CN104965080B - 一种用于检测抗体或抗原的反应单元及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于检测抗体或抗原的反应单元及系统，用于检测抗体或抗原的系统包括至少一个反应单元，反应单元包括一个顶部开口的反应腔，反应腔底部设置有一块检测板，检测板上铺设有至少一对电极片，电极片的接线端穿过并固定在反应腔的盒体上；检测板上还固定有目标抗体或抗原的对应抗原或抗体。还包括一个辅助测控模块和安装有测控软件的移动智能设备。辅助测控模块用于提供反应单元激励信号，同时采样反应单元的阻抗值，然后发送到移动智能设备，通过测控软件分析得出检测结果，并上传云端。本发明的用于检测抗体或抗原的反应单元及系统具有携带方便，操作容易，适用范围广，检测速度快，检测精度高，便于检测结果的存档等优点。

Description

一种用于检测抗体或抗原的反应单元及系统

技术领域

本发明涉及免疫分析检测领域，特别的涉及一种用于检测抗体或抗原的反应单元及系统。

背景技术

双电层就是任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相与吸引，形成双电层。在电极的金属-电解质的两相界面存在电势，同样将产生双电层。将金属电极插到溶液中时，电极/溶液界面的行为类似与平板电容器，它可以用类似与电容器的物理方程来描述：

其中C为界面电容，为真空介电常数，为电极/溶液界面物质介电常数，A为电极与溶液的接触面积，d是界面层厚度。当物质吸附到电极表面上时，d会增大，同时会减小，从而使界面电容降低。

免疫检测是基于抗原-抗体结合，对特定生化物质进行定性或定量分析的技术。抗体通过抗原表面的表位识别对应抗原并结合。这种识别也使免疫检测具有高特异性：如艾滋病抗体只会与艾滋病抗原结合，而不会与其他抗原反应。

现有的抗体或抗原检测通常是由经过专业培训的操作人员在实验室环境使用购买或者自制的试剂盒并结合如荧光显微镜等仪器来完成。试剂盒中有出厂前覆盖好的待测样品中目标抗体或抗原对应的抗原或抗体。待测样品通常需要在实验室内经过离心等预处理，此外，部分检测还需要购买荧光标记过的二抗来完成。

检测实验结果通常是观察试剂盒中颜色的变化，或者用荧光显微镜观测荧光亮度来获取，如果需要还会手工将结果记录存档。由于抗原与抗体结合的必要条件是抗原与抗体靠近或接触。在传统的检测方法中，目标抗体或抗原与试剂盒内的对应抗原或抗体的接触单纯的依靠扩散运动和随机布朗运动。所以检测时间很长，从采集样品到得出结果往往需要一天甚至数天时间。同时，检测人员需要专业培训，检测结果与检测人员的经验相关，具有一定的主观性。

综上，当前免疫检测存在的问题有：操作复杂，许多抗体/抗原的免疫检测需要实验室环境以及对检测人员进行专门培训，检测结果具有主观性，检测速度慢、成本高，检测结果不便于存档。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种便于携带，操作容易、简便，检测速度快，检测准确度较高，结果存档方便的用于检测抗体或抗原的反应单元及系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于检测抗体或抗原的反应单元，其特征在于，包括一个顶部开口的反应腔，反应腔底部设置有一块检测板，检测板上铺设有至少一对电极片，电极片的接线端穿过并固定在反应腔的盒体上；检测板上还固定有目标抗体或抗原的对应抗原或抗体。

固定目标抗体或抗原的对应抗原或抗体也就是对抗原或抗体的包被处理。测试时，将待测体液样品从反应单元的顶部开口滴入反应腔内，并与检测板上的电极片相接触。对电极片施加交流激励信号，使反应单元内部产生介电泳效应和电热效应，介电泳效应使得待测体液样品中的目标抗体或抗原向电极片方向移动，同时，电热效应使反应单元内部形成显著的温度梯度而引起的局部流体流动将与介电泳效应一同加快目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体的结合速度。与传统的反应相比，往往只需要1~5分钟即可完成反应，提高了检测的效率。

对目标抗体或抗原的对应抗原或抗体进行包被处理，能够使待测体液样品中的目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体结合后能够更好的固定在检测板上，有利于提高检测的准确度。

待测体液样品滴入反应腔后，在电极片上形成双电层，当抗体抗原接合后，改变了双电层的厚度，使得反应单元内部的阻抗值发生变化，通过测量阻抗值的变化大小，就可以得出检测结果。

作为优化，所述电极片包括两片相互平行的呈长条状的电极主体，电极主体位于靠近另一个电极主体的一侧具有若干等距设置的相互平行的长条状的电极支部，电极支部的另一端接近另一个电极主体；两个电极主体的电极支部相互交错设置。

这样，在单位面积内，可以增大电极片相对边的长度，使得电泳和电热效应更加强烈，加快反应速度，有利于提高检测效率。同时，电极形状以及对应的等效电路相对简单，加工容易，制造成本低。

作为优化，所述检测板上还铺设有一层封闭剂。封闭剂一般采用无关蛋白配制，目的是采用无关蛋白占据反应单元内未被抗原或抗体占据的位置以减少非特异性吸附。防止其他物质吸附到电极片上对阻抗值造成影响，这样，可以提高检测的准确性。

一种用于检测抗体或抗原的系统，其特征在于，包括至少一个如上所述的用于检测抗体或抗原的反应单元，还包括一个辅助测控模块，辅助测控模块包括处理器模块，与处理器模块电连接的通讯模块，存储模块，阻抗信号接收模块以及信号发生器；阻抗信号接收模块的输出端连接到处理器模块的阻抗信号输入端；信号发生器的参数输入端电连接到处理器模块的参数输出端；辅助测控模块还包括用于连接所述反应单元的接线端的测量接口，测量接口的一端连接所述阻抗信号接收模块的输入端，测量接口的另一端连接有一个激励信号调理模块，激励信号调理模块的输入端连接信号发生器的输出端；激励信号调理模块包括设置在输入端的信号调理电路，信号倍频电路以及设置在输出端的信号放大电路；阻抗信号接收模块包括设置在输入端的电流-电压转换模块，低通滤波器以及设置在输出端的模数转换器；还包括一个安装有测控软件的移动智能设备，所述移动智能设备连接到所述辅助测控模块的通讯模块上。

检测时，首先，将反应单元的接线端与辅助测控模块的测量接口相连接，将待测体液样品从反应单元的顶部开口滴入反应腔内，并与检测板上的电极片相接触。再启动辅助测控模块，处理器模块根据目标抗体或抗原设定激励信号参数，由信号发生器发生产生并通过激励信号调理模块对反应单元的电极片施加激励信号，这样，在反应单元内产生介电泳效应以及电热效应，介电泳效应使得待测体液样品中的目标抗体或抗原向电极片方向移动，加快目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体相结合，从而使接合部位电极表面的双电层的厚度变厚（原来电极表面的双电层厚度为包被的抗原或抗体的厚度，现在的双电层厚度为目标抗体或抗原与对应抗原或抗体向结合后的厚度。）。随着目标抗体或抗原与对应抗原或抗体向结合的数量越多，接合部位的面积增大，厚度变厚的双电层面积不断增大，使得反应单元内部的总阻抗值变化越大，具体来说，阻抗中容抗成分将越来越小。

阻抗信号接收模块检测并记录反应单元内部的阻抗值变化，将记录的阻抗值储存在存储单元内。然后通讯模块将存储单元中记录的阻抗值传送到移动智能设备中，移动智能设备通过测控软件对接收的阻抗值进行分析，能够定性的得出检测结果。最后移动智能设备将检测结果通过网络上传云端，做存档处理。

这样，检测过程中施加激励信号，产生电泳效应加快了目标抗体或抗原向电极片方向移动的速度，使得抗体与抗原更快接触和结合，提高了反应的速度和检测效率。其次，利用双电层理论，测量反应单元内部的阻抗值的变化，再对阻抗值进行分析，能够定性的得出检测结果，对检测人员的专业要求相对较低，使用更加方便。再次，将检测结果上传云端，有利于数据的整合，可以永久保存，便于系统性的记录。整个检测系统所采用的设备体积小，便于携带，方便检测人员现场采样检测，能够实现实时获取检测结果，提高了检测速度。

作为优化，所述激励信号调理模块还具有一个用于与所述移动智能设备耳机孔进行信号传输的数据接口；所述数据接口通过导线连接到所述移动智能设备的耳机孔中。

这样，可以采用移动智能设备的测控软件根据不同的目标抗体或抗原设定激励信号参数，并通过耳机孔输出正弦信号到激励信号调理模块对电极片施加激励信号。相比于处理器模块设定参数，移动智能设备可以使参数的设定及激励信号的输出更加方便，更加灵活。测控软件能够根据不同的目标抗体或抗原从云端下载对应的激励信号参数用于设定，而处理器模块只能事先烧入有限的激励信号参数，如需更改，还需要由专业人员使用电脑以及烧录器操作。这样，该系统能够更加快速的适应不同的目标抗体或抗原。

作为进一步优化，所述辅助测控模块中的通讯模块包括一个USB接口以及一个蓝牙模块。

这样，移动智能设备可以通过数据线与通讯模块进行通讯，也可以通过蓝牙与通讯模块通讯，具有容错功能。同时，USB接口还可以用于为处理器模块升级固件以改善参数，使其可以匹配更多类型的反应单元。

综上所述，本发明的用于检测抗体或抗原的反应单元及系统具有携带方便，操作容易，适用范围广，检测速度快，检测精度高，便于检测结果的存档等优点。

附图说明

图1为一种采用本发明结构的抗体抗原检测测试系统的结构示意图。

图2为图1中反应单元的结构示意图。

图3为乳腺炎抗体的频率-电容变化率图。

图4为检测乳腺炎抗体时采样的时间-电容值图。

图5为检测稀释的乳腺炎抗体时采样的时间-电容值图。

具体实施方式

下面结合一种采用本发明结构的抗体抗原检测测试系统及附图对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

如图1和图2所示，一种抗体抗原检测测试系统，包括至少一个反应单元1，反应单元包1括一个顶部开口的反应腔，反应腔底部设置有一块检测板，检测板上铺设有至少一对电极片11，电极片11的接线端12穿过并固定在反应腔的盒体上；检测板上还固定有目标抗体或抗原的对应抗原或抗体。

固定目标抗体或抗原的对应抗原或抗体也就是对抗原或抗体的包被处理。能够使待测体液样品中的目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体结合后能够更好的固定在检测板上，有利于提高检测的准确度。

待测体液样品滴入反应腔后，在电极片上形成双电层，当抗体抗原接合后，改变了双电层的厚度，使得反应单元内部的阻抗值发生变化，通过测量阻抗值的变化大小，就可以得出检测结果。

其中，还包括一个辅助测控模块2，辅助测控模块2包括电源模块（图中未示出）和处理器模块21，与处理器模块21电连接的通讯模块22，存储模块23，阻抗信号接收模块24以及信号发生器25；阻抗信号接收模块24的输出端连接到处理器模块21的阻抗信号输入端；信号发生器25的参数输入端电连接到处理器模块21的参数输出端；辅助测控模块2还包括用于连接所述反应单元1的接线端12的测量接口，测量接口的一端连接所述阻抗信号接收模块24的输入端，测量接口的另一端连接有一个激励信号调理模块26，激励信号调理模块26的输入端连接信号发生器25的输出端；激励信号调理模块26包括设置在输入端的信号调理电路261，信号倍频电路262以及设置在输出端的信号放大电路263；阻抗信号接收模块24包括设置在输入端的电流-电压转换模块241，低通滤波器242以及设置在输出端的模数转换器243；还包括一个安装有测控软件的移动智能设备3，所述移动智能设备3连接到所述辅助测控模块2的通讯模块22上。

检测时，首先，将反应单元的接线端与辅助测控模块的测量接口相连接，将待测体液样品从反应单元的顶部开口滴入反应腔内，并与检测板上的电极片相接触。再启动辅助测控模块，处理器模块根据目标抗体或抗原设定激励信号参数，由信号发生器发生产生并通过激励信号调理模块对反应单元的电极片施加激励信号，这样，在反应单元内产生介电泳效应以及电热效应，介电泳效应使得待测体液样品中的目标抗体或抗原向电极片方向移动，加快目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体相结合，从而使接合部位电极表面的双电层的厚度变厚（原来电极表面的双电层厚度为包被的抗原或抗体的厚度，现在的双电层厚度为目标抗体或抗原与对应抗原或抗体向结合后的厚度。）。随着目标抗体或抗原与对应抗原或抗体向结合的数量越多，接合部位的面积增大，厚度变厚的双电层面积不断增大，使得反应单元内部的总阻抗值变化越大，具体来说，阻抗中容抗成分将越来越小。

阻抗信号接收模块检测并记录反应单元内部的阻抗值变化，将记录的阻抗值储存在存储单元内。然后通讯模块将存储单元中记录的阻抗值传送到移动智能设备中，移动智能设备通过测控软件对接收的阻抗值进行分析，能够定性的得出检测结果。最后移动智能设备将检测结果通过网络上传云端，做存档处理。

检测过程中施加激励信号，产生电泳效应加快了目标抗体或抗原向电极片方向移动的速度；产生电热效应使反应单元内部形成显著的温度梯度而引起的局部流体流动将与介电泳效应一同加快目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体的结合速度。这样，与传统的反应相比，往往只需要1~5分钟即可完成反应，提高了检测的效率。其次，利用双电层理论，测量反应单元内部的阻抗值的变化，再对阻抗值进行分析，能够定性的得出检测结果，对检测人员的专业要求相对较低，使用更加方便。再次，将检测结果上传云端，有利于数据的整合，可以永久保存，便于系统性的记录。整个检测系统所采用的设备体积小，便于携带，方便检测人员现场采样检测，能够实现实时获取检测结果，提高了检测速度。

具体实施时，辅助测控模块还可以设置多组激励信号调理模块和阻抗信号接收模块，这样，可以同时对多个反应单元进行检测，并针对不同的反应单元检测不同的抗体或抗原。

其中，所述电极片11包括两片相互平行的呈长条状的电极主体，电极主体位于靠近另一个电极主体的一侧具有若干等距设置的相互平行的长条状的电极支部，电极支部的另一端接近另一个电极主体；两个电极主体的电极支部相互交错设置。

这样，在单位面积内，可以增大电极片相对边的长度，使得电泳和电热效应更加强烈，加快反应速度，有利于提高检测效率。同时，电极形状以及对应的等效电路相对简单，加工容易，制造成本低。具体实施时，电极片还可以采用非对称电极对，也可以采用网状电极，还可以采用螺旋、城堡式电极等各种其它电极形式。

其中，所述检测板上还铺设有一层封闭剂。封闭剂一般采用无关蛋白配制，目的是采用无关蛋白占据反应单元内未被抗原或抗体占据的位置以减少非特异性吸附。防止其他物质吸附到电极片上对阻抗值造成影响，这样，可以提高检测的准确性。

其中，所述激励信号调理模块26还具有一个用于与所述移动智能设备3耳机孔进行信号传输的数据接口；所述数据接口通过导线连接到所述移动智能设备3的耳机孔中。

这样，可以采用移动智能设备的测控软件根据不同的目标抗体或抗原设定激励信号参数，并通过耳机孔输出正弦信号到激励信号调理模块对电极片施加激励信号。相比于处理器模块设定参数，移动智能设备可以使参数的设定及激励信号的输出更加方便，更加灵活。测控软件能够根据不同的目标抗体或抗原从云端下载对应的激励信号参数用于设定，而处理器模块只能事先烧入有限的激励信号参数，如需更改，还需要由专业人员使用电脑以及烧录器操作。这样，该系统能够更加快速的适应不同的目标抗体或抗原。

其中，所述辅助测控模块2中的通讯模块22包括一个USB接口以及一个蓝牙模块。这样，移动智能设备可以通过数据线与通讯模块进行通讯，也可以通过蓝牙与通讯模块通讯，具有容错功能。同时，USB接口还可以用于为处理器模块升级固件以改善参数，使其可以匹配更多类型的反应单元。

具体实施时，通讯模块还可以采用NFC、Lightning等其它模块制作。

实施例2

如图3-图5所示，一种采用实施例1的抗体抗原检测测试系统测试乳腺炎的检测方法，采用如下步骤：

1）确定目标抗体或抗原的激励信号参数；在实验室中采用10Hz~10MHz的信号对目标抗体或抗原进行全扫描，观察目标抗体或抗原的响应情况并找到目标抗体或抗原响应最强烈时的信号参数，确定为目标抗体或抗原的激励信号参数；

具体实施时，如图3所示，采用10Hz~10MHz的信号对含有乳腺炎抗体的试验液进行扫描，检测试验液内的电容变化率，发现当信号频率在越接近100kHz时，试验液内的电容变化率越大，因此，确定乳腺炎抗体的激励信号的幅度为1V，频率为100kHz。

2）获取已经事先在工厂包被有乳腺炎致病菌抗原并做封闭处理的反应单元，并将反应单元的连接端与接线端与辅助测控模块的测量接口相连接。

3）采用采血针获取待测血液样品，并通过血液过滤器将血液中的细胞过滤，防止细胞对检测结果产生影响。然后将待测血液样品滴入反应单元的反应腔内，并与反应腔底部的检测板向接触。

4）将安装有测控软件的手机的耳机孔与辅助测控模块的数据接口相连，并在手机测控软件上设置激励信号的幅度为1V，频率为100kHz。打开辅助测控模块的电源，手机测控软件通过耳机孔发出激励信号，并通过激励信号调理模块施加到反应单元。

具体实施时，还可以事先在处理器模块中烧入乳腺炎抗体的激励信号参数，然后由处理器模块控制信号发生器产生信号并通过激励信号调理模块施加到反应单元。

5）阻抗信号接收模块检测并每隔1秒记录反应单元内部的电容值变化，将记录的电容值储存在存储单元内。然后通讯模块将存储单元中记录的电容值传送到手机中，手机通过测控软件将接收的电容值进行分析，可以定性的得出检测结果。

如图4所示，图4给出了阳性与阴性乳腺炎检测的归一化电容变化情况，并以缓冲液（Buffer-B）作为对照测试样品。图中的血液样品按照1:1的稀释比进行稀释，从图中可以看出，待测血液呈阳性反应，而对照测试样品因为不含乳腺炎抗体，呈阴性反应。

如图5所示，图5中将血液样品分为5份，本分别按照1:1、1:20、1:40、1:80以及1:120的稀释比例进行稀释，每隔1s进行采样后得到的电容值变化曲线，从图中可以看出，乳腺炎抗体的含量越高，电容值下降的越快，当血液样品按照1:120的稀释比进行稀释时，在3分钟的检测时间内，已经很难辨别出与阴性对照组的电容值的区别。由此可以看出，根据电容值的变化可以定性分析出血液中的抗体含量。

具体实施时，还可以实现对目标抗体进行数据标定，然后采用检测值与标定值进行对比，这样，可以定量得出待测样品中的目标抗体含量。

Claims (5)

1.一种用于检测抗体或抗原的系统，其特征在于，包括至少一个用于检测抗体或抗原的反应单元，所述反应单元包括一个顶部开口的反应腔，反应腔底部设置有一块检测板，检测板上铺设有至少一对电极片，电极片的接线端穿过并固定在反应腔的盒体上；检测板上还固定有目标抗体或抗原的对应抗原或抗体；

还包括一个辅助测控模块，辅助测控模块包括处理器模块，与处理器模块电连接的通讯模块，存储模块，阻抗信号接收模块以及信号发生器；阻抗信号接收模块的输出端连接到处理器模块的阻抗信号输入端；信号发生器的参数输入端电连接到处理器模块的参数输出端；辅助测控模块还包括用于连接所述反应单元的接线端的测量接口，测量接口的一端连接所述阻抗信号接收模块的输入端，测量接口的另一端连接有一个激励信号调理模块，激励信号调理模块的输入端连接信号发生器的输出端；激励信号调理模块包括设置在输入端的信号调理电路，信号倍频电路以及设置在输出端的信号放大电路；阻抗信号接收模块包括设置在输入端的电流-电压转换模块，低通滤波器以及设置在输出端的模数转换器；还包括一个安装有测控软件的移动智能设备，所述移动智能设备连接到所述辅助测控模块的通讯模块上。

2.如权利要求1所述的用于检测抗体或抗原的系统，其特征在于，所述电极片包括两片相互平行的呈长条状的电极主体，电极主体位于靠近另一个电极主体的一侧具有若干等距设置的相互平行的长条状的电极支部，电极支部的另一端接近另一个电极主体；两个电极主体的电极支部相互交错设置。

3.如权利要求1所述的用于检测抗体或抗原的系统，其特征在于，所述检测板上还铺设有一层封闭剂。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的用于检测抗体或抗原的系统，其特征在于，所述激励信号调理模块还具有一个用于与所述移动智能设备耳机孔进行信号传输的数据接口；所述数据接口通过导线连接到所述移动智能设备的耳机孔中。

5.如权利要求1至3中任一权利要求所述的用于检测抗体或抗原的系统，其特征在于，所述辅助测控模块中的通讯模块包括一个USB接口以及一个蓝牙模块。