CN106198499A - 一种用于化学发光检测的微流控芯片及其检测方法 - Google Patents

Abstract

一种用于化学发光检测的微流控芯片及其检测方法，涉及微全分析系统。所述微流控芯片设有芯片，在芯片上设有至少一根微通道；每根微通道依次由预储液微通道、样品微通道和反应微通道组成；微通道两端分别设有入口和出口。检测方法：将微流控芯片的微通道连接完整并保证接口处密闭；在微通道的出口和/或入口施加驱动力，微通道不同部分的溶液在驱动力的作用下，依次流经反应微通道；所有溶液流经反应微通道的过程中，会发生化学发光现象；对发出的光使用光电倍增管或CCD相机进行信号采集，实现对样品中待测物的化学发光检测。结构简单，易于制作；操作简便，检测快速；外界干扰小，无交叉污染；还能通过平行的多根微通道实现多样品的平行检测。

Description

一种用于化学发光检测的微流控芯片及其检测方法

技术领域

本发明涉及微全分析系统，尤其是涉及一种用于化学发光检测的微流控芯片及其检测方法。

背景技术

目前，体外诊断的发展主要有两种趋势：一种是高灵敏和一体集成化，即在大型医院或机构配套的高灵敏的大型全自动的仪器设备，对疾病实现高精度的诊断分析；另一种是小型化、床旁诊断，即通过小型的自动化设备，实现现场诊断和快速分析(刘道志.中国医疗器械信息.2014.中国体外诊断行业现状与发展趋势)。目前我国人口众多，由于老龄化现象的加剧以及各类疫情的爆发导致人们的发病率剧增，而完全依靠大型医院的大型设备已不能满足现实需求，因此研制操作简便、重现性好、灵敏度高和定量准确的快速检测的方法和设备逐渐变得极为迫切。

化学发光系统的原理是：免疫反应中的酶作用于发光底物；发光底物发生化学反应并释放出大量的能量，产生激发态的中间体；当激发态中间体回到稳定的基态时，会同时发射出光子。使用信号测量仪器可测量出发射出的光量子数量，信号强度与样品中的待测物质的量成正比，由此可以通过标准曲线计算出样品中待测物的含量(LarryJ.Anal.Chem,1999.KrickaChemiluminescence and Bioluminescence)。与荧光和吸收光谱等光学检测方法相比，化学发光没有激发光源的干扰，具有背景信号低、交叉干扰小、灵敏度高、线性范围宽等优点(李超.分析测试技术与仪器.2006.化学发光分析法的发展与应用)。而且由于仪器设备简单、操作方便、分析速度快且便于实现自动化，化学发光分析已广泛应用于临床诊断等各个领域。目前国内临床检测所采用的化学发光分析方法的仪器和配套试剂主要依赖进口，价格昂贵且试剂消耗量大，导致检测成本较高。所以建立能满足临床快速检测需要，且灵敏度高、特异性强、试剂消耗小、成本较低的的检测方法十分必要。

自从1990年提出微全分析系统这一概念以来，微流控芯片技术在化学、生命科学、环境科学和食品科学等领域开辟了广阔的发展空间(林炳承,秦建华.高等学校化学学报.2009.微流控芯片分析化学实验室)。微流控芯片是在硅片、玻璃或高聚物的基底上，制作微米尺度的微通道和结构功能单元，实现样品制备、反应、分离和检测等功能，从而最终实现分析检测设备的微型化、集成化和便携化。微流控芯片在微米尺度空间对流体进行操控，从而将实验室的基本功能微缩到一块芯片上。由于其结构尺寸在微米级别，所以具有效率高、试样用量少、灵敏度高、分析速度快、便于自动化和通量高等优点。微流控芯片是一个非常理想的微型分析平台，非常适用于即时和便携分析，在化学分析研究和疾病诊断领域具有广阔的发展前景(方肇伦,方群.现代科学仪器.2001.微流控芯片发展与展望)。

将微流控芯片技术与化学发光检测方法相结合，能够满足体外诊断对化学发光检测的要求，目前也有一些有关进行两者结合的报道，中国专利201310295337.5和200910154432.7将毛细管电泳和化学发光将结合。中国专利201510696773.2和201510696707.5使用磁微粒在微流控芯片上进行化学发光检测。中国专利201310659610.8和201210163571.8分别在微流控芯片上进行电化学发光和生物化学发光检测。中国专利201210339160.X在金膜上结合适体来进行化学发光检测。中国专利201410719841.8在布基的微流控芯片上使用化学发光检测样品中的过氧化氢。

发明内容

本发明针对现有体外诊断技术的实际需求，提供一种用于化学发光检测的微流控芯片及其检测方法。

所述用于化学发光检测的微流控芯片设有芯片，在芯片上设有至少一根微通道；每根微通道依次由预储液微通道、样品微通道和反应微通道组成；所述微通道的两端分别设有入口和出口。

所述样品微通道和反应微通道可以合并为一体。

当采用至少两根微通道时，由一根微通道重复排列形成。

所述预储液微通道、样品微通道和反应微通道可采用直接加工在芯片上的微通道，或外接的微通道。

所述预储液微通道、样品微通道和反应微通道上可设有接口，所述接口用于向预储液微通道、样品微通道和反应微通道内添加溶液，或者用于连接外接的微通道。

所述预储液微通道中预先储存有化学发光过程所需要的缓冲液、抗体、酶、底物以及其他所需溶液，溶液之间使用空气或其他与水不互溶的溶剂如己醇进行间隔。

所述样品微通道用于添加样品溶液或者将样品溶液引入到微流控芯片的微通道内。

所述预储液微通道和样品微通道可以是顺次连接，也可以是分段穿插连接。如沿着从入口到出口的方向可以是按预储液微通道-样品微通道进行连接，也可以按照预储液微通道-样品微通道-预储液微通道进行连接。

所述反应微通道可以是空的，或者储存有固相(或液相)载体。反应微通道的内表面或固相(或液相)载体的表面，结合有能与样品中的待测组份相结合的物质。

用于化学发光检测的微流控芯片的检测方法，包括以下步骤：

1)将微流控芯片的微通道连接完整并保证接口处密闭；

2)在微通道的出口和/或入口施加驱动力，微通道不同部分的溶液会在驱动力的作用下，依次流经反应微通道；所有溶液流经反应微通道的过程中，会发生化学发光现象；

3)对发出的光使用光电倍增管或CCD相机进行信号采集，从而实现对样品中的待测物的化学发光检测。

本发明的优点在于：

芯片的结构简单，易于制作；操作简便，检测快速；外界干扰小，无交叉污染；还能通过平行的多根微通道实现多样品的平行检测。

附图说明

图1是本发明的具有单根微通道的微流控芯片的结构示意图。

图2是本发明的包含外接样品微通道的微流控芯片的结构示意图。

图3是本发明的微流控芯片的连接完成后的示意图。

图4是本发明的包含外接样品微通道的微流控芯片完成连接后的示意图。

图5是本发明的微流控芯片的检测过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

参见图1～4，所述用于化学发光检测的微流控芯片实施例设有芯片1，在芯片1上设有至少一根微通道2；每根微通道依次由预储液微通道3、样品微通道4和反应微通道5组成；所述微通道的两端分别设有入口6和出口7。

所述样品微通道和反应微通道可以合并为一体。

当采用至少两根微通道时，由一根微通道重复排列形成。

所述预储液微通道、样品微通道和反应微通道可采用直接加工在芯片上的微通道2，或外接的微通道8。

所述预储液微通道、样品微通道和反应微通道上可设有接口9，所述接口9用于向预储液微通道、样品微通道和反应微通道内添加溶液，或者用于连接外接的微通道8。

所述预储液微通道中预先储存有化学发光过程所需要的缓冲液、抗体、酶、底物以及其他所需溶液10，溶液之间使用空气或其他与水不互溶的溶剂如己醇11进行间隔。

所述样品微通道4用于添加样品溶液或者将样品溶液引入到微流控芯片的微通道内。

所述预储液微通道和样品微通道可以是顺次连接，也可以是分段穿插连接。如沿着从入口到出口的方向可以是按预储液微通道-样品微通道进行连接，也可以按照预储液微通道-样品微通道-预储液微通道进行连接。

所述反应微通道5可以是空的，或者储存有固相(或液相)载体。反应微通道的内表面或固相(或液相)载体的表面，结合有能与样品中的待测组份相结合的物质。

用于化学发光检测的微流控芯片的检测方法，包括以下步骤：

1)将微流控芯片的微通道连接完整并保证接口处14密闭；

2)在微通道的出口和/或入口施加驱动力，微通道不同部分的溶液会在驱动力的作用下，依次流经反应微通道；所有溶液流经反应微通道的过程中，会发生化学发光现象；

3)对发出的光使用光电倍增管或CCD相机进行信号采集，从而实现对样品中的待测物的化学发光检测。

如图5所示，整个微流控芯片的微通道由预储液微通道、样品微通道和反应微通道组成，使用双抗体夹心法对样品进行化学发光检测。在预储液微通道内依次(沿从入口到出口的方向)预储化学发光反应底物、缓冲液PBST、缓冲液TBS、酶标抗体和缓冲液PBS，溶液之间通过空气柱进行间隔。样品微通道内填充样品溶液。反应微通道内储存有磁珠，磁珠表面固定有抗体。同时磁珠被磁场局限在反应微通道内而无法从出口流出反应微通道。

微通道连接完整并保证接口的封闭后，在出口施加一负压以驱动微通道内的溶液进行流动。当样品溶液流经反应微通道时，终止出口处的负压，使样品溶液在反应微通道内进行温育。样品溶液中的待测物(即抗原)充分结合到磁珠表面固定的抗体上。驱动微通道内的溶液继续流动，PBS缓冲液将反应微通道内残余的样品溶液清洗干净。然后将酶标抗体溶液与磁珠同样进行温育，使酶标抗体充分结合到已结合在磁珠表面的抗原上。缓冲液TBS和缓冲液充分清洗反应微通道和磁珠，将残余的酶标抗体溶液充分清洗干净。化学发光反应底物溶液PBST流经反应微通道时，在酶标抗体表面结合的酶的作用下，反应底物发生化学发光反应，从而实现了样品中抗原的检测。

Claims (10)

1.一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于设有芯片，在芯片上设有至少一根微通道；每根微通道依次由预储液微通道、样品微通道和反应微通道组成；所述微通道的两端分别设有入口和出口。

2.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述样品微通道和反应微通道合并为一体。

3.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于当采用至少两根微通道时，由一根微通道重复排列形成。

4.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述预储液微通道、样品微通道和反应微通道采用直接加工在芯片上的微通道，或外接的微通道。

5.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述预储液微通道、样品微通道和反应微通道上设有接口，所述接口用于向预储液微通道、样品微通道和反应微通道内添加溶液，或者用于连接外接的微通道。

6.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述预储液微通道中预先储存有化学发光过程所需要的缓冲液、抗体、酶、底物以及其他所需溶液，溶液之间使用空气或其他与水不互溶的溶剂如己醇进行间隔。

7.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述样品微通道用于添加样品溶液或者将样品溶液引入到微流控芯片的微通道内。

8.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述预储液微通道和样品微通道顺次连接，或分段穿插连接。

9.如权利要求1所述一种用于化学发光检测的微流控芯片，其特征在于所述反应微通道为空的，或储存有固相载体或液相载体。

10.用于化学发光检测的微流控芯片的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

1)将微流控芯片的微通道连接完整并保证接口处密闭；

2)在微通道的出口和/或入口施加驱动力，微通道不同部分的溶液会在驱动力的作用下，依次流经反应微通道；所有溶液流经反应微通道的过程中，会发生化学发光现象；

3)对发出的光使用光电倍增管或CCD相机进行信号采集，从而实现对样品中的待测物的化学发光检测。