CN101957322B - 一种用于电化学发光检测的流通池及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于发光检测用的电化学流通池及其系统，其中流通池主要包括固定电极芯片的基底、带有电解槽腔的基块以及连接并锁紧基底和基块的锁紧部件。其中带有电解槽腔的基块上加工有提供液体进出电解槽腔的管路、分别与电极芯片上三电极引出线接触的三个导电弹片，以及既保证电化学发光信号进入光强检测器同时起到密封作用的光学窗体。整个检测系统还包括辅助的提供流通动力的蠕动泵、流通管路系统以及信号接收及处理系统。该流通式电化学发光检测系统体积小巧、轻便，可方便地集成于便携式小型电化学发光检测仪，其可直接用于电化学发光检测，也可用于电化学发光免疫分析或电化学发光核酸杂交分析，还可用于生化实验室或医院检验科等。

Description

一种用于电化学发光检测的流通池及其系统

技术领域

本发明涉及一种电化学发光检测装置，特别涉及一种可广泛应用于生物科学、医学、临床和环境科学等复杂的、基于生物亲和素反应的电致发光系统，属于检测设备领域。 

背景技术

电化学发光(Electrochemiluminescence，ECL)是一种在电极表面由电化学反应引发的化学发光现象。电化学发光免疫检测是通过检测标记在抗体上的发光物来实现的。 

电化学发光检测不需要外部光源[参考文献1]，消除了在普通荧光分析中的杂散光及因光源发光不稳定而导致波动的特点，从而降低了噪声，提高了信噪比，再加上灵敏的光电检测技术，该法具有灵敏度高、线性范围宽、仪器简单等优点，比较适合于生物科学、医学、临床和环境科学等组分复杂的、基于生物亲和素反应的检测。特别在临床医学领域中体液(如血液、尿液、唾液等)中所包含的分析物(如抗体、抗原、激素等)，其浓度往往是表明机体某处健康或病变的指标，对其进行准确的分析是非常重要的。而电化学发光检测技术，恰恰非常适合对液体样品中所包含物质(分析物)浓度的痕量检测。 

流通池是电化学发光检测过程中电化学发光反应进行的场所。目前市面上采用的电化学发光检测用流通池通常有以下两种： 

一种是直接将用于电化学发光的三电极体系(工作电极、对电极及参比电 极)集成在流通池内[参考文献2，3]，通常采用的三电极系统为：工作电极为圆片状铂电极，对电极为围绕工作电极的圆环状铂丝电极，参比电极为Ag/AgCl电极。 

另一种为将三电极系统集成在一块电极芯片上，使用时将电极芯片置于流通池内，提供电化学发光反应所需的三电极系统。 

对于第一种类型的流通池，其典型的应用是基于磁微球免疫标记技术的电化学发光分析系统。如罗氏诊断的电化学发光免疫分析系统(Elecsys 1010，Elecsys 2010和E170系统)，但由于需要将三电极系统构筑在流通池内，通常体积比较大，不利于仪器的小型化。 

对于应用电极芯片的流通池，目前主要有美国Dropsens公司开发的与其电极芯片配套使用的流动注射用流通池(DropSens Flow-Cell)[参考文献4]，通过测量体系的电信号来检测待测物。以及Czech Republic的BVT Technologies开发的配合该公司三电极芯片使用的[参考文献5]，用于流动注射电化学用流通池，其材料为透明的PMMA，仅适合特定物质的测量，且使用时需要将流通池置于暗箱中操作。 

【参考文献】： 

1、电化学发光，李云辉，王春燕等，化学工业出版社 

2、CN 101131361A，用于实施电致化学发光的池； 

3、CN 2567573Y，电化学发光检测仪； 

4、http://www.dropsens.com/en/productos.html 

5、http://www.bvt.cz/home/about-us 

发明内容

鉴于现有电化学发光检测系统存在的上述不足，本发明的目的旨在提供一 种用于电化学发光检测的流通池及其系统，以优化的结构设计，使得该电化学发光检测系统趋向小型化，应用普适化。 

本发明实现上述一个目的的技术解决方案是： 

一种用于电化学发光检测的流通池，其特征为：所述流通池包括一侧铰接相连的基底和基块，以及分设于基底、基块之上用于密封流通池的锁紧装置，其中所述基底设有用于盛放电极芯片的凹槽，所述基块具有中空的电解槽腔，电解槽腔朝向电极芯片的一侧为开口状，并环绕开口设有密封圈，且电解槽腔顶端设有光学窗体，用于液体流入、流出的管路穿透基块与电解槽腔相连通，且所述基块相隔于电解槽腔设有对应电极芯片三电极引脚的电极弹片。 

进一步地，前述的一种用于电化学发光检测的流通池，其中该基底设有与电极芯片外观尺寸匹配的凹槽，且所述凹槽的深度等于或大于电极芯片的高度，以保证通过密封圈将电极芯片与基块紧密结合，防止漏液。特别地，该基底的凹槽周缘还可进一步设有利于镊子等撬取工具插入、将电极芯片方便从凹槽中取出的方形或圆形缺角。 

进一步地，前述的一种用于电化学发光检测的流通池，其中该光学窗体为密封固定于电解槽腔上部相对电极芯片三电极之一工作电极的光学玻璃。 

进一步地，前述的一种用于电化学发光检测的流通池，其中该管路与外界管道或液体容器相连，其中管路相连的部分具有锥形密封圈、锥形螺纹圈、外丝软管接头或快速接头之一的密封结构。 

进一步地，前述的一种用于电化学发光检测的流通池，其中该锁紧装置为合页式结构配合紧固螺栓、电磁铁、磁铁和相配套的螺纹螺栓结构中的任意一种，用于保证带电极的电极芯片与基块内的电解槽腔通过密封圈紧密结合，防 止泄漏并保证外界杂光不能进入检测系统中。 

本发明实现上述另一个目的的技术解决方案是： 

一种用于电化学发光检测的流通系统，包括流通池、电极芯片、液体动力源及控制处理单元，其中 

所述流通池包括一侧铰接相连的基底和基块，以及分设于基底、基块之上用于密封流通池的锁紧装置； 

所述电极芯片具有工作电极、参比电极、对电极及其三电极引脚； 

所述控制处理单元至少包括光信号接收模块、单片处理模块及输出控制模块，其中所述光信号接收模块正对光学窗体设置； 

所述液体动力源至少为设于流通池基块外管路上的蠕动泵，所述蠕动泵的开关控制端连接到控制处理单元的输出控制模块上。 

本发明的用于电化学发光检测用流通系统应用实施后，通过流通池直接与光信号接收与处理器连接，无需暗箱操作即可有效避免外界杂光对检测的干扰，且具有轻便、小型化的特征。该系统可直接用于电化学发光检测，也可用于电化学发光免疫分析或电化学发光核酸杂交分析，还可用于生化实验室或医院检验科等。 

附图说明

图1是本发明电化学发光检测系统开启状态的结构示意图； 

图2是本发明电化学发光检测的系统原理示意图； 

图3是本发明基块的俯视结构示意图。 

具体实施方式

基于现有技术的不足，本发明提供了一种用于电化学发光检测的流通池及其系统，将流通池直接与光强检测器连接，且不用暗箱操作就能有效避免外界杂光的干扰。该流通池轻便、小巧，不用暗箱操作，利于仪器的小型化。配合三电极芯片及其配套系统，可直接用于电化学发光检测，也可用于电化学发光免疫分析。 

本发明的技术解决方案简单来看：即为一种电化学发光检测用的系统，主要包括流通式电化学发光电解池(即流通池)1、电极芯片、液体动力源及控制处理单元。其中 

所述的流通式电化学发光电解池由三部分组成：基底、基块以及锁紧装置。 

所述的基底2，用于放置带有工作、参比以及对电极的电极芯片3； 

所述的基块5带有电解槽腔4，用于将待测物置于检测光路中，同时，基块5上设置有液体流入、流出的管路6以及密封待测液并保证荧光顺利通过的光学窗体7； 

所述的锁紧装置9，用于保证电极芯片3与基块5通过密封圈紧密结合，防止泄漏并保证外界的杂光不能进入测试系统； 

所述的电化学发光检测系统，还包括蠕动泵10，用于提供清洗液、前处理液、及待检测液的动力，将其通过管路依次流入并流出电解槽腔； 

电极芯片3具有工作电极13、参比电极14、对电极12及其三电极引脚； 

所述的电化学发光系统还包括光信号接收模块11，用于接收上述电解槽腔4内待测物通过芯片三电极施加电压后发出的荧光信号，经过信号处理系统后给出待测物的信息。 

本发明进一步的技术方案是： 

该流通式电化学发光电解池的基底，其上加工有三电极结构外型尺寸的凹槽15，且凹槽深度与电极芯片的高度相当或大于电极芯片的高度，以保证通过密封圈将芯片与基块紧密接触，防止漏液。此外，该基底上的凹槽，其边缘还加工有利于镊子等工具放入的方形或圆形结构，方便将电极芯片从所述的凹槽中取出； 

如图3所示，流通式电化学发光电解池的基块，其上加工有圆形或方形或其他形状的电解槽腔。优选的，该电解槽腔的直径为6mm～8mm，高度为3mm～6mm； 

该电解槽腔上部加工有放置密封圈的环状结构用于放置密封用硅橡胶圈；进一步地，该环状结构的中径为8.5mm±1mm；该硅橡胶圈上部压紧或锁紧有保证荧光顺利出射并保证电解槽腔密封的圆形或方形光学玻璃及其压紧部件；该电解槽腔下部加工有固紧密封圈的槽型结构，用于放置保证电极芯片与基块密封的硅橡胶圈。 

该电极芯片的工作电极为正方形结构，边长为4mm，其中心位于所述的凹槽结构的中心。进一步的，该凹槽结构边长为9.5mm±1mm。 

该流通式电化学发光电解池的基块，其上具有清洗液、前处理液及待测液等液体流入、流出的流通管路，管路的直径在0.8mm～1.5mm之间；而且管路上具有锥形结构，通过锥形密封圈及锁紧螺栓可将外接管子与所述的管线无漏连接，或可以通过外置的外丝软管接头或快速接头与外界管道连通。 

所述锁紧部件，提供电极芯片与基块通过密封圈紧密结合，防止漏泄并保证外界杂光不能进入测试系统。该锁紧部件可为合页式结构并用紧固螺栓或磁 铁将其锁紧；或可利用基块的螺纹结构、基底上的通孔，及其配套的螺栓锁紧。 

本发明用于电化学发光检测系统，还包括蠕动泵10，通过蠕动泵中滚轮的挤压，将清洗液、前处理液及待测液依次经流入管路并通过电解槽腔，实现清洗、前处理、测试及后处理工作的连续进行。 

而该流通系统，还包括光信号接收及处理系统。其中的光信号接收模块为光电倍增管(PMT)、光电二极管、光敏电阻、电荷耦合器件或雪崩二极管中的一种。 

本发明用于测量荧光配合物电化学发光性能或待测物浓度信息的检测过程如下：将电极芯片置于流通池的基底上，并利用锁紧装置将电极芯片密封。开启蠕动泵，将待测液通过蠕动泵产生的负压吸入待测区域，通过电极弹片8使芯片电极与电化学控制仪器连接，在电信号的激发下使得荧光配合物在电极表面发生氧化-还原反应，在共反应剂的配合下，产生激发态，由激发态跃迁到基态时发光，同时通过PMT接收信号，经过信号处理系统，得到待测物的电化学发光性能或待测物的浓度信息。 

实施例 

下面结合附图对本发明进行详细叙述。 

如附图1、2所示，本发明公开了一种用于电化学发光检测用流通池及其系统，用于荧光配合物电化学发光性能的检测，其主要是通过在电极表面施加一定的电位，使得荧光配合物在电极表面发生氧化-还原反应，在共反应剂的配合下，产生激发态，由激发态跃迁到基态时发光，通过测定发光强度，得到该配合物的电化学发光性能。 

本实施实例中，流通式电化学发光电解池由基底、基块以及锁紧部件组成。基底材料为PEEK，其上有匹配于三电极结构外型尺寸(27×11×0.5mm)的凹槽，用于放置带有工作、参比以及对电极的芯片；凹槽的边缘还加工有利于镊子等工具放入的方形或圆形结构，方便将芯片从所述的凹槽中取出； 

基块材料为PEEK，其内设有直径为8mm、高度为4.5mm的圆柱形电解槽腔，用于将待测物置于检测光路中，同时，基块上设置有液体流入、流出的直径为1mm的管路以及密封待测液并保证荧光顺利通过的圆形光学玻璃窗体及其压紧部件；同时，基块下部有边长为9.5mm的方形槽型结构，放置并固紧密封圈，用于芯片与基块的密封； 

锁紧部件，采用合页结构加螺栓固紧方案，保证芯片与基块通过密封圈紧密结合，防止泄漏并消除外界杂光的干扰。 

此外，本实施例中，该光信号接收模块采用Hamamatsu生产的光电倍增管H7468-20，其可以将荧光光强灵敏地转变为电压信号。 

应用实施例 

使用上述系统进行电化学发光双抗夹心免疫法检测mouseIgG：选用DropSens公司的丝网印刷碳电极，工作电极和对电极均为丝网印刷碳，参比电极为Ag/AgCl电极。过程如下： 

1)电极上抗体的包被：用goat Anti-Mouse IgG包被电极。先将电极用75％酒精浸泡1小时，然后用去离子水冲洗，使电极表面形成一层水膜，然后加上goat Anti-Mouse IgG的磷酸缓冲液于4℃湿盒内包被过夜，以防点样液滴过夜时挥发。过夜后的电极用PBS冲洗，然后1％的BSA封闭，在37℃下4 小时，最后用PBS冲洗。 

2)将包被有goat Anti-Mouse IgG的芯片电极放到基底上的凹槽中，然后通过锁紧部件使基底和基块锁死，然后将其与电化学工作站(电信号控制仪器)，蠕动泵和光电倍增管按照图2所示组装好。 

3)通过蠕动泵使电解槽腔内充满磷酸缓冲液，然后使得定量的mouse IgG通过蠕动泵的作用进入到电解槽腔内驻留2小时，使得抗原和抗体充分结合，然后通过蠕动泵使磷酸缓冲液流过电解槽腔洗掉未结合的mouse IgG。 

4)将联吡啶钌标记的二抗goat Anti-Mouse IgG通过蠕动泵注入到电解槽腔内驻留2小时，然后通过蠕动泵使磷酸缓冲液流过电解槽腔洗掉未结合的二抗goat Anti-Mouse IgG。 

5)通过蠕动泵将电解槽腔内的清洗磷酸缓冲液排干，然后使其中充满电化学发光用的电解液(此处用罗氏公司的ProCell溶液)，通过电化学工作站控制电位在1.4V，通过控制软件使光电倍增管采集光信号，软件给出积分峰面积值。与工作曲线相对照即可获得待测液中mouse IgG的含量。 

Claims (6)

1.一种用于电化学发光检测的流通池，其特征为：所述流通池包括一侧铰接相连的基底和基块，以及分设于基底、基块之上用于密封流通池的锁紧装置，其中所述基底设有用于盛放电极芯片的凹槽，所述基块具有中空的电解槽腔，电解槽腔朝向电极芯片的一侧为开口状，并环绕开口设有密封圈，且电解槽腔顶端设有光学窗体，用于液体流入、流出的管路穿透基块与电解槽腔相连通，且所述基块相隔于电解槽腔设有对应电极芯片三电极引脚的电极弹片。

2.根据权利要求1所述的一种用于电化学发光检测的流通池，其特征为：所述基底设有与电极芯片外观尺寸匹配的凹槽，且所述凹槽的深度等于或大于电极芯片的高度。

3.根据权利要求1所述的一种用于电化学发光检测的流通池，其特征为：所述光学窗体为密封固定于电解槽腔上部相对电极芯片三电极之一工作电极的光学玻璃。

4.根据权利要求1所述的一种用于电化学发光检测的流通池，其特征为：所述管路与外界管道或液体容器相连，其中管路相连的部分具有锥形密封圈、锥形螺纹圈、外丝软管接头或快速接头之一的密封结构。

5.根据权利要求1所述的一种用于电化学发光检测的流通池，其特征为：所述锁紧装置为合页式结构配合紧固螺栓、电磁铁、磁铁和相配套的螺纹螺栓结构中的任意一种。

6.一种具有权利要求1所述流通池的用于电化学发光检测的流通系统，其特征在于包括：流通池、电极芯片、液体动力源及控制处理单元，其中

所述电极芯片具有工作电极、参比电极、对电极及其三电极引脚；

所述控制处理单元至少包括光信号接收模块、单片处理模块及输出控制模块，其中所述光信号接收模块正对光学窗体设置；

所述液体动力源至少为设于流通池基块外管路上的蠕动泵，所述蠕动泵的开关控制端连接到控制处理单元的输出控制模块上。

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