CN106994370B - 基于磁荧光复合粒子的微流控芯片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于磁荧光复合粒子的微流控芯片，其包括：从下至上依次设置的芯片底层板、芯片沟道层、芯片上层盖板，其中，芯片沟道层包括依次相连的进样区、进样沟道、光学检测区、废液沟道和废液储存区；捕获识别试剂固定于所述光学检测区的下侧，标记识别试剂‑磁荧光复合粒子预固定于所述进样区、进样沟道或者光学检测区的内上侧。本发明还提供了一种光学检测装置。本发明通过磁富集分离反应和荧光光学检测技术进行样品微量物质分析，满足了微量样品中低浓度物质的快速、灵敏、便捷检测需求，解决了现有检测方法的仪器设备复杂昂贵，不够便捷，检测速度慢等问题，在POCT检测领域具有良好的应用价值。

Description

基于磁荧光复合粒子的微流控芯片

技术领域

本发明涉及生物传感器检测技术领域，特别涉及一种采用微流控技术、全反射或者消逝场光学技术和磁荧光粒子技术的光学微流控芯片。

背景技术

全反射荧光技术是一种新型的光学检测技术，采用全反射产生的消逝场来激发荧光，使在入射光作用界面200纳米以内的荧光颗粒受到激发产生荧光，而入射光和多余的其它区域的荧光粒子不会对检测形成干扰，样品的颜色和浑浊度也对检测没有影响，因此，检测信噪比高。目前已经发展的全反射荧光显微技术由于需要复杂的显微成像系统，仪器复杂昂贵，不利于现场检测。此外由于很多样品中待检物质浓度很低，免疫或者特异结合等反应需要较长的反应时间，不利于现场快速检测。结合磁珠的检测技术，可以通过磁珠的运动富集分离效应，有效的捕捉到待测样品中的低浓度待测样品，使检测灵敏度大幅度提高，通过磁场的转换，磁粒子的运动增加了捕获待测物的速度，检测速度也可以大幅提高。

为了实现样品的快速灵敏便捷的检测，在实现本发明的过程中，申请人发现现有技术存在如下技术缺陷：

(1)仪器系统复杂昂贵，无法实现一步式检测，需要额外的加入试剂步骤，需要洗涤，这就无法实现POCT的应用，限制了应用场地和范围。

(2)检测速度慢，对于超低浓度物质无法实现快速现场检测。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本发明提供了一种基于磁荧光复合粒子的微流控芯片，结合了微流控技术、磁富集分离技术、以及全反射荧光检测技术，方便实用。本发明通过磁富集分离反应和荧光光学检测技术进行样品微量物质分析，满足了微量样品中低浓度物质的快速、灵敏、便捷检测需求，解决了现有检测方法的仪器设备复杂昂贵，不够便捷，检测速度慢等问题，在POCT检测领域具有良好的应用价值。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种基于磁荧光复合粒子的微流控芯片，其包括：从下至上依次设置的芯片底层板、芯片沟道层、芯片上层盖板，其中，芯片沟道层包括依次相连的进样区、进样沟道、光学检测区、废液沟道和废液储存区；捕获识别试剂固定于所述光学检测区的下侧，标记识别试剂-磁荧光复合粒子预固定于所述进样区、进样沟道或者光学检测区的内上侧。

根据本发明的另一个方面，提供了一种光学检测装置，其包括：基于磁荧光复合粒子的微流控芯片、检测器件、电磁模块；检测器件置于芯片沟道层的光学检测区的上侧或者下侧；电磁模块置于芯片沟道层的光学检测区的上下两侧。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明基于磁荧光复合粒子的微流控芯片至少具有以下有益效果其中之一：

(1)本发明采用微流控芯片内磁荧光复合粒子进行富集分离反应，有效提高了反应速度和灵敏度，简化了实验步骤，实现了微量样品超低浓度物质的一步式检测；

(2)本发明采用微流控芯片内磁荧光复合粒子进行富集分离反应，与全反射荧光技术结合，不受入射光和多余荧光粒子干扰，有效排除了干扰；

(3)本发明采用特定角度凹槽设计的平面芯片结构，简化了结构，便于应用，与全反射荧光模块技术结合，无需洗涤，减少实验步骤，无需复杂设备和装置，利于现场快速检测；

(4)本发明的微流控芯片在芯片沟道层的废液沟道进行专用渐进性可溶性膜的贴附修饰，实现反应时间的可控；

(5)本发明的微流控芯片在芯片沟道层的废液沟道采用弯道设计以阻止样品过快离开光学检测区，以控制反应时间。

附图说明

图1为本发明实施例微流控芯片的结构示意图。

图2为本发明实施例微流控芯片的检测原理示意图和侧视图。

图3为本发明实施例微流控芯片的替代结构的结构侧视图。

【主要元件】

1 芯片底层板；

2 芯片上层盖板；

3 芯片沟道层；

3-1 进样区；

3-2 进样沟道；

3-3 光学检测区；

3-4 废液沟道；

3-5 废液储存区；

4 入射光；

5 荧光；

6 反射光；

7 捕获抗体/捕获识别试剂；

8 标记抗体/标记识别试剂；

9 磁荧光复合粒子；

9” 激发荧光后的磁荧光复合粒子；

10 检测器件；

11 电磁模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

在本发明的实施例中，提供了一种基于磁荧光复合纳米粒子的微流控芯片。图1为本发明实施例微流控芯片的结构示意图、图2为本发明实施例微流控芯片的检测原理示意图和侧视图、图3为本发明实施例微流控芯片的替代结构的侧视图。如图1至图3所示，本发明基于磁荧光复合粒子的微流控芯片包括：从下至上依次设置的芯片底层板1、芯片沟道层3、芯片上层盖板2，芯片沟道层3包括进样区3-1、进样沟道3-2、光学检测区3-3、废液沟道3-4和废液储存区3-5，捕获抗体/捕获识别试剂7固定于光学检测区3-3下侧，标记抗体/标记识别试剂8-磁荧光复合粒子9预固定于进样区3-1、进样沟道3-2或者光学检测区3-3内上侧。利用本发明的微流控芯片的检测装置，包括上述的基于磁荧光复合粒子的微流控芯片、检测器件10以及电磁模块11，其中，检测器件10置于光学检测区3-3的上方或者下方，电磁模块11在光学检测区3-3的上下两侧。

芯片上层盖板2具有亲水膜层，芯片上层盖板2采用透明塑料制备，芯片上层盖板2靠近芯片沟道层3的一侧进行亲水处理形成亲水膜层，形成进样区3-1和进样沟道3-2均一的亲水界面，双效亲水处理修饰为微量样品自动进样流控提供基础和前提，为了增加亲水性，可以采用亲水胶或者表面活性剂，为了保持亲水性，可以采用纳米材料。

芯片底层板1采用透明材料并在入射光4的入射区域具有特定角度的凹槽设计。具体地，芯片底层板1采用塑料或者玻璃等透明材料制备，厚度在1～4毫米，采用热压成型或者精密雕刻等技术制备。芯片底层板1在入射区域的斜面表面为光学平整，采用特定角度凹槽设计，凹槽设计的入射光入射角度大于40度，从而在光学检测区实现全反射。凹槽设计保证了光线的有效入射和入射角度，其光学面易于保护和免受污染，并且易于制备，有效控制了微流控芯片的厚度和结构，利于后续制备过程中生物点样和相关修饰步骤的定位和放置，利于检测时便捷操作。作为一种具体的实施方式，凹槽采用多凹槽连续设计，减小凹槽深度，保证凹槽的角度和足够的入射宽度。此外，薄芯片不仅有利于磁粒子控制，而且在芯片模具成型时由于高分子材料热胀冷缩效应，冷却后的形变更小，光学平整度更高。

对于芯片沟道层3，芯片沟道层3可以采用透明或者不透明材料，芯片沟道层3可以采用MEMS技术和光刻胶或者高分子材料制备，也可以采用高精度雕刻技术制备，或者采用MEMS技术、高精度雕刻和热压成型几种技术协同制备以实现高精度流控的控制和反应检测区的高灵敏检测。在简易制备体系中，对边界要求精度大于10微米时，采用高精度雕刻工艺形成沟道层；也可以直接采用热压成型或者灌注成型工艺制备沟道层。在高精密制备体系中，对边界精度要求小于10微米，采用MEMS技术的负胶光刻工艺技术制备光学检测区3-3的区域图形，以实现关键区域反应体积和面积的有效控制达到高精度检测，与雕刻工艺技术集成形成整个沟道层的制备，实现高精度检测与成本控制的有效结合。采用固定入射光时，反应检测区域边长在1～5毫米范围，以实现多参数阵列高精度的检测。采用扫描入射光时，反应检测区域边长可以大于5毫米。

在芯片沟道层3中，进样区3-1具有过滤膜，以滤掉待测样品中杂质，过滤膜可以是无机材料或者有机高分子材料，标记材料(标记抗体/标记识别试剂8)可以固定在进样区3-1或者进样区3-1与进样沟道3-2连接处，进样沟道3-2设计为直流通道，也可以是具有时间阀的弯道通道以实现待测样品中待检物质与标记材料的充分溶解和反应，进样区3-1和进样沟道3-2具有亲水修饰以实现样品的顺利延展流动进样。进样区3-1和进样沟道3-2的亲水修饰采用物理方法和化学方法协同修饰实现。在区域下方采用物理等离子短暂作用达到亲水作用和区域上方化学亲水薄层膜修饰，实现协同亲水进样效果以防止样品进样的阻滞。

光学检测区3-3下侧的芯片底层板1是高度透明的，光学检测区3-3的下侧固定捕获识别试剂，捕获识别试剂可以是抗体、核酸、适配体、凝集素等特异性识别生物材料。特异性捕获识别试剂采用共价固定等强结合力方法已达到较强的标记效果。具体地，光学检测区3-3的捕获抗体/捕获识别试剂7采用共价修饰方法固定在光学检测区3-3的下表面，可以采用阵列布局，利于固定入射光检测；也可以采用线性阵列，利于多参数检测。另外，光学检测区3-3同时也是样品反应、富集区和检测区，无需额外的洗涤步骤。通过上方或者下方的检测器件10(发光二极管、光电倍增管或CCD)进行荧光光学检测，并且可以辅以反射光区域检测进行检测矫正，并进行浓度校正计算，从而得到待测样品的浓度。

光学检测区3-3的前端或者上侧固定标记识别试剂8，标记识别试剂8可以是抗体、核酸、适配体、凝集素等特异性识别生物材料，特异性标记识别试剂采用非共价固定等弱结合力方法已达到较容易的复溶效果和迅速反应。标记识别试剂8与磁荧光复合粒子9结合形成复合物标记识别试剂8-磁荧光复合粒子9。作为一种具体实施方式，磁荧光复合粒子9是磁粒子外包被荧光纳米粒子或者直接包被荧光材料的复合粒子，磁粒子是氧化铁纳米粒子，采用上方检测器件检测时，磁粒子为了实现亚波长的有效激发，优选粒径50～300nm磁粒子；采用下方检测器件检测时，优选粒径100～2000nm磁粒子。荧光纳米粒子可以是多孔纳米粒子中结合镶嵌荧光分子材料。荧光材料可以是无机荧光材料或者有机荧光材料或者是荧光量子点，无机荧光材料可以采用稀土离子发光或稀土荧光材料，有机荧光材料可以采用酞菁类或者花菁类染料。

采用磁荧光复合粒子9标记特异性识别生物材料，结合电磁模块11不仅提高反应速度，还通过夹心反应提高灵敏度，进一步结合荧光纳米效应提高灵敏度。磁荧光复合粒子的磁分离可以避免非结合的多余荧光材料的非特异性吸附，减少背景干扰，提高灵敏度。并且与平面型微流控芯片的内向凹槽设计结合，实现了光学的有效角度的高效输入和抗干扰，可以形成集成紧凑高灵敏的光检测模式。此外微流控芯片的内向凹槽设计可以使光学检测器件与微流控芯片光学检测区贴近，减少了光损失和光淬灭，提高了光学检测效率，可以实现低成本、高灵敏的实用价值。

废液沟道3-4采用弯道设计以阻止样品过快离开光学检测区3-3，以控制反应时间，同时在废液沟道3-4进行专用渐进性可溶性膜的贴附修饰，以进一步实现反应时间的控制。

废液储存区3-5用于储存反应废液，具有储液垫，防止废液外溢，保护操作者和环境的安全卫生。

检测器件10置于光学检测区3-3的上方或者下方，检测器件10距离微流控芯片的距离小于1厘米以实现荧光的精密检测，检测器件10可以采用光电倍增管、二极管、或CCD等实现紧凑便携式系统检测，检测器件10可以采用光谱仪或显微系统实现高精度检测。

电磁模块11在光学检测区3-3的上下两侧。上方电磁模块采用环形电磁线圈模块，以实现磁荧光复合粒子9向正上方周围的偏移，从而避免磁荧光复合粒子9的中心区域过度集中，减少中心区的堆叠效应，更有效捕获待测样品中微量待检物质；另外可以为检测器件10空出区域，不影响上方光学检测器件的精密定位和高精度检测。下方电磁模块居于光学检测区3-3的正下方以实现复合物标记识别试剂8-磁荧光复合粒子9捕获待测样品后与下侧的固定识别物(捕获识别试剂7)结合形成夹心反应复合物。

检测时，入射光4可以采用单色光，也可以进行偏光前处理采用偏振光，入射光4进行准直处理，采用等于大于全反射角度，经过微流控芯片凹槽入射到达光学检测区3-3的样品界面，激发经夹心反应固定在界面区的磁荧光复合粒子9，发出荧光5，荧光5被微流控芯片上方或者下方的检测器件10检测。因为入射光4、反射光6与荧光5在不同的角度，因此不会对荧光的检测形成干扰。随捕获待测样品的浓度变化，在特定反应时间，荧光信号的强度与捕获待测样品的浓度正相关，光学检测信号经过专用软件处理分析，得到与浓度相关的数字信号。待测样品可以是血样、尿液、唾液、体液等。采用免疫检测原理或者特异识别，适用于样品中含量低的待检物。在微流控芯片上固定多种抗体/识别材料，可以实现一个微流控芯片上一次检测多个指标。

以下结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：一种基于磁荧光复合纳米粒子的平面型光学微流控芯片的制备和检测mAlb(urinary microalbumin，尿微量白蛋白)。

见图1、2，本发明的一次性的平面型光学微流控芯片主要由芯片底层板1、芯片沟道层3和芯片上层盖板2等构成。其中芯片底层板1采用透明材料并在入射区域具有特定角度的内向凹槽设计；芯片沟道层3包括进样区3-1、进样沟道3-2、光学检测区3-3、废液沟道3-4和废液储存区3-5；芯片上层盖板2具有亲水膜层。捕获抗体/捕获识别试剂7固定于光学检测区3-3下侧，标记抗体/标记识别试剂8-磁荧光复合粒子9预固定于进样区3-1、进样沟道区3-2。检测器件10置于光学检测区3-3的上方，电磁模块11在光学检测区3-3的上下两侧。

其中，芯片底层板1采用灌注成型方式制备，芯片底层板1厚度为0.5～2mm，过厚则影响电磁模块11的效果，过薄则易导致电磁致热生物活性材料的失活。内向凹槽采用多凹槽连续设计，减小凹槽深度，保证凹槽的角度和足够的入射宽度，控制芯片底层板1的合适厚度，利于芯片制备和整体反应体系精密控制，内向凹槽斜面具备镜面级别的平滑度以实现入射光线的高效耦合输入，凹槽入射角大于40度，入射光线采用620nm的单色光，可以进行偏振和准直化处理以实现高效输入和激发。反射区域也采用对称角度的凹槽设计，保证全反光线的射出，避免多次全反射。

芯片上层盖板2采用透明塑料通过精密雕刻工艺制备。对芯片上层盖板2靠近芯片沟道层3的一侧先采用亲水胶均匀涂敷形成具有高粘度的亲和界面，再采用表面活性剂Tween20低浓度活化处理，形成进样区和进样沟道均一的亲水界面，双效亲水处理修饰为微量样品自动进样流控提供基础和前提。在废液沟道进行专用时间可控性渐进性可溶性膜的贴附修饰，调节膜的长度和溶解度以实现反应时间的控制。

芯片沟道层3采用MEMS负胶光刻技术形成光学检测区3-3的区域图形，以实现小于2微米的精确尺寸控制，从而有效降低待测样品的用量至10微升以内。同时可一次制备数十个反应检测区图形。将MEMS工艺与精密雕刻工艺结合实现芯片制备，既保证反应的精密控制，也可实现成本的有效控制。沟道进样区进行局部的物理等离子亲水处理以实现有效进样控制。

捕获抗体采用抗mAlb单抗，共价结合固定在反应光学检测区下表面层。标记材料是配对的抗mAlb单抗连接磁荧光复合纳米粒子，采用100nm链霉亲和素修饰氧化铁磁粒子与亲和素修饰的高效异硫氰酸荧光素材料形成复合纳米粒子。荧光标记抗体材料采用多点滴涂方式在光学检测区的前端或者上侧进行简易固定以实现检测时的迅速复溶和快速反应。选用小粒径磁粒子以形成界面200纳米内的有效消逝场激发形成荧光，在界面上侧获得高效的荧光信号。

检测时，加入10微升待测样品到进样区3-1，待测样品在化学、物理双重亲水作用流控下通过进样沟道3-2，进样过程中复溶标记抗体8-磁荧光复合粒子9，到达光学检测区3-3，在电磁模块11作用下实现磁粒子的运动，增快反应速度，提高灵敏度，上侧环形磁模块延长了磁粒子运动路程，避免了磁粒子的中间集聚效应，提高了多参数检测阵列上荧光的均匀度，提高了检测的精密度。反应5分钟，上侧磁场作用下，将多余磁荧光粒子吸附至上侧四周，多余反应液体在废液沟道3-4的时间可控性渐进性可溶性膜溶解状态下流至废液槽3-5。单色入射光4以大于全反射角入射至光学检测区3-3(反应界面)，激发捕获的磁荧光复合纳米粒子9发出荧光5，纳米粒子的高比表面积有效提高荧光发光效率，降低光淬灭，上方光学检测器件10采用光电倍增管或者CCD等检测荧光强度，利于整个检测装置的便携式集成，利于现场检测，荧光强度与待测物质浓度正相关。

实施例2：见图1、图2，本发明的一次性平面型光学微流控芯片主要由芯片底层板1、芯片沟道层3和芯片上层盖板2等构成。其中芯片底层板1采用透明材料并在入射区域具有特定角度的内向凹槽设计；芯片沟道层3包括进样区3-1、进样沟道3-2、光学检测区3-3、废液沟道3-4和废液储存区3-5；芯片上层盖板2具有亲水膜层。捕获抗体/捕获识别试剂7固定于光学检测区3-3下侧，标记抗体/标记识别试剂8-磁荧光复合粒子9预固定于光学检测区3-3内上侧。检测器件10置于光学检测区3-3的下方，电磁模块11在光学检测区3-3的上下两侧。

其中，芯片底层板1采用热压成型方式制备，芯片底层板1厚度为0.5～2mm，过厚则影响电磁模块11的效果，过薄则易导致电磁致热生物活性材料的失活。内向凹槽斜面实现入射光线的高效耦合输入和全反射输出，凹槽入射角大于60度，入射光线采用600nm的单色光。由于反射光区域是非检测区域，反射区域可采用平面非凹槽设计，全反光线可经多次全反射后从侧面输出，不对检测造成干扰。

芯片上层盖板2采用透明塑料通过精密雕刻工艺制备。对芯片上层盖板2靠近芯片沟道层3的一侧先采用亲水胶均匀涂敷形成具有高粘度的亲和界面，形成进样区和进样沟道均一的亲水界面，利于微量样品自动进样。

芯片沟道层3采用精密雕刻技术形成光学检测区3-3的区域图形，以实现小于10微米的精确尺寸控制，也可实现成本的有效控制。在沟道进样通道进行亲水处理以实现有效进样控制，而在废液沟道进行专用时间可控性渐进性可溶性膜的贴附修饰，调节膜的长度和溶解度以实现反应样品量和反应时间的控制，从而进行小于10微升微量样品的充分反应和精准控制，以及反应时间的有效控制。还为光学检测区的水和空气两种界面的检测提供时间可控的对比检测。

捕获抗体采用抗mAlb单抗，共价结合固定在反应光学检测区下表面层。标记材料是配对的抗mAlb单抗连接磁荧光复合纳米粒子，采用500nm链霉亲和素修饰氧化铁磁粒子与亲和素修饰的二氧化硅纳米粒子包埋酞菁类小分子有机材料形成复合纳米粒子。纳米粒子包埋酞菁类小分子有机荧光材料提高了有效表面积，可以提高荧光的光效应并且降低了光淬灭的影响，荧光标记抗体8采用平面滴涂方式在光学检测区的前端或者上侧进行简易固定以实现检测时的迅速复溶和快速反应。选用较大粒径磁荧光复合粒子以实现更高效的磁粒子富集和快速反应，在下方检测时获得高效光信号。

检测时，加入10微升样品到进样区3-1，样品在化学、物理双重亲水作用下流控下通过进样沟道3-2，进样过程中复溶标记抗体8-磁荧光复合粒子9，到达光学检测区3-3，在电磁模块11作用下实现磁粒子的运动，增快反应速度，提高灵敏度，上侧环形磁模块延长了磁粒子运动路程，避免了磁粒子的中间集聚效应，提高了多参数检测阵列上荧光的均匀度，提高了检测的精密度。反应5分钟，上侧磁场作用下，将多余磁荧光粒子吸附至上侧四周，多余反应液体在废液沟道3-4的时间可控性渐进性可溶性膜溶解状态下流至废液槽3-5。微流控芯片变化位置以对准下方检测器件，保持上方磁作用，单色入射光4以大于全反射角入射至光学检测区3-3(反应界面)，激发捕获的磁荧光复合纳米粒子9发出荧光5，下方光学检测器件10采用光电倍增管或者CCD或者远心镜CCD装置等检测荧光强度，利于整个检测装置的便携式集成，利于现场检测，荧光强度与待测物质蛋白浓度正相关。

实施例3：见图1-3，本发明的一次性平面型光学微流控芯片主要由芯片底层板1、芯片沟道层3和芯片上层盖板2等构成。本实施例可以采用图3所示的平面结构旁侧入射方式，全反射角更大，对于激发效率略差，抗干扰效果更好。其中芯片底层板1采用透明材料并在入射区域具有特定角度的侧向凹槽设计；芯片沟道层3包括进样区3-1、进样沟道3-2、光学检测区3-3、废液沟道3-4和废液储存区3-5；芯片上层盖板2具有亲水膜层。捕获抗体/捕获识别试剂7固定于光学检测区3-3下侧，标记抗体/标记识别试剂8-磁荧光复合粒子9预固定于光学检测区3-3内上侧。检测器件10置于光学检测区3-3的下方，电磁模块11在光学检测区3-3的上下两侧。

其中，芯片底层板1采用热压或者灌注成型方式制备，芯片底层板1厚度为0.5～2mm，过厚则影响电磁模块11的效果，过薄则易导致电磁致热生物活性材料的失活。本实施例可以采用图3所示的平面结构侧向入射方式，全反射角更大，激发效率略差，入射和反射角更大，抗干扰效果更好。侧向凹槽斜面实现入射光线的高效耦合输入和全反射输出，侧向凹槽入射角大于60度，入射光线采用650nm的准直偏振光。

芯片上层盖板2采用透明塑料通过精密雕刻工艺制备。对芯片上层盖板2靠近芯片沟道层3的一侧先采用亲水胶均匀涂敷形成具有高粘度的亲和界面，形成进样区和进样沟道均一的亲水界面，利于微量样品自动进样。

芯片沟道层3采用精密雕刻技术形成光学检测区3-3的区域图形，以实现小于10微米的精确尺寸控制，也可实现成本的有效控制。在进样沟道3-2进行亲水处理以实现有效进样控制，而在废液沟道3-4进行专用时间可控性渐进性可溶性膜的贴附修饰，调节膜的长度和溶解度以实现反应样品量和反应时间的控制，从而进行小于10微升微量样品的充分反应和精准控制，以及反应时间的有效控制。还为光学检测区的水和空气两种界面的检测提供时间可控的对比检测。

捕获抗体7采用致病菌O157识别单抗，共价结合固定在反应光学检测区下表面层。标记材料是配对的抗O157多抗连接磁荧光复合纳米粒子，采用100nm链霉亲和素修饰氧化铁磁粒子与亲和素修饰的酞菁类小分子有机材料形成复合纳米粒子。荧光标记抗体8采用平面滴涂方式在反应检测区的前端或者上侧进行简易固定以实现检测时的迅速复溶和快速反应。

检测时，加入10微升样品到进样区3-1，样品在化学、物理双重亲水作用下流控下通过进样沟道3-2，进样过程中复溶标记抗体8-磁荧光复合粒子9，到达反应检测区3-3，在变化磁模块11作用下实现磁粒子的运动，增快反应速度，提高灵敏度，上侧环形磁模块延长了磁粒子运动路程，避免了磁粒子的中间集聚效应，提高了多参数检测阵列上荧光的均匀度，提高了检测的精密度。反应5分钟，上侧磁场作用下，将多余磁荧光粒子吸附至上侧四周，多余反应液体在废液沟道3-4的时间可控性渐进性可溶性膜溶解状态下流至废液槽3-5。单色入射光4以大于全反射角入射至光学检测区3-3(反应界面)，激发捕获的磁荧光复合纳米粒子9发出荧光5，上方光学检测器件10采用光电倍增管或者CCD装置等检测荧光强度，荧光强度与待测物质浓度正相关。

至此，已经结合附图对本发明进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明基于磁荧光复合纳米粒子的微流控芯片有了清楚的认识。

需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，本文可提供包含特定值的参数的示范，但这些参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

综上所述，本发明提供一种基于磁荧光复合纳米粒子和全反射荧光的平面型光学微流控芯片，采用微流控芯片设计制备、全内反射荧光光学检测技术，实现微量样品中超低浓度物质的自动快速超灵敏检测，一步操作、简单快捷。为了加快反应速度和检测灵敏度，本发明结合磁荧光纳米粒子实现反应的富集和分离，并结合纳米粒子的放大效应，提高灵敏度。此外，本发明采用特定角度凹槽设计的平面芯片结构，通过磁荧光复合粒子的纵向分离与全反射相结合，可以无需洗涤，减少实验步骤，无需复杂的显微系统，利于现场检测。本发明的微流控芯片集成磁分离并结合全反射荧光模块可以实现现场快速检测。本发明结合了磁荧光复合粒子的微流控芯片不仅适用于蛋白分子等疾病标志物，也适用于核酸分子、异质体和细菌、病毒等物质的快速定量检测。

磁荧光复合纳米粒子具有增敏、加速、抗干扰的三重作用：增加了荧光粒子的有效表面积，增加了灵敏度；在电磁模块作用下，增加样品中待测物捕获几率和检测速度；反应结束后，通过磁分离作用减少了洗涤步骤，降低了多余粒子的光干扰。入射光以大于全反射角度入射，激发产生的荧光可以在光学检测区的正上方通过光学检测元件检测，在全反射角度和电磁模块作用下，入射光和多余的荧光粒子对检测没有干扰，因此，可以获得无干扰高灵敏光学信号。本发明的微流控芯片通过结合电控磁富集、磁分离和全反射荧光光学检测技术，实现了样品的快速反应和分离，提高了灵敏度，简化了检测步骤，有利于样品中低浓度样品的快速检测。

应注意，贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因此，在所附权利要求书的范围内，本发明可以有不是上述的其它实现方式。例如：磁粒子的外观种类、荧光材料的种类、检测器件类型等。

Claims (9)

1.一种基于磁荧光复合粒子的微流控芯片，其包括：从下至上依次设置的芯片底层板、芯片沟道层、芯片上层盖板，其中，

芯片沟道层包括依次相连的进样区、进样沟道、光学检测区、废液沟道和废液储存区；

捕获识别试剂固定于所述光学检测区的下侧，标记识别试剂-磁荧光复合粒子预固定于所述进样区、进样沟道或者光学检测区的内上侧；

所述芯片底层板的入射区域和/或反射区域具有特定角度的至少一个凹槽。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，入射光在凹槽的入射角度大于40度，从而在所述光学检测区实现全反射。

3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述入射区域为芯片底层板的底面或侧面。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述磁荧光复合粒子为磁粒子外包被荧光纳米粒子或者磁粒子直接包被荧光材料的复合粒子。

5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其中，所述荧光纳米粒子为多孔纳米粒子中结合镶嵌荧光分子材料，所述荧光材料为无机荧光材料或者有机荧光材料或者荧光量子点。

6.根据权利要求4或5所述的微流控芯片，其中，所述磁粒子的粒径为50～2000nm。

7.根据权利要求1所述的微流控芯片，其中，所述进样沟道和/或废液沟道为弯道形式。

8.根据权利要求1或7所述的微流控芯片，其中，所述废液沟道贴附有渐进性可溶性膜，通过调节膜的长度和溶解度以实现反应时间的控制。

9.一种光学检测装置，其包括：

权利要求1-8任一项所述的基于磁荧光复合粒子的微流控芯片；

检测器件，置于芯片沟道层的光学检测区的上侧或者下侧；

电磁模块，置于芯片沟道层的光学检测区的上下两侧。