CN107377020A - 微流控芯片及基于微流控芯片的生物标记物的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种微流控芯片及基于微流控芯片的生物标记物的检测方法，所述微流控芯片包括检测结构，检测结构包括基材层，检测结构还包括第一绝缘层、电极层、第二绝缘层和隔离层，所述第一绝缘层设置于所述基材层的一侧面，第一绝缘层于远离基材层的另一侧面设有电极区域和绝缘区域，所述电极区域位于所述绝缘区域内，所述电极区域上设有所述电极层，所述绝缘区域上设有所述第二绝缘层，所述第二绝缘层的厚度大于所述电极层的厚度，所述第二绝缘层于远离第一绝缘层的一侧面设有所述隔离层，所述隔离层上设有纳米孔。所述微流控芯片的结构简单，易于制作，成本较低，采用所述微流控芯片进行癌症检测时，其检测速度快，检测的准确性高。

Description

微流控芯片及基于微流控芯片的生物标记物的检测方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种微流控芯片及基于微流控芯片的生物标记物的检测方法。
背景技术
微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。
微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少，分析速度成十倍上百倍地提高等特点,它可以在几分钟甚至更短的时间内进行上百个样品的同时分析，并且可以在线实现样品的预处理及分析全过程。但是，目前的微流控芯片结构复杂，制作成本较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种微流控芯片及基于微流控芯片的生物标记物的检测方法，微流控芯片的结构简单、制作成本低。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种微流控芯片，包括检测结构，所述检测结构包括基材层，所述检测结构还包括第一绝缘层、电极层、第二绝缘层和隔离层，所述第一绝缘层设置于所述基材层的一侧面，所述第一绝缘层于远离基材层的另一侧面设有电极区域和绝缘区域，所述电极区域位于所述绝缘区域内，所述电极区域上设有所述电极层，所述绝缘区域上设有所述第二绝缘层，所述第二绝缘层的厚度大于所述电极层的厚度，所述第二绝缘层于远离第一绝缘层的一侧面设有所述隔离层，所述隔离层上设有纳米孔。
本发明采用的另一技术方案为：
一种基于微流控芯片的生物标记物的检测方法，将待检测液体与测试试剂混合后滴至所述检测结构上，然后对微流控芯片施加一电压，获取并记录微流控芯片在所述电压下产生的电流信号；根据所述电流信号判断所述待检测液体中是否存在生物标记物。
本发明的有益效果在于：隔离层和第二绝缘层将待测试的液体分隔成两部分，带电粒子只能通过隔离层上的纳米孔进行相应的迁移运动，不同的带电粒子穿过纳米孔时会产生不同的电流信号，通过电流信号的变化就可以判断待检测液体中是否存在相应的生物标记物，纳米孔的小尺寸使得微流控芯片的分辨率高，并且本发明的微流控芯片的结构简单、易于制作，成本较低，采用所述微流控芯片进行生物标记物的检测时，由于单个带电粒子一个接一个地穿过纳米孔，所以纳米孔对待检测液体中的生物标记物的浓度要求很低，或者说检测限很低，其检测灵敏度很高，并且检测速度快，准确性高。
附图说明
图1为本发明实施例一的微流控芯片的检测结构的剖面结构示意图。
标号说明：
1、基材层；2、第一绝缘层；3、电极层；4、第二绝缘层；5、隔离层；6、纳米孔。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
本发明最关键的构思在于：隔离层和第二绝缘层将待测试的液体分隔成两部分，带电粒子只能通过隔离层上的纳米孔进行相应的迁移运动。
请参照图1，一种微流控芯片，包括检测结构，所述检测结构包括基材层，所述检测结构还包括第一绝缘层、电极层、第二绝缘层和隔离层，所述第一绝缘层设置于所述基材层的一侧面，所述第一绝缘层于远离基材层的另一侧面设有电极区域和绝缘区域，所述电极区域位于所述绝缘区域内，所述电极区域上设有所述电极层，所述绝缘区域上设有所述第二绝缘层，所述第二绝缘层的厚度大于所述电极层的厚度，所述第二绝缘层于远离第一绝缘层的一侧面设有所述隔离层，所述隔离层上设有纳米孔。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：隔离层和第二绝缘层将待测试的液体分隔成两部分，带电粒子只能通过隔离层上的纳米孔进行相应的迁移运动，不同的带电粒子穿过纳米孔时会产生不同的电流信号，通过电流信号的变化就可以判断待检测液体中是否存在相应的生物标记物，纳米孔的小尺寸使得微流控芯片的分辨率高，并且本发明的微流控芯片的结构简单、易于制作，成本较低。检测结构的各层厚度可以根据需要进行设置，电极区域的大小也可以根据需要进行设置。
进一步的，所述基材层的材质为硅或者二氧化硅。
由上述描述可知，当基材层的材质为硅时，微流控芯片可以集成到主控芯片上；当基材层的材质为二氧化硅时，由于二氧化硅绝缘，微流控芯片不能集成到主控芯片上，微流控芯片需要单独设置，但是方便对微流控芯片进行更换。可以根据需要选择基材层的材质，当基材层的材质为硅时，也可以将微流控芯片单独设置，方便更换。
进一步的，所述第一绝缘层的材质为二氧化硅或氮化硅。
由上述描述可知，当基材层和第一绝缘层的材质均为二氧化硅时，由于二氧化硅的绝缘性好、电容低，可以提高微流控芯片的分辨精度，适用于对微电流进行测量。
进一步的，所述电极层的材质为氯化银。
由上述描述可知，采用氯化银作为电极材料，其电势稳定，重现性好。
进一步的，所述第二绝缘层的材质为二氧化硅或光刻胶。
进一步的，所述隔离层的材质为高分子材料。
进一步的，所述隔离层的材质为磷脂。
由上述描述可知，由于磷脂是两性分子，采用磷脂作为隔离层相当于模拟生物膜，有利于提高检测的生物兼容性。
进一步的，所述基材层的厚度为0.3-1mm。
进一步的，所述电极区域的大小为10μm×10μm-40μm×40μm。
由上述描述可知，电极区域的大小可以根据需要进行设置，优选的，可以将电极区域的大小设置为30μm×30μm。
本发明涉及的另一技术方案为：
一种基于所述微流控芯片的生物标记物的检测方法，将待检测液体与测试试剂混合后滴至所述检测结构上，然后对微流控芯片施加一电压，获取并记录微流控芯片在所述电压下产生的电流信号；根据所述电流信号判断所述待检测液体中是否存在生物标记物。
由上述描述可知，根据电流信号的变化即可判断待检测液体中是否存在生物标记物，本发明的生物标记物的检测方法简单、可靠。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种微流控芯片，其结构简单，易于制作，成本较低。
所述微流控芯片包括两个电极和检测结构，两个电极分别与所述检测结构电连接，检测时，待检测液体滴至所述检测结构处。如图1所示，所述检测结构包括基材层1、第一绝缘层2、电极层3、第二绝缘层4和隔离层5，所述基材层1位于所述第一绝缘层2的一侧，基材层1的厚度为0.3-1mm，优选的，基材层1的厚度为0.5mm，基材层1的材质为硅或者二氧化硅，即所述基材层1可以为硅片或者玻璃片。所述第一绝缘层2远离基材层1的另一侧面设有电极区域和绝缘区域，所述电极区域位于所述绝缘区域内，即，绝缘区域围绕所述电极区域设置。所述电极区域设有所述电极层3，所述绝缘区域设有所述第二绝缘层4，所述第二绝缘层4的厚度大于所述电极层3的厚度。本实施例中，所述第一绝缘层2的材质为二氧化硅或氮化硅，第一绝缘层2的厚度为1-10μm。所述电极区域和绝缘区域的大小可以根据需要进行设置，电极区域可以是方形或圆形，当电极区域为方形时电极区域的大小为10μm×10μm-40μm×40μm，优选的，电极区域的大小为30μm×30μm。电极层3的材质为氯化银，电极层3的厚度为100-300nm，所述第二绝缘层4的材质为二氧化硅或光刻胶，第二绝缘层4的厚度为5μm-20μm。所述第二绝缘层4远离第一绝缘层2的一侧设有所述隔离层5，所述隔离层5上设有纳米孔6。所述隔离层5的材质为高分子材料，优选的，所述隔离层5的材质为磷脂，本实施例中，隔离层5的厚度为1-3nm。
本实施例还涉及一种基于微流控芯片的生物标记物的检测方法，主要包括：首先，将微流控芯片安装至测试硬件上；取一定量的待检测的血液，对待检测的血液进行离心处理，得到血浆或血清；将所述血浆或血清与测试试剂混合后滴至所述微流控芯片上，一般取5微升。待检测液体也可以是尿液、泪液等其他体液。本实施例中，纳米孔6为带电粒子的唯一迁移通道，当带电粒子穿过纳米孔6时，相当于堵塞了纳米孔6，会导致电流信号降低，不同的生物标记物的大小和带电量均不一样，所以堵塞纳米孔6时，会对电流大小产生不同的影响，从而可以根据电流的变化值判断是何种生物标记物。由于血液成分较为复杂，有很多不同的生物分子会对电流大小产生相似的影响，所以会用到测试试剂，当测试试剂与生物标记物结合后，会产生不同的电流信号，从而对生物标记物进行识别。
本实施例中，检测不同的生物标记物采用不同的测试试剂，测试试剂为可以与生物标记物特异性结合的分子，例如可以是核酸、多肽等高分子或者一些无机小分子，测试试剂可以自行合成，也可以采用现有的已成熟使用的试剂。当生物标记物为核酸特定靶点时，测试试剂可选择与对应靶点序列完全互补或部分互补的核酸分子；当生物标记物为抗原时，测试试剂可选择对应的抗体。然后对微流控芯片施加一电压，电压值的大小可以根据需要进行设置，获取并记录微流控芯片在所述电压下产生的电流信号；根据所述电流信号判断所述待检测的血液中是否存在生物标记物。当生物标记物与测试试剂结合形成的复合物较小，能够穿过所述纳米孔6时，由于测试试剂的结合，会引起生物标记物在对应结合位置出现增强的二级电流信号；当结合形成的复合物不能直接穿越纳米孔6时，在极强的电场力作用下复合物强制穿越纳米孔6，会导致复合物产生的电流信号持续时间明显增强，从而与其他分子产生的电流信号区别开来。
综上所述，本发明提供的一种微流控芯片及基于微流控芯片的生物标记物的检测方法，所述微流控芯片的结构简单，易于制作，成本较低，采用所述微流控芯片进行生物标记物的检测时，其检测速度快，检测的准确性高。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微流控芯片，包括检测结构，所述检测结构包括基材层，其特征在于，所述检测结构还包括第一绝缘层、电极层、第二绝缘层和隔离层，所述第一绝缘层设置于所述基材层的一侧面，所述第一绝缘层于远离基材层的另一侧面设有电极区域和绝缘区域，所述电极区域位于所述绝缘区域内，所述电极区域上设有所述电极层，所述绝缘区域上设有所述第二绝缘层，所述第二绝缘层的厚度大于所述电极层的厚度，所述第二绝缘层于远离第一绝缘层的一侧面设有所述隔离层，所述隔离层上设有纳米孔。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述基材层的材质为硅或者二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第一绝缘层的材质为二氧化硅或氮化硅。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述电极层的材质为氯化银。
5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述第二绝缘层的材质为二氧化硅或光刻胶。
6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述隔离层的材质为高分子材料。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述隔离层的材质为磷脂。
8.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述基材层的厚度为0.3-1mm。
9.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述电极区域的大小为10μm×10μm-40μm×40μm。
10.一种基于权利要求1-9任意一项所述的微流控芯片的生物标记物的检测方法，其特征在于，将待检测液体与测试试剂混合后滴至所述检测结构上，然后对微流控芯片施加一电压，获取并记录微流控芯片在所述电压下产生的电流信号；根据所述电流信号判断所述待检测液体中是否存在生物标记物。
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