CN104374930A - 人类免疫缺陷病毒检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于生化分析技术领域，提供了一种人类免疫缺陷病毒检测装置，对待检测样品进行检测，包括支撑件和设于支撑件上的微流控芯片，微流控芯片上设有用于放置待检测样品和磁性微珠体的进样池、对待检测样品依次进行吸附、洗涤、聚集处理的样品处理区、样品信号放大池、与样品信号放大池连通的样品检测池，样品信号放大池与样品检测池之间设有检测元件，进样池、样品处理区以及样品信号放大池依次设置于进样通道上并连通，支撑件上还设有用于驱动磁性微珠体由进样池进入样品信号放大池内的驱动装置，支撑件上还设有对待检测样品进行温度调节的温度调节装置，用于控制驱动装置、温度调节装置、检测元件运行的控制装置，该装置自动化程度高。

Description

人类免疫缺陷病毒检测装置及其检测方法

技术领域

本发明属于生化分析技术领域，尤其涉及一种人类免疫缺陷病毒检测装置及利用该检测装置对人类免疫缺陷病毒进行检测的检测方法。

背景技术

获得性免疫缺陷综合征（Acquired Immunodeficiency syndrome,AIDS）简称艾滋病，是由人类免疫缺陷病毒（Human immuunodeficiency，HIV）感染引起的一种严重传染病。自美国1981年诊断出首例艾滋病患者以来，根据最新的WHO数据评估，截止2013年年底，全球估计共有3530万艾滋病病毒感染者。

艾滋病病毒的传播途径主要包括血液传播、性接触、毒品注射和母婴传播，在人体内的潜伏期平均为7～10年，HIV感染潜伏期病人没有明显的临床症状，但具有高度的传染性，对HIV进行检测以发现传染源和切断传播途径是防治AIDS最有效的手段，HIV免疫学检测时最有效和最广泛使用的方法，HIV抗体筛查是我国法定的四个血源性筛查项目之一。

目前，对HIV抗体检测最常用的方法是使用检测试剂盒，检测时将被检样品从加样孔加在试纸条上样垫上，使样品溶解标记磁珠并在NC膜上层析，然后在规定的时间内用磁力检测仪检测试纸条上数据，根据所读取的数据判定结果，然而，这种检测试剂盒存在检测自动化程度低，试剂消耗量大，检测灵敏度低等问题，不能满足人们对人类免疫缺陷病毒早期诊断中快速、准确、高效检测的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种人类免疫缺陷病毒检测装置，旨在解决现有技术提供的检测装置存在检测自动化程度低，试剂消耗量大，检测灵敏度低的问题。

本发明是这样实现的，一种人类免疫缺陷病毒检测装置，用于对待检测样品进行检测，包括支撑件和设于所述支撑件上的微流控芯片，所述微流控芯片上设有用于放置所述待检测样品和磁性微珠体的进样池、对所述待检测样品依次进行吸附、洗涤、聚集处理的样品处理区、对经所述样品处理区处理过的所述待检测样品进行信号放大处理的样品信号放大池、与所述样品信号放大池连通的样品检测池，所述样品信号放大池与所述样品检测池之间设有对经所述样品信号放大池处理过的所述待测样品进行检测的检测元件，所述进样池、所述样品处理区以及所述样品信号放大池依次设置于进样通道上并连通；所述支撑件上还设有用于驱动所述磁性微珠体沿所述进样通道由所述进样池进入所述样品信号放大池内的驱动装置，所述支撑件上还设有对置于所述样品信号放大池内的所述待检测样品进行温度调节的温度调节装置，所述支撑件上还设有用于控制所述驱动装置、所述温度调节装置、所述检测元件运行的控制装置。

具体地，所述控制装置包括设于所述支撑件上的电路板和设于所述电路板上的控制元件，所述电路板上设有与所述微流控芯片外形相适配的安装槽，所述微流控芯片可拆卸安装于所述安装槽内。

进一步地，所述驱动装置包括设于所述微流控芯片下方的步进电机，所述步进电机与所述控制元件电连接，所述步进电机的输出轴上设有与所述磁性微珠体磁性相吸的磁性件。

进一步地，所述电路板的一侧设有用于辅助所述温度调节装置降温的散热风扇，所述散热风扇与所述控制元件电连接，所述散热风扇的出风口朝向所述微流控芯片。

进一步地，所述支撑件上还设有提供所述控制元件所需直流电源的交流电转换器，所述交流电转换器与所述控制元件电连接。

具体地，所述样品处理区包括对所述待检测样品进行吸附处理的样品吸附区、对所述待检测样品进行洗涤处理的样品洗涤区以及对所述待检测样品进行聚集处理的样品聚集区，所述样品吸附区、所述样品洗涤区以及所述样品聚集区通过所述进样通道依次连通。

具体地，所述微流控芯片由基片和盖设于所述基片上的盖片组成，所述进样池、所述样品吸附区、所述样品洗涤区、所述样品聚集区、所述样品信号放大池、所述样品检测池以及所述进样通道分别刻蚀于所述基片上。

进一步地，所述基片上还刻蚀有用于放置缓冲液的缓冲溶液池，所述缓冲溶液池与所述样品检测池分设所述样品信号放大池的两侧，并与所述样品信号放大池连通。

优选地，所述检测元件为电泳检测仪，所述电泳电测仪具有第一电极与第二电极，所述第一电极设置于所述样品信号放大池内，所述第二电极设置于所述样品检测池内，所述样品信号放大池与所述样品检测池之间形成电泳检测通道。

本发明提供的一种人类免疫缺陷病毒检测装置有益效果在于：将待检测样品的处理过程集成于微流控芯片上，检测人员将待检测样品放置于进样池内，并启动该检测装置，该检测装置对待检测样品进行细胞裂解、吸附、洗涤、聚集、信号放大、检测等自动化操作，减轻检测人员的工作负担，而且提高检测灵敏度。

本发明的另一目的在于提供一种使用如上述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置检测人类免疫缺陷病毒的检测方法，包括如下检测步骤：

S1、将所述待检测样品放置于所述进样池内，向所述进样池内加入裂解液，以使所述待检测样品进行细胞裂解，然后向所述进样池内加入表面包被有特异包膜蛋白抗体的磁性微珠体和样品处理液，并静置10～15分钟；

S2、所述控制装置启动所述驱动装置运行，所述驱动装置驱动所述磁性微珠体移动至所述样品处理区，所述待检测样品在所述样品处理区内发生吸附、洗涤与聚集反应；

S3、所述待检测样品聚集后，所述驱动装置驱动所述磁性微珠体进入所述样品信号放大池内，所述待检测样品在所述样品信号放大池内发生聚合酶链式反应，生成核酸分子；

S4、所述检测元件对所述核酸分子进行检测。

本发明提供的检测方法的有益效果在于：检测人员只需将待检测样品和裂解液放置于进样池内，其余操作由该设备自动完成，操作简单，自动化程度高，减轻检测人员工作负担，而且，检测灵敏度高。

附图说明

图1为本发明实施例提供的人类免疫缺陷病毒检测装置的立体图；

图2为本发明实施例提供的人类免疫缺陷病毒检测装置的主视图；

图3为本发明实施例提供的用于人类免疫缺陷病毒检测装置的微流控芯片的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明进行详细的描述。

如图1至图3所示，本发明实施里提供一种人类免疫缺陷病毒检测装置，对待检测样品进行检测，包括支撑件1和微流控芯片2，微流控芯片2设置于支撑件1上，微流控芯片2上设有用于放置待检测样品和磁性微珠体（图中未示出）的进样池21、对待检测样品依次进行吸附、洗涤、聚集处理的样品处理区22以及对经样品处理区22处理过的待检测样品进行信号放大处理的样品信号放大池23和样品检测池24，样品信号放大池23与样品检测池24连通，样品信号放大池23与样品检测池24之间设有对经样品信号放大池23处理过的待测样品进行检测的检测元件（图中未示出），进样池21、样品处理区22、样品信号放大池23依次设置于进样通道25上，并相通，支撑件1上还设有用于驱动磁性微珠体沿进样通道25由进样池21进入样品信号放大池23内的驱动装置3，支撑件1上设有温度调节装置4，待检测样品在温度调节装置4的作用下发生聚合酶链式反应，聚合酶链式反应是是利用DNA在体外摄氏95°高温时变性会变成单链，低温（经常是60℃左右）时引物与单链按碱基互补配对的原则结合，再调温度至DNA聚合酶最适反应温度（72℃左右），DNA聚合酶沿着磷酸到五碳糖(5'-3')的方向合成互补链，本发明实施例提供的温度调节装置4能在变性温度，复性温度，延伸温度之间很好地进行控制。

如图1与图2所示，支撑件1上还设有用于控制驱动装置3、温度调节装置4、检测元件的控制装置（图中未示出），检测人员将待检测样品放置于进样池21内，并向进样池21内加入裂解液，待检测样品进行细胞裂解，使待检测样品的细胞膜破裂，分解形成小分子蛋白片段，然后，向进样池21内加入包被有特异包膜蛋白抗体的磁性微珠体和样品处理液，蛋白片段与磁性微珠体包被的特异包膜蛋白抗体抗结合，因此，当磁性微珠体移动时，带动小分子蛋白片段进行样品处理。静置一段时间后，控制装置控制驱动装置3运行，驱动装置3驱动吸附有小分子蛋白片段的磁性微珠体旋转至样品处理区22内，待检测样品与样品处理区22内的样品缓冲液进行样品吸附、洗涤、聚集等反应，上述反应完成后，驱动装置3再次运行，将磁性微珠体移动至样品信号放大池23内，控制装置控制温度调节装置4运行，通过温度调节装置4对待检测样品进行温度循环操作，而该操作包括如下步骤：a、升温至94℃保持2min；b、94℃保持30sec；c、降温至55℃保持30sec；d、升温至72℃保持30sec；e、72℃保持3min；f、降温至4℃保持5min。其中步骤b至步骤e循环20-25次，提供待检测样品发生聚合酶链式反应所需的温度，确保待检测样品生成足够多的核酸分子，检测元件对核酸分子进行检测，获得检测结果，在待检测样品的检测过程中，采用自动化操作，操作简单，减轻检测人员的工作负担，提高待检测样品的检测灵敏度，且使用的试剂量少，降低试剂消耗量。

具体地，支撑件1为驱动装置3、温度调节装置4、控制装置提供支撑，支撑件1可以为工作台、支撑架等。

在本实施例中，样品裂解液的成分为50mM Tris(pH7.4)、150mM NaI、1%NP-40、0.1%SDS、0.1%EDTA。下面对细胞裂解液的主要成分作进一步详述：

NP-40：其是一种去垢剂。在生物实验中，常用来加在细胞裂解液中间。可以破坏细胞膜，但是保留核膜。NP-40是很温和的去垢剂，1%浓度的基本可以破坏掉胞膜，而对核膜破坏的作用弱，结合特定的buffer可以获得胞浆蛋白。

SDS：十二烷基磺酸钠（Sodium dodecyl sulfate，SDS），是洗洁精的主要成分。常用于DNA提取过程中使蛋白质变性后与DNA分开。SDS是一种已知的能够使蛋白质变性的去污剂。它用于确定蛋白分子量的聚丙烯酰胺凝胶电泳。它也可以用于核酸抽提操作中破坏细胞壁及裂解核酸-蛋白复合物。在较高温度下，破坏蛋白质与DNA的结合，使DNA释放出来。

EDTA：其是化学中一种良好的配合剂，它有六个配位原子，形成的配合物叫做螯合物，EDTA在配位滴定中经常用到，一般是测定金属离子的含量，在生物应用中，用于排除大部分过度金属元素离子（如铁（III），镍（II），锰（II））的干扰。在蛋白质工程及试验中可在不影响蛋白质功能的情况下去除干扰离子。

样品处理液的成分为：0.05M Na₂CO₃-NaHCO₃（PH9.6）

Na₂CO₃……8.586g/L

NaHCO₃……5.88g/L

H₂O………1L

如图1与图3所示，控制装置包括设于支撑件1上的电路板51和设于电路板51上的控制元件52，电路板51上设有与微流控芯片2外形相适配的安装槽511，微流控芯片2可拆卸安装于安装槽511内，由于微流控芯片2属于一次性用品，避免微流控芯片2的交叉使用，因此，每做完一例人类免疫缺陷病毒检测，应及时将微流控芯片2由安装槽511处取出，及时更换上新的微流控芯片2，采用通用的微流控芯片2，操作易行。

如图1与图2所示，驱动装置3包括一设于微流控芯片2下方的步进电机31，步进电机31与控制元件52电连接，步进电机31的输出轴上设有圆盘（图中未示出），圆盘的外径尺寸与进样通道25的外径尺寸相适配，圆盘上设有与磁性微珠体相对应的磁性件（图中未示出），磁性件设置于进样池21的正下方，并与磁性微珠体相吸，步进电机31的输出轴旋转时，圆盘发生相应的转动，磁性件吸引磁性微珠体发生移动，将磁性微珠体移动至样品处理区22内，继而对待检测样品进行处理，步进电机31的运行由控制元件52控制，无需检测人员手动操作，自动化程度高，空间紧凑，且磁性件与磁性微珠体无直接接触，可避免污染样品，保证检测的准确性。

如图1与图2所示，电路板51的一侧设有用于辅助温度调节装置4降温的散热风扇6，散热风扇6与控制元件52电连接，散热风扇6的出风口朝向微流控芯片2，由于温度调节装置4需要循环地对微流控芯片2进行升温与降温操作，为更快地辅助和快速降温，开启散热风扇6，当温度调节装置4升温时，控制元件52自动关闭散热风扇6，无需检测人员操作，实施方便快捷。

如图1与图2所示，支撑件1上还设有提供控制元件52所需直流电源的交流电转换器7，交流电转换器7与控制元件52电连接，由于控制元件52采用直流供电，交流电转换器7可以将市电220v转换成控制元件52所需的直流电，确保控制元件52获得持续电源，人类免疫缺陷病毒检测装置正常工作。

如图2与图3所示，样品处理区22包括对待检测样品进行吸附处理的样品吸附区221、对待检测样品进行洗涤处理的样品洗涤区222以及对待检测样品进行聚集处理的样品聚集区223，样品吸附区221、样品洗涤区222以及样品聚集区223通过进样通道25依次连通，进样通道25呈圆环形设置，进样池21、样品吸附区221、样品洗涤区222、样品聚集区2吸引磁性微珠体进入样品吸附区221，磁性微珠体上吸附的待检测样品与样品缓冲液发生反应，并静置5～8分钟，然后，控制元件52再次控制步进电机31运行，将磁性微珠体移动至样品洗涤区222，在样品洗涤区222内设有样品洗涤液，样品洗涤液对待检测样品进行洗涤，步进电机31再次驱动磁性微珠体进入样品聚集区223内，静置2～3分钟，待检测样品聚集，并等待下一步的操作，待检测样品的吸附、洗涤、聚集等操作全部由控制元件52控制实现，试剂损耗量小，且操作自动化程度高。

在本实施例中，样品洗涤液成分为：磷酸盐缓冲液0.01M，PH7.2

NaCl…………………100g/L

KCl…………………2.5g/L

Na₂HPO₄.12H₂O………36.3g/L

KH₂PO₄………………2.5g/L

H₂O……………………1L

如图3所示，微流控芯片2由基片20和盖设于基片20上的盖片（图中未示出）组成，通过CO₂激光光刻技术将进样池21、样品吸附区221、样品洗涤区222、样品聚集区223、样品信号放大池23、样品检测池24以及进样通道25分别刻蚀于基片21上，为了使样品进样池21、样品吸附区221、样品洗涤区222、样品聚集区223及样品信号放大池23合理布局在基板20上以及方便HIV病毒样品在各功能单元之间的转移，样品进样池21、样品吸附区221、样品洗涤区222、样品聚集区223及样品放大池23沿同一圆周方向排列布置，使得待检测样品流动性更好。

如图3所示，基片20上还刻蚀有用于放置缓冲液的缓冲溶液池26，缓冲溶液池26与样品检测池24分设样品信号放大池23的两侧，并与样品信号放大池23连通，溶液缓冲池26内放置有缓冲溶液，缓冲溶液将待检测样品稀释，便于下一步的检测。

如图3所示，检测元件为电泳检测仪，电泳电测仪具有第一电极与第二电极，第一电极设置于样品信号放大池23内，第二电极设置于样品检测池24内，样品信号放大池23与样品检测池24之间形成电泳检测通道，电泳检测仪通电后，可以实现对待检测样品电泳富集，通过施加一定的激励信号，监测第一电极与第二电极的变化来获得相应的电学响应信号，实现微流控芯片2对待检测样品的定量检测，建立快速、准确的HIV定量检测分析，此外，在电泳检测通道的上方设有紫外光源，在紫外线的照射下，可以对相关联的核酸分子进行辨识，检测人员根据显示结果进行诊断，提高诊断准确率。

下面对本发明实施例提供的检测装置对HIV灭活病毒进行检测的工作过程作进一步的描述，其中，在本实施例中以HIV灭活病毒P24包膜蛋白为检测对象：

S1、将待检测样品放置于进样池21内，向进样池21内加入裂解液，以使待检测样品进行细胞裂解，然后向进样池21内加入表面包被有特异包膜蛋白抗体的磁性微珠体和样品处理液，并静置10～15分钟；

S2、控制装置启动驱动装置3运行，驱动装置3驱动磁性微珠体移动至样品处理区22，待检测样品在样品处理区22内发生吸附、洗涤、与聚集反应，具体地，待检测样品移动至样品吸附区221内，然后静置5～8分钟，以使待检测样品和样品吸附区221的样品缓冲液发生作用，利用驱动装置3驱动样品吸附区221的带有待检测样品的磁性微珠体移动至样品洗涤区222，并静置数分钟，以使待检测样品与样品洗涤区222的样品洗涤液发生作用，利用驱动装置3驱动样品洗涤区222的吸附有待检测样品磁性微珠体移动至样品聚集区223，并静置2-3分钟，待检测样品在样品聚集区223发生聚集；

S3、待检测样品聚集后，驱动装置3驱动磁性微珠体进入样品信号放大池23内，待检测样品在样品信号放大池23内发生聚合酶链式反应，生成核酸分子，具体地，温度调节装置4对待检测样品进行温度循环操作，而该操作包括如下步骤：a、升温至94℃保持2min；b、94℃保持30sec；c、降温至55℃保持30sec；d、升温至72℃保持30sec；e、72℃保持3min；f、降温至4℃保持5min。其中步骤b至步骤e循环20-25次，生成足够多的核酸分子。

S4、检测元件对核酸分子进行检测。

本发明提供用于检测人类缺陷免疫病毒的检测方法，利用驱动装置3将带有待检测样品的磁性微珠体依次进入样品吸附区221、样品洗涤区222、样品聚集区223以及样品信号放大池23，电泳检测仪对已完成信号放大处理的待检测样品进行检测，采用自动化操作，减轻检测人员的工作负担，且使用试剂量少，降低试剂消耗，其检测限可以达到1fg的数量级，相较于现有的常规实验方法1ng的检测限，提高检测灵敏度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种人类免疫缺陷病毒检测装置，用于对待检测样品进行检测，其特征在于：包括支撑件和设于所述支撑件上的微流控芯片，所述微流控芯片上设有用于放置所述待检测样品和磁性微珠体的进样池、对所述待检测样品依次进行吸附、洗涤、聚集处理的样品处理区、对经所述样品处理区处理过的所述待检测样品进行信号放大处理的样品信号放大池、与所述样品信号放大池连通的样品检测池，所述样品信号放大池与所述样品检测池之间设有对经所述样品信号放大池处理过的所述待测样品进行检测的检测元件，所述进样池、所述样品处理区以及所述样品信号放大池依次设置于进样通道上并连通；所述支撑件上还设有用于驱动所述磁性微珠体沿所述进样通道由所述进样池进入所述样品信号放大池内的驱动装置，所述支撑件上还设有对置于所述样品信号放大池内的所述待检测样品进行温度调节的温度调节装置，所述支撑件上还设有用于控制所述驱动装置、所述温度调节装置、所述检测元件运行的控制装置。

2.如权利要求1所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述控制装置包括设于所述支撑件上的电路板和设于所述电路板上的控制元件，所述电路板上设有与所述微流控芯片外形相适配的安装槽，所述微流控芯片可拆卸安装于所述安装槽内。

3.如权利要求2所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述驱动装置包括设于所述微流控芯片下方的步进电机，所述步进电机与所述控制元件电连接，所述步进电机的输出轴上设有与所述磁性微珠体磁性相吸的磁性件。

4.如权利要求2所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述电路板的一侧设有用于辅助所述温度调节装置降温的散热风扇，所述散热风扇与所述控制元件电连接，所述散热风扇的出风口朝向所述微流控芯片。

5.如权利要求2所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述支撑件上还设有提供所述控制元件所需直流电源的交流电转换器，所述交流电转换器与所述控制元件电连接。

6.如权利要求1至5中任一项所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述样品处理区包括对所述待检测样品进行吸附处理的样品吸附区、对所述待检测样品进行洗涤处理的样品洗涤区以及对所述待检测样品进行聚集处理的样品聚集区，所述样品吸附区、所述样品洗涤区以及所述样品聚集区通过所述进样通道依次连通。

7.如权利要求6所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述微流控芯片由基片和盖设于所述基片上的盖片组成，所述进样池、所述样品吸附区、所述样品洗涤区、所述样品聚集区、所述样品信号放大池、所述样品检测池以及所述进样通道分别刻蚀于所述基片上。

8.如权利要求7所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述基片上还刻蚀有用于放置缓冲液的缓冲溶液池，所述缓冲溶液池与所述样品检测池分设所述样品信号放大池的两侧，并与所述样品信号放大池连通。

9.如权利要求1所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置，其特征在于：所述检测元件为电泳检测仪，所述电泳电测仪具有第一电极与第二电极，所述第一电极设置于所述样品信号放大池内，所述第二电极设置于所述样品检测池内，所述样品信号放大池与所述样品检测池之间形成电泳检测通道。

10.一种使用如权利要求1至9中任一项所述的一种人类免疫缺陷病毒检测装置检测人类免疫缺陷病毒的检测方法，其特征在于：包括如下检测步骤：

S1、将所述待检测样品放置于所述进样池内，向所述进样池内加入裂解液，以使所述待检测样品进行细胞裂解，然后向所述进样池内加入表面包被有特异包膜蛋白抗体的磁性微珠体和样品处理液，并静置10～15分钟；

S2、所述控制装置启动所述驱动装置运行，所述驱动装置驱动所述磁性微珠体移动至所述样品处理区，述待检测样品在所述样品处理区内发生吸附、洗涤与聚集反应；

S3、所述待检测样品聚集后，所述驱动装置驱动所述磁性微珠体进入所述样品信号放大池内，所述待检测样品在所述样品信号放大池内发生聚合酶链式反应，生成核酸分子；

S4、所述检测元件对所述核酸分子进行检测。