CN105181665B - 基于声光联用的分子动力学测试平台 - Google Patents

Abstract

本案涉及基于声光联用的分子动力学测试平台，包括：基底层；声波压电层；微通道；微通道里与声波压电层相接触的一面被设置为金属层，与该金属层相对的另一面被设置为透光层；流动层，其填充于金属层与透光层之间；流动层有流体，在该流体内均匀分散有载体和第一吸附体，载体表面设置有第二吸附体；其中，在流动层与金属层之间还设置有固定层，固定层包含有第三吸附体；第一吸附体上连接有荧光标记端。本案无需对样品前处理即可直接进行检测，能够快速从复杂样本中捕获超微量的生物待测分子，可实现对待测分子浓度的精确检测；实现对生物分子的动态过程测试，获取待测分子质量、粘弹性等信息，并能测算反应速率、结合常数等动力学参数。

Description

基于声光联用的分子动力学测试平台

技术领域

本发明涉及一种用于测试待测液体中目标待测分子的动力学的装置，特别涉及一种基于声光复合联用技术的分子动力学测试平台。

背景技术

声波压电传感技术是近年来快速兴起的一种非光学、高灵敏定量检测技术。通过对上述传感器界面进行特异性修饰，几乎不受样品透光性及粘度的影响，可以在反应体系中迅速捕获目标分子，这些分子与传感器表面结合后可以改变压电材料振动的谐振频率信号，该信号幅度和相位的变化反应了结合分子的质量、粘弹性等分子含量的信息，并结合反应动态曲线可以对反应速率、结合常数和解离常数等动力学参数进行解析。不足之处就是，由于声学测试属无标检测，有些分子与传感器的非特异性粘附极易引起假阳性结果。非特异性粘附是指样品中其他杂蛋白和分子会吸附到压电传感器表面，造成质量吸附和频率移动，从而引起假阳性结果，尽管可以通过加强表面修饰来减少假阳性结果的发生，但还是有少部分会吸附。并且，压电技术没有辨别具有标记功能的分子的能力，它只能看出有没有分子吸附到表面引起质量的增加。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于通过构建一种全新的类似于检测盒的分子动力学测试平台，通过对该平台结构的改进，使得其可以抑制假阳性结果的发生，提高其所获得的动力学参数的精确度。

由于假阳性结果的存在，使得压电检测技术在对待测物的终端浓度检测方面的应用受到很大的限制，其所测最终浓度误差较大。而光学检测方法灵敏度高，检测用的半自动化、全自动分子诊断以光学仪器为主。而如果能够将光学检测技术与压电检测技术相结合，将会提高压电检测技术的精度和应用范围。然而，两者的结合存在着诸多的技术障碍，首先是两者检测所用的装置结构迥异，如何能够在一个检测池中集成出能对两者参数的检测装置结构，成为了十分头疼的问题；并且，更为令人头疼的是，传统技术是以ELISA、WesternBlot等光学检测方法发展的最为成熟，但是对高粘度、透光性差的复杂液体样本的“直接”检测十分困难，它们均需要对样品进行前处理，如离心，过滤、稀释等。光学检测技术易受背景干扰，如粘度、密度等因素，其检测限较低，即无法精确测试极低浓度含量。

因此，本发明的另一目的是通过对该分子动力学测试平台结构的改进，能够基于声光联用的角度去协调整合光学检测和压电检测技术，使两者形成一个有机整体，彼此取长补短。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种基于声光联用的分子动力学测试平台，包括：

基底层；

声波压电层，其设置在所述基底层上；

微通道，其设置在所述声波压电层上；所述微通道里与所述声波压电层相接触的一面被设置为金属层，所述微通道里与该金属层相对的另一面被设置为透光层；

流动层，其填充于所述金属层与所述透光层之间；所述流动层包括有流体，在该流体内均匀分散有载体和第一吸附体，所述载体表面设置有第二吸附体；

其中，在所述流动层与所述金属层之间还设置有固定层，所述固定层包含有第三吸附体；并且

所述第一吸附体上连接有荧光标记端。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述基底层为硅。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述声波压电层选自压电陶瓷、石英、铌酸锂、氧化锌或氮化铝中的一种。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述金属层为金。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述透光层为玻璃或透光树脂。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述载体为磁珠。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述基底层下方设置有磁铁。

优选的是，所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其中，所述磁珠表面设置有聚合物层，所述第二吸附体设置在该聚合物层上。

本发明的有益效果是：

1)无需对样品前处理即可直接进行检测，三种吸附体能够快速从复杂样本中捕获超微量的生物待测分子，借助于对分子所进行的光学标记，可以实现对待测分子浓度的精确检测；所测浓度还能用于对声波压电传感器采集到的相关参数进行有效校正；

2)实现对生物分子的动态过程测试，获取待测分子质量、粘弹性、浓度等信息，并结合反应动态曲线测算反应速率、结合常数和解离常数等动力学参数。

附图说明

图1为基于声光联用的分子动力学测试平台的结构示意图。

图2为以该测试平台为核心的测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1和2所示，本案提供一实施例的基于声光联用的分子动力学测试平台，该测试平台只是整个检测系统的一部分，它需要结合进样装置、温控装置、压电信号检测电路及光学信号检测电路共同完成整个检测过程，不过，由于进样装置、温控装置、压电信号检测电路和光学信号检测电路都属于现有技术，本案在此不再赘述。该测试平台具体包括：

基底层1；

声波压电层2，其设置在基底层1上；声波压电层2即为声波压电传感器，它由压电材料组成；

微通道3，其设置在声波压电层2上；微通道3里与声波压电层2相接触的一面被设置为金属层4，微通道3里与该金属层4相对的另一面被设置为透光层5；

流动层6，其填充于金属层4与透光层5之间；流动层6包括有流体，在该流体内均匀分散有载体7和第一吸附体8，载体7表面设置有第二吸附体9；

其中，在流动层6与金属层4之间还设置有固定层10，固定层10包含有第三吸附体11；并且

第一吸附体8上连接有荧光标记端12。

第一吸附体8、第二吸附体9和第三吸附体11的具体形式无法被限制，因为这些吸附体是根据待测分子14的特性来选择的，也就是说，不同的待测分子14可能需要选择不同的吸附体，且吸附体吸附的方式也不应受限制，可以是化学吸附，也可以是物理吸附，可以是生物学的特异性吸附，也可以是非特异性吸附，具体采用哪种吸附方式还是主要依据待测分子14的特性而定。例如，可以选择第一吸附体8和第二吸附体9对待测分子14进行吸附，从而将待测分子14包裹固定住，形成夹心结构，将第三吸附体11对荧光标记端12进行吸附，以使得该夹心结构连同载体7一起被固定在固定层10上。

在上述实施例中，基底层1优选为硅。

在上述实施例中，声波压电层2优选选自压电陶瓷、石英、铌酸锂、氧化锌或氮化铝中的一种。

在上述实施例中，金属层4优选为金。金属层4的作用增加生物相容性，而优选的金的生物相容性更好，且在金的表面设置固定层10会更加方便容易。

在上述实施例中，透光层5优选为玻璃或透光树脂。透光层5必须要选用透光型材料，因为透光层5需要与光学信号检测电路结合使用，光学信号检测电路中的激光光源发出后，穿过透光层5，在激发荧光标记端12后，激发出荧光，荧光穿过透光层5，被光学信号检测电路接收。光学信号检测电路为现有技术，通常包括激发光源、透镜、光学探测器、中央处理器等。

在上述实施例中，载体7优选为磁珠。载体7的作用通过重力作用，加速含待测分子14的夹心结构与固定层10的结合，而当载体7是磁珠时，则效果更好，磁珠与流体试剂的兼容性好，比表面积大，增加了试剂与待测分子14接触几率，利于加速反应进程。

在上述实施例中，基底层1下方设置有磁铁13。磁铁13可以是永磁铁，也可以是电磁铁，如果是永磁铁，可通过手动移取来选择引入磁场或取消磁场；如果是电磁铁，可通过通断电的方式来开关磁场。磁铁13提供了磁场，磁场结合磁珠，可以提高复杂样品中对待测分子14捕获分离的效率，加速反应进程，缩短反应时间。

在上述实施例中，磁珠表面优选设置有聚合物层，第二吸附体设置在该聚合物层上。聚合物层的作用主要是提高夹心结构与磁珠结合的稳定性，从而提高在反复检测时的数据重现性。

该测试平台的运行方式是：含待测分子14的待测液通过进样装置进入微通道3内，根据该待测分子14的特点，可以设计选择第一吸附体8和第二吸附体9对待测分子14进行吸附，从而将待测分子14包裹固定住，形成夹心结构，设计选择第三吸附体11对荧光标记端12进行吸附，随后引入磁场，在磁场作用下，磁珠连同含待测分子14的夹心结构快速与含第三吸附体11的固定层10固定结合在一起，此时，取消磁场，未结合的磁珠、吸附体及待测液中的其他杂质随流体流出微通道3，待测分子14通过吸附体的抓取被筛选固定在微通道内，这一动态过程都被压电传感器记录了下来，从而获取了待测分子的质量、粘弹性、浓度等信息，并结合反应动态曲线测算反应速率、结合常数和解离常数等动力学参数，在获取解离常数时，只需在流体中加入能够使荧光标记物与第三吸附体解离的物质即可；由于第一吸附体8上连接有荧光标记端12，第一吸附体8又与待测分子呈固定比例结合，因此，荧光标记端12的浓度就能直接反应待测分子的浓度，而待测分子在经过上述过程后，在无形中就已经经过了一个分离、提纯、稀释的过程，这使得原本无法通过光学检测技术来对待测分子进行直接检测成为了现实，并且，通过这种夹心结构的提纯方式所测得的数据远比采用常规离心分离或稀释所获得的数据准确。通过光学信号检测电路获取待测分子的最终浓度，该浓度也远比压电检测技术所获得的数据准确。光学信号和压电信号都可以换算成待测分子的浓度，在计算终点浓度的时候光学信号换算的浓度结果可信度高，所以选用光学换算的结果，并以这个浓度结果来修正压电检测时的动态信号。例如：压电测的浓度是100ng/mL，而光学测的只有90ng/mL，那就说明压电有10％的信号是由非特异性吸附造成的，需要将压电的动态曲线进行修正。采用这样的测试平台，可以很好地将压电技术和光学技术进行整合，使得双方能够取长补短，以压电技术中的吸附过程解决光学技术中的前处理过程，以光学技术中的高精度结果来校正压电技术中的假阳性结果，两种技术的结合能够对检测的效果带来质的飞跃。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于声光联用的分子动力学测试平台，其特征在于，包括：

基底层；

声波压电层，其设置在所述基底层上；

微通道，其设置在所述声波压电层上；所述微通道里与所述声波压电层相接触的一面被设置为金属层，所述微通道里与该金属层相对的另一面被设置为透光层；

流动层，其填充于所述金属层与所述透光层之间；所述流动层包括有流体，在该流体内均匀分散有载体和第一吸附体，所述载体表面设置有第二吸附体；

其中，在所述流动层与所述金属层之间还设置有固定层，所述固定层包含有第三吸附体；并且

所述第一吸附体上连接有荧光标记端；

所述基底层为硅；

所述金属层为金。

2.如权利要求1所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其特征在于，所述声波压电层选自压电陶瓷、石英、铌酸锂、氧化锌或氮化铝中的一种。

3.如权利要求1所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其特征在于，所述透光层为玻璃或透光树脂。

4.如权利要求1所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其特征在于，所述载体为磁珠。

5.如权利要求4所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其特征在于，所述基底层下方设置有磁铁。

6.如权利要求5所述的基于声光联用的分子动力学测试平台，其特征在于，所述磁珠表面设置有聚合物层，所述第二吸附体设置在该聚合物层上。