CN106053859A - 一种离心式糖化血红蛋白检测微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，该芯片包括芯片基体、样本检测单元、芯片固定孔；其中样本检测单元由进样孔、进样通道、反应液储液池、反应池、洗涤液储液池、上层通道、层析检测池、下层通道、废液池和通气孔构成；芯片通过液囊预存反应液和洗涤液，层析检测池内固定有层析反应载体；待测样品加入进样孔后，破碎反应液囊释放反应液，样品与反应液进入反应池进行反应，然后离心使反应混合液进入层析检测池，待完全吸收进层析载体后，破碎洗涤液囊释放洗涤液，离心洗去载体上的未结合物质，血红蛋白沉淀留在载体上，可通过反射光进行检测分析。本发明具有进样便捷、样品消耗少、反应效率高、检测时间短等优点。

Description

一种离心式糖化血红蛋白检测微流控芯片

技术领域

本发明涉及微流控芯片技术领域，提供了一种离心式糖化血红蛋白检测的微流控芯片。

背景技术

糖尿病是一组病因和发病机制尚未完全明了的内分泌代谢疾病，具有高并发症和高致死率，近几年糖尿病的发病率呈不断上升趋势，是严重威胁人类健康的世界性公共卫生问题。

在临床上糖尿病主要通过检测血糖参数来判定，而血糖参数只代表抽血时的血糖水平，对确诊有局限性。近年来，糖化血红蛋白(HbAlC)的检测日益受到临床的高度重视，糖化血红蛋白(HbAlC)是指血液中和葡萄糖结合的那一部分血红蛋白。人体内红细胞的寿命一般为120天，在红细胞死亡之前，血液中糖化血红蛋白(HbAlC)含量也保持相对不变。糖化血红蛋白(HbAlC)水平反应了检测前120天内的平均血糖水平，而与取血时间、病人是否空腹及是否使用胰岛素等因素无关，因此，糖化血红蛋白(HbAlC)是反应长期血糖水平的金标准，也是糖尿病辅助诊断、监测、治疗的重要指标。

糖化血红蛋白(HbAlC)的测定方法多种多样，总体来说可分为两大类：一类是基于HbAlC和Hb(血红蛋白)的电荷不同，如离子交换层析法、电泳法；另一类是基于Hb上糖化基团的结构特点，如亲和层析法、免疫法和酶法等。这些方法要么通过大型的生化分析仪或离子交换高压液相色谱仪完成，样品消耗量大、操作程序复杂、仪器试剂成本高，需要配备实验室水平的操作环境和专业的技术操作人员，要么准确度低，稳定性差，因此，开发快速、直观、携带方便、操作简便的用于糖化血红蛋白的微型检测系统成为当前国内外研究的重点。

微流控芯片(Microfluidic chip)又称芯片实验室(Lab on a Chip)，是在芯片上对化学或生物样品进行操作和检测的一项新兴技术。微流控芯片可以把样品的制备、反应、分离和检测等操作单元集成到一张几平方厘米的芯片上，通过对微通道网络内流体的操纵和控制，自动完成分析过程。由于微流控芯片技术具有进样量小、集成度高、易实现自动化控制和高通量分析的特点，使得在微流控芯片上进行生化反应操作较常规的分析样品前处理更方便、快速、成本低廉。因此，将糖化血红蛋白高特异性的亲和层析与微流控芯片强大的分离、检测能力相结合将显示出更为显著的优势，不仅使样品处理时间大幅缩短、试剂和仪器成本大幅降低、检测分辨率和灵敏度显著提高，而且使得现场即时检测成为可能。

发明内容

本发明的目的是提供一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白亲和层析反应及检测的微流控芯片，通过离心对流体运作进行操控，待测样品通过进样孔经由进样通道进入反应池，破碎反应液囊释放反应液，样品与反应液在反应池通过震荡混合均匀并进行反应，然后离心使反应混合液进入层析检测池于层析载体上进行层析，再破碎洗涤液囊，洗涤液进入层析检测池洗去未结合反应物，对层析载体上的反应产物进行反射光分析，最终实现简便、快速的检测。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，该芯片包括芯片基体、样本检测单元、芯片固定孔；其中样本检测单元位于芯片基体上，该样本检测单元由进样孔、进样通道、反应液储液池、反应池、洗涤液储液池、上层通道、层析检测池、下层通道、废液池和通气孔构成；其中进样孔通过进样通道与反应池相连、反应液储液池通过上层通道与反应池相连，反应池、洗涤液储液池分别通过上层通道与层析检测池相连，层析检测池通过下层通道与废液池相连，废液池通过下层通道与通气孔相连；芯片内部存储有全血中糖化血红蛋白检测所需的试剂(包括反应液和洗涤液)，层析检测池内部固定有层析反应载体；所述的微流控芯片能够实现自动定量进样、流体操控、生化反应与层析等功能。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的微流控芯片可以由玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚酯等材料加工而成，芯片材料可以是单一的，也可以是上述材料的组合。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的芯片固定孔，其作用是固定芯片，保证芯片在离心过程中结合牢固不发生偏移。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的反应液储液池内部存储有反应液囊，洗涤液储液池内部存储有洗涤液囊，反应液储液池与洗涤液储液池体积大于对应液囊体积，能保证完全容纳液囊；所述的反应液囊与洗涤液囊里面分别存储有反应液与洗涤液，液囊表面密封，液囊可以是各种形状，液囊材料可以是有机高分子薄膜、铝箔、玻璃等，具有在外力作用下破裂的能力，外力作用可以是离心挤压、机械按压、手动按压等。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的反应池体积大于反应液和样品总体积，保证能完全容纳反应液与样品，使其充分混合反应。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的层析检测池内部固定有层析反应载体，顶部为透明材料，以保证对检测光通透；所述的层析反应载体位于层析检测池中间，将层析检测池分隔成上下两部分，层析检测池上部连接上层通道，层析检测池下部连接下层通道。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的层析反应载体，材料可以是离子交换膜、纤维素膜、滤纸等，孔径为0.2～0.5μm，能够保留血红蛋白沉淀，透过未结合糖化血红蛋白的反应物质。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的废液池体积大于体系中液体总体积，以保证反应和检测过程中试剂不与外界接触，避免外界污染。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，待测样品加入芯片加样孔，破碎反应液囊释放芯片内部预先存储的反应液，待测样品与反应液进入反应池震荡混匀，反应1～3min，震荡反应混合物并离心使其进入层析检测池，完全吸收进层析载体后，破碎洗涤液囊，释放芯片内部预先存储的洗涤液，洗涤液流入层析检测池洗去载体上的未结合物质，5～30s后离心使未结合物质进入废液池，血红蛋白沉淀留在层析载体上可进行反射光检测。

本发明提供了一种离心式的用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，所述的微流控芯片包括一个或者多个样本检测单元。

本发明基于微流控芯片技术平台，集样品进样、亲和层析和光电检测于一体，极大地简化了操作流程，降低了样品和试剂消耗，并且不需要配备昂贵的仪器，极大地降低了使用成本，使现场即时检测成为可能，具有可预见的巨大的经济价值和社会价值。

附图说明

图1为本发明所提供的一种单样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片示意图，(a)为该芯片的平面结构示意图，(b)为该芯片的部分剖面结构示意图。

图2为本发明所提供的一种三样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片示意图。

图3为本发明所提供的一种六样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片示意图。

附图中：1、芯片基体；2、样本检测单元；3、芯片固定孔；21、进样孔；22、进样通道；23、反应液储液池；24、反应液囊；25、反应池；26、洗涤液储液池；27、洗涤液囊；28、上层通道；29、层析检测池；210、层析载体；211下层通道；212、废液池；213、通气孔。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。

实施例1一种单样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片

图1是一种单样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片结构示意图。如图1a所示，该芯片包括芯片基体1、芯片固定孔3、进样孔21、进样通道22、反应液储液池23、反应池25、洗涤液储液池26、上层通道28、层析检测池29、下层通道211、废液池212、通气孔213，反应液储液池23内部预先储存反应液囊24，洗涤液储液池26内部预先储存洗涤液囊27。芯片部分剖面结构如图1b所示，为了保证芯片内部亲和层析反应的进行和反射光检测，层析检测池29内部固定有层析载体210，顶部为透明材料。

使用时，检测样本加入进样孔21中，通过进样通道22进入反应池25，芯片放入相应设备中，通过芯片固定孔3固定，盖上设备盖子，离心，反应液囊24破裂，反应液进入反应池25，震荡混匀样品和反应液，反应1～3min，继续震荡混匀并离心，反应混合物通过上层通道28进入层析检测池29，完全吸收进层析载体210后，离心，洗涤液囊27破裂，洗涤液通过上层通道28流入层析检测池29洗去载体上的未结合物质，5～20s后离心，未结合物质通过下层通道211进入废液池212，而血红蛋白沉淀则留在载体上，然后通过光电检测器进行反射光检测得出结果。该实施例结构是芯片的最小功能单元，适用于单样品的检测。

实施例2一种三样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片

图2是一种三样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片结构示意图。芯片结构采用重复三次最小功能单元的布局，包括芯片基体1、3个样本检测单元2、芯片固定孔3。使用时，将三种待测样品分别加入三个进样孔中，然后放入相应设备中，通过芯片固定孔3固定在设备上，盖上设备盖子，在离心力作用下各个单元里都和单样品检测时一样开始反应并检测。光电检测器可以是阵列式一次性获得三个检测结果，也可以是单个检测器移动至不同检测池而获得检测结果。

实施例3一种六样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片

图3是一种六样品的离心式糖化血红蛋白检测芯片结构示意图。芯片结构采用重复六次最小功能单元的布局，包括芯片基体1、6个样本检测单元2、芯片固定孔3。使用时，将六种待测样品分别加入六个进样孔中，然后放入相应设备中，通过芯片固定孔3固定在设备上，盖上设备盖子，在离心力作用下各个单元里都和单样品检测时一样开始反应并检测。光电检测器可以是阵列式一次性获得六个检测结果，也可以是单个检测器移动至不同检测池而获得检测结果。该实施例可根据需要添加或减少功能单元的数量，能够实现一张芯片上同时检测多个不同样品的糖化血红蛋白。

Claims (10)

1.本发明提供了一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的微流控芯片包括芯片基体、样本检测单元、芯片固定孔；所述的样本检测单元位于芯片基体上；所述的样本检测单元由进样孔、进样通道、反应液储液池、反应池、洗涤液储液池、上层通道、层析检测池、下层通道、废液池和通气孔构成；其中进样孔通过进样通道与反应池相连、反应液储液池通过上层通道与反应池相连，反应池、洗涤液储液池分别通过上层通道与层析检测池相连，层析检测池通过下层通道与废液池相连，废液池通过下层通道与通气孔相连；芯片内部存储有全血中糖化血红蛋白检测所需的试剂(包括反应液和洗涤液)，层析检测池内部固定有层析反应载体；所述的微流控芯片能够实现自动定量进样、流体操控、生化反应与层析等功能。

2.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的微流控芯片可以由玻璃、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯或聚酯等材料加工而成，芯片材料可以是单一的，也可以是上述材料的组合。

3.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的芯片固定孔，其作用是固定芯片，保证芯片在离心过程中结合牢固不发生偏移。

4.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的反应液储液池与洗涤液储液池，内部分别存储有反应液囊与洗涤液囊，反应液储液池与洗涤液储液池体积大于液囊体积，能保证完全容纳液囊；所述的反应液囊与洗涤液囊里面分别存储有反应液与洗涤液，液囊表面密封，液囊可以是各种形状，液囊材料可以是有机高分子薄膜、铝箔、玻璃等，具有在外力作用下破裂的能力，外力作用可以是离心挤压、机械按压、手动按压等。

5.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的反应池体积大于反应液和样品总体积，保证能完全容纳反应液与样品，使其充分混合反应。

6.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的层析检测池内部固定有层析反应载体，顶部为透明材料，以保证对检测光通透；所述的层析反应载体位于层析检测池中间，将层析检测池分隔成上下两部分，层析检测池上部连接上层通道，层析检测池下部连接下层通道。

7.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的层析反应载体，材料可以是离子交换膜、纤维素膜、滤纸等，孔径为0.2～0.5μm，能够保留血红蛋白沉淀，透过未结合糖化血红蛋白的反应物质。

8.按照权利要求1所述一种离心式全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的废液池体积大于体系中液体总体积，以保证反应和检测过程中试剂不与外界接触，避免外界污染。

9.按照权利要求1所述一种用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：待测样品加入芯片加样孔，破碎反应液囊释放芯片内部预先存储的反应液，待测样品与反应液进入反应池震荡混匀并进行反应，然后震荡反应混合物并离心使其进入层析检测池，完全吸收进层析载体后，破碎洗涤液囊，释放芯片内部预先存储的洗涤液，洗涤液流入层析检测池洗去载体上的未结合物质，再离心使未结合物质进入废液池，血红蛋白沉淀留在载体上可进行反射光检测。

10.根据权利要求1所述一种用于全血中糖化血红蛋白检测的微流控芯片，其特征在于：所述的微流控芯片包括一个或者多个样本检测单元。