CN101620228A - 结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，属于测试领域。艾滋病的快速且廉价的诊断是医疗技术进步的诸多企望之一，本发明提供一种利用艾滋病多种特征抗体同时检测、快速诊断艾滋病的微流控芯片。该芯片带有三个微储液池，本案要点在于，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艾滋病抗体p24以及艾滋病抗体gp41以及艾滋病抗体gp120以及艾滋病抗体gp36，所述纤维状工作电极的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
本发明涉及一种结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，属于测试领域。
背景技术
艾滋病(AIDS)是由艾滋病病毒(HIV)引起的、通过性接触和体液传播、能破坏人的细胞免疫系统、以机会性感染及恶性肿瘤为特征的慢性传染病。加强对HIV感染者及艾滋病患者的监测和早期诊断，以达到控制艾滋病流行的目的，已成为所有医务工作者关心的重要课题，也是各国政府孜孜不倦的追求目标。目前艾滋病的诊断主要依据流行病学、临床症状及实验室检查。其中HIV抗体检测是AIDS检测中最常用的方法，HIV抗体也是最重要的一项指标。艾滋病确诊需要同时获取p24，gp41，gp120，gp36抗体含量。艾滋病抗体p24以及艾滋病抗体gp41以及艾滋病抗体gp120以及艾滋病抗体gp36的专业技术含义在艾滋病诊断及治疗领域是公知的。传统HIV抗体检测方法有酶联免疫吸附实验(EILSA)、明胶颗粒凝集实验(PA)、免疫层析/渗滤实验、放射免疫沉淀实验(RIPA)、免疫荧光实验(IFA)以及免疫印记实验(WB)。临床常用EILSA法及免疫层析/渗滤法作为初筛实验，而免疫印记(WB)则是确认实验的唯一方法。EILSA法虽有较高的灵敏度和特异性，但也有少量的假阴性和假阳性；免疫印记实验技术要求高，影响因素多、操作复杂、价格昂贵。因此，仅用作权威部门作为确认实验而在临床上绝少使用；另外一些检测抗体的方法：免疫荧光实验，明胶颗粒凝集实验等因其灵敏度低、特异性差、操作复杂或仪器昂贵等原因而在临床及研究中未能大规模使用。
微流控芯片技术是将采样、预处理、加试剂、反应、分离、检测等集成在微芯片上完成的一门前沿技术，具有分析速度快、信息量大、试剂消耗少、污染小、仪器简便等优点。
目前，在微流控芯片技术领域，利用艾滋病多种特征抗体同时检测、快速诊断艾滋病的技术尚未见报道；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艾滋病多种特征抗体进行同时检测的艾滋病诊断专用器件。
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结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，该艾滋病诊断专用器件是微流控芯片，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，本案改进之处在于，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艾滋病抗体p24以及艾滋病抗体gp41以及艾滋病抗体gp120以及艾滋病抗体gp36，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艾滋病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，所述其形貌呈纤维状的工作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，该材料是本案所述高聚物绝氧热解产物，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层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。
鉴于每一支所述纤维状工作电极占用的空间宽度较小，该工作电极能够允许被直接安置于毛细管通道内，相对窄小的流体通道有利于将其有效工作界面的潜力充分发挥出来。
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。
本案微流控芯片的使用方法：
采用外加微泵驱动液流在四通道微流控芯片的毛细管通道中稳定流动，利用四通道电化学仪器分别对四种蛋白加以检测。
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，对艾滋病进行诊断。
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艾滋病的四种特征诊断蛋白，本案微流控芯片是一种能够利用艾滋病多种特征抗体进行同时检测的艾滋病诊断专用微流控芯片，其集成构造的结构特点决定了该芯片的使用有助于加快艾滋病诊断速度、有助于降低艾滋病诊断费用，芯片结构中的工作电极其纤维状形貌还有助于强化工作电极与被测样液流相互之间的流动冲击和化学接触；芯片结构中的工作电极其纤维状形貌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更进一步地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，图中没有详细描绘纤维状工作电极的具体形貌。
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内的具有艾滋病抗体p24表层的纤维状工作电极，6是装设在微小通道7内的具有艾滋病抗体gp41表层的纤维状工作电极，12是装设在微小通道11内的具有艾滋病抗体gp120表层的纤维状工作电极，13是装设在微小通道14内的具有艾滋病抗体gp36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，工作电极由金属电极以及包覆在金属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，工作电极的数量是四个，该四个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内的具有艾滋病抗体p24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内的具有艾滋病抗体gp41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内的具有艾滋病抗体gp120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内的具有艾滋病抗体gp36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。
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。
Claims (8)
1.结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，该艾滋病诊断专用器件是微流控芯片，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艾滋病抗体p24以及艾滋病抗体gp41以及艾滋病抗体gp120以及艾滋病抗体gp36，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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所述的结合利用了高聚物绝氧热解产物的艾滋病诊断专用器件，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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