的四个纤维状工作电极，该四个纤维状工作电极分别针对检测霍乱的四种特征诊断蛋白，本案微流控芯片是一种能够利用霍乱多种特征抗体进行同时检测的应用于快速诊断烈性传染病霍乱的专用微流控芯片，其集成构造的结构特点及纤维状工作电极的特异形态决定了该芯片的使用有助于减小样液用量，有利于加快霍乱诊断效率，有助于降低霍乱诊断费用；芯片结构中的工作电极其纤维状形貌还表明该种工作电极易于与芯片内的管道相互适配；在选用所述螺旋形态工作电极的情形下，其电极形态还有助于强化工作电极与被测样液流相互之间的化学接触，同时，该形态电极更进一步地具有抗流体急性冲击的机械耐受力；本案所述形貌呈纤维状的工作电极其本体材质是热分解导电高分子材质，热分解导电高分子材料价格低廉，制备工艺简单，易于大批量地生产，相较于以金为电极材料的一般微流控芯片的制备工艺而言，本案明显地有助于降低芯片制造成本。
附图说明
图1是本案微流控芯片实施例构造轮廓示意图，所展示的是该例结构的俯视角度下的透视的形态，图中没有详细放大描绘所述纤维状工作电极的形貌，图中也没有详细描绘所述附件。
图2是本文提到的常见的螺旋形的弹簧，该图展列于此，为的是方便理解本案所述的螺旋形态纤维状工作电极，二者形似。
图中，1、2、10分别是三个装设位置不同的微储液池，3是Y字形三联通道，4、7、11、14分别是装设位置不同但相互并联形成并联联通结构的四条微小通道，5是装设在微小通道4内的具有霍乱TP0821抗体表层的纤维状工作电极，6是装设在微小通道7内的具有霍乱TP0319抗体表层的纤维状工作电极，12是装设在微小通道11内的具有霍乱TP0624抗体表层的纤维状工作电极，13是装设在微小通道14内的具有霍乱O139菌体蛋白抗体表层的纤维状工作电极，8是对电极，9是参比电极。
具体实施方式
在图1所展示的本案实施例中，该微流控芯片的结构包括贴合装设在一起的两片板状物，两片板状物分别是微流控芯片的盖片以及微流控芯片的基片，在两片板状物之间的相互贴合的位置上装设有毛细管通道，以及，三个微储液池，该三个微储液池分别是微储液池1、微储液池2和微储液池10，毛细管通道的一端经由Y字形三联通道3分别与微储液池1以及微储液池2联通，毛细管通道的另一端与余下的一个微储液池10联通，以及，依序分别装设在所述毛细管通道内不同位置上的工作电极以及对电极8以及参比电极9，纤维状工作电极由导电性电极以及包覆在导电性电极上的抗体物质表层构成，毛细管通道的构造呈并联构造，该呈并联构造的毛细管通道由四个微小通道并联构成，该四个微小通道分别是微小通道4以及微小通道7以及微小通道11以及微小通道14，以及，纤维状工作电极的数量是四个，该四个纤维状工作电极分别是纤维状工作电极5以及纤维状工作电极6以及纤维状工作电极12以及纤维状工作电极13，其中，纤维状工作电极5是装设在微小通道4内的具有霍乱TP0821抗体表层的纤维状工作电极，纤维状工作电极6是装设在微小通道7内的具有霍乱TP0319抗体表层的纤维状工作电极，纤维状工作电极12是装设在微小通道11内的具有霍乱TP0624抗体表层的纤维状工作电极，纤维状工作电极13是装设在微小通道14内的具有霍乱O139菌体蛋白抗体表层的纤维状工作电极，纤维状工作电极5以及纤维状工作电极6以及纤维状工作电极12以及纤维状工作电极13的本体材质均是热分解导电高分子材质。图1中没有绘出作为附件的微流动泵及多道电化学工作站等附属件。本例结构中的各纤维状工作电极以及对电极以及参比电极可以分别经由各自专用的电缆或曰串线分别与作为附件的多道电化学工作站的对应电缆接口或曰串线接口联接。本例结构中的各微储液池可以根据需要与作为附件的微流动泵按任何方式联通。
Claims (8)
1.基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，该霍乱诊断用多通道芯片是微流控芯片，该微流控芯片的结构包括贴合装设在一起的两片板状物，所述两片板状物分别是微流控芯片的盖片以及微流控芯片的基片，在所述两片板状物之间的相互贴合的位置上装设有毛细管通道，以及，三个微储液池，毛细管通道的一端经由Y字形三联通道分别与其中的两个微储液池联通，毛细管通道的另一端与余下的一个微储液池联通，以及，依序分别装设在所述毛细管通道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及包覆在所述导电性电极上的抗体物质表层构成，其特征是，所述毛细管通道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的毛细管通道由四个微小通道并联构成，以及，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四个微小通道内，以及，该四个工作电极其表层结构中的抗体物质分别是四种抗体物质，该四种抗体物质分别是霍乱TP0821抗体以及霍乱TP0319抗体以及霍乱TP0624抗体以及霍乱O139菌体蛋白抗体，以及，每一个工作电极其形貌均呈纤维状，所述形貌呈纤维状的工作电极其本体材质是热分解导电高分子材质。
2.根据权利要求1所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，所述热分解导电高分子是由聚酰亚胺或聚丙烯腈经热处理后形成的导电性材料。
3.根据权利要求2所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，所述纤维状工作电极的纤维丝直径介于0.1微米至2000微米之间，以及，所述纤维状工作电极的纤维丝长度在1微米至150000微米个之间。
4.根据权利要求1所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，所述抗体物质表层的厚度介于2纳米与100纳米之间。
5.根据权利要求1所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，结构中的所述盖片及基片其材质均为聚甲基丙烯酸甲酯。
6.根据权利要求1所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，结构中的所述盖片及基片其宽度均介于2厘米与4厘米之间，其长度均介于3厘米与6厘米之间。
7.根据权利要求1所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，结构中的所述盖片及基片其厚度均介于0.5毫米与5毫米之间。
8.根据权利要求1所述的基于结构型导电高分子材料技术的霍乱诊断用多通道芯片，其特征在于，所述纤维状的工作电极是其纤维状电极体盘旋展布成螺旋形态的工作电极，该螺旋形态的工作电极其形貌类似于螺旋形的弹簧。
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