CN107607506A - 一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，包括微流控芯片和若干磁性复合微纳米探针，所述磁性复合微纳米探针可进入微流控芯片的检测功能区完成检测过程。微流控芯片内设有多个通道，各通道内表面修饰有抗体或互补核酸序列作为检测基底；各通道一端与入样口连通，另一端与流出口连通。所述磁性复合微纳米探针包括磁性内核、包裹在磁性内核外表面的功能外壳及修饰在功能外壳外表面的抗体或核酸序列，所述功能外壳可激发荧光、紫外可见吸收或电化学活性。该检测平台将标记性物质与磁性微纳米颗粒进行了复合，形成具有功能外壳的磁性复合微纳米探针，提高了目标物检测速度，简化了测试流程。

Description

一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台

技术领域

本发明涉及生化分析技术领域，特别涉及一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台。

背景技术

蛋白质或核酸的检测在疾病诊断、传染病监控和食品卫生安全监测等领域具有广泛的应用价值，如何能够方便、快捷的对感兴趣的生物大分子进行各种检测引起了人们的广泛关注。生物芯片技术通过在一微小的基片表面固定大量的分子识别探针或构建微分析单元，实现了对蛋白质、核酸等生物组分的准确、快速、大量信息的筛选或检测，它可以将生物学中许多不连续的分析过程移植到芯片上实现检测的连续化和微型化，但利用生物芯片技术进行检测前往往需要对待测样本进行提纯或浓缩，操作复杂，成本较高，不利于推广。而纳米技术的快速发展为其提供了新的技术和手段，利用磁性微纳米颗粒作为探针去捕捉待测生物分子，可以实现快速分离，效率高，操作简单，易实现，且不影响生物分子的相关性能，目前已被广泛应用于蛋白质、核酸序列等物质的检测。但是现有技术中利用磁性微纳米颗粒作为探针与生物芯片相结合检测生物分子信息的过程中往往需要添加能够引发荧光发射光谱、紫外可见吸收峰或电化学氧化还原电位的标记性物质，标记性物质与相应设备配合才能完成生物分子的信息采集，而标记性物质的添加一定程度增大了操作难度，减缓了测试速度，降低了工作效率。

发明内容

本发明为了解决上述技术问题，提供了一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，该检测平台将标记性物质与磁性微纳米颗粒进行了复合，形成具有功能外壳的磁性复合微纳米探针，使检测过程中无需添加标记性物质，极大提高了目标物的检测速度，简化了测试流程，提高了工作效率。

一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，包括微流控芯片和若干磁性复合微纳米探针，所述磁性复合微纳米探针可进入微流控芯片的检测功能区完成检测过程。所述微流控芯片内设有多个通道，各通道内表面修饰有抗体或互补核酸序列作为检测基底，形成所述的检测功能区，各所述通道一端与入样口连通，另一端与流出口连通。所述磁性复合微纳米探针包括磁性内核、包裹在磁性内核外表面的功能外壳及修饰在功能外壳外表面的抗体或核酸序列，所述功能外壳可激发荧光、紫外可见吸收或电化学活性。

进一步的，各所述磁性复合微纳米探针分别采用不同的功能外壳，使各所述磁性复合微纳米探针具有不同的荧光发射光谱、不同的紫外可见吸收峰或不同的电化学氧化还原电位。

进一步的，各所述通道内表面分别采用不同的抗体或核酸序列进行修饰；各所述磁性复合微纳米探针的功能外壳分别采用不同的抗体或核酸序列进行修饰，各通道内表面修饰的抗体或核酸序列、功能外壳外表面修饰的抗体或核酸序列分别与待测目标物相匹配。

进一步的，所述微流控芯片内设有的各通道以入样口为中心均匀分布。

进一步的，所述微流控芯片由聚四氟乙烯、聚硅氧烷或玻璃制备而成。

一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台的使用方法，主要采用了上述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，具体包括如下步骤：

S1、首先提取目标物：

S11、将磁性复合微纳米探针加入样本中，充分混合，使磁性复合微纳米探针捕获样本中的待测目标物；

S12、在样本附近施加磁场，促使在步骤S11中加入样本中的磁性复合微纳米探针聚集并固定到磁场源附近；

S13、将样本容器中的液体倒出，使容器内的残留物主要为磁性复合微纳米探针及其表面捕获的待测目标物；

S14、使用缓冲液清洗样本容器内的残留物，除去未被磁性复合微纳米探针捕获的物质；

S15、关闭磁场，加入缓冲液，使捕获有待测目标物的磁性复合微纳米探针重新溶解，形成待测溶液，备用；

S2、将包含有多通道的微流控芯片安装在检测系统中，等待检测；

S3、待测目标物的检测：

S31、将步骤S15中形成的待测溶液注入微流控芯片的各通道中，各通道内部的检测功能区利用检测基底表面修饰的抗体或核酸序列对结合在磁性复合微纳米探针上的待测目标物进行捕捉，被捕捉到的目标物在通道的检测功能区表面形成三明治结构；

S32、将缓冲液通入微流控芯片的各通道中，冲洗掉在步骤S31中未被捕捉的物质；

S33、在微流控芯片内各通道的检测功能区内，检测荧光强度、紫外可见光吸收或电化学信号，并进行数据收集和处理；

S4、整理检测系统：

S41、将缓冲液通入微流控芯片的各通道内，冲洗掉残留物质；

S42、取出已使用过的微流控芯片，并更换新的微流控芯片，准备进入下一个测试流程，并返回步骤S11，提取下一个样本的待测目标物。

进一步的，所述样本是血液、尿液、唾液、食品提取液或含有待测目标物的稀释液。其中样本中的待测目标物与磁性复合微纳米探针结合所需要的时间由两者之间的亲和力以及样品性质等因素决定。

进一步的，步骤S12中施加的磁场位置及强度可根据所使用的磁性复合微纳米探针及样本性质进行实时调整，施加磁场的目的在于快速分离出捕获有待测目标物的磁性复合微纳米探针。

本发明所起到的有益技术效果如下：

1、本发明公开的一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，将标记性物质作为功能外壳与磁性微纳米颗粒进行了复合，形成一种新型磁性复合微纳米探针，使检测过程中无需添加标记性物质，极大提高了目标物的检测速度，且本发明通过磁场控制实现了待测目标物的快速分离，增强了样品处理能力，提高了工作效率。

2、本发明通过采用不同的抗体或核酸序列对不同的功能外壳进行修饰，使各磁性复合微纳米探针具有不同的荧光发射光谱、不同的紫外可见吸收峰或不同的电化学氧化还原电位，同时配合设计具有不用检测基底的微流控芯片，实现了多种目标物的同时快速检测，提高了目标物的测试通量。

附图说明

图1为磁性复合微纳米探针的结构示意图。

图2为检测技术原理示意图。

图3为微流控芯片通道示意图。

附图说明：

1-磁性内核，2-功能外壳，3-修饰在功能外壳外表面的抗体或核酸序列，4-检测基底，5-入样口，6-流出口，7-通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。

实施例1：

本实施例提供了一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，包括微流控芯片和若干磁性复合微纳米探针，上述磁性复合微纳米探针可进入微流控芯片的检测功能区完成检测过程。微流控芯片可由聚四氟乙烯、聚硅氧烷或玻璃制备而成，优选聚四氟乙烯材质，微流控芯片内部设有六个通道7，各通道7内表面修饰有抗体或互补核酸序列作为检测基底4，形成所述的检测功能区，各通道7一端与入样口5连通，另一端与流出口6连通，且以入样口5为中心均匀分布（如图3所示）。所述磁性复合微纳米探针包括磁性内核1、包裹在磁性内核1外表面的功能外壳2及修饰在功能外壳2外表面的抗体或核酸序列3（如图1所示），所述功能外壳2可激发荧光、紫外可见吸收或电化学活性，与检测装置配合完成检测信息的收集。

实施例2：

本实施例与实施例1类似，进一步的，若干磁性复合微纳米探针采用不同的功能外壳2制备而成，并采用不同的抗体或核酸序列3对功能外壳2进行修饰，同时采用不同的抗体或核酸序列对各通道7内表面进行修饰，配合设计具有不同检测基底4的微流控芯片（如图3所示）。各通道7内表面修饰的抗体或核酸序列、功能外壳2外表面修饰的抗体或核酸序列3分别与待测目标物相匹配，上述功能外壳2、功能外壳2外表面修饰的抗体或核酸序列3以及各通道7内表面修饰的抗体或核酸片段相互配合实现了多种目标物的同时快速检测，很大程度提高了目标物的测试通量。

实施例3：

如图2所示，一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台的使用方法，主要采用了实施例1或2所述基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台。所用样本可以为血液、尿液、唾液、食品提取液或含有待测目标物的稀释液，本实施例中选用血液作为样本。本实施例中所述磁性复合微纳米探针一包括磁性内核1、包裹在磁性内核1外表面的功能外壳2及修饰在功能外壳2表面的蛋白1单克隆抗体, 上述功能外壳2采用了稀土荧光材料，如基于Eu、Gd、Tb、Dy、Yb等元素的可激发荧光层；磁性复合微纳米探针二与磁性复合微纳米探针一的区别在于，采用蛋白2单克隆抗体对功能外壳2外表面进行修饰；检测基底一为表面修饰有蛋白1单克隆抗体的微流控芯片检测功能区的基底；检测基底二为表面修饰有蛋白2单克隆抗体的微流控芯片检测功能区的基底；

具体检测过程包括如下步骤：

S1、首先提取目标物蛋白1和蛋白2：

S11、将一定体积的磁性复合微纳米探针加入到样本中，充分混合，使样本中的蛋白1充分与磁性复合微纳米探针一结合，蛋白2充分与磁性复合微纳米探针二结合，从而使磁性复合微纳米探针准确捕获样本中的待测目标物；

S12、在样本附近施加磁场，促使在步骤S11中加入样本中的磁性复合微纳米探针聚集并固定到磁场源附近，本步骤中施加的磁场位置和强度均可根据所使用的磁性复合微纳米探针及样本性质实时调整；

S13、将样本容器中的液体倒出，使容器内的残留物主要为磁性复合微纳米探针一、磁性复合微纳米探针二以及被探针捕获的蛋白1和蛋白2；

S14、使用缓冲液清洗样本容器内的残留物，除去未被磁性复合微纳米探针捕获的物质；

S15、关闭磁场，加入缓冲液，使捕获有蛋白1和蛋白2的磁性复合微纳米探针重新溶解，形成待测溶液，备用；

S2、将包含有多通道的微流控芯片安装在检测系统中，等待检测，微流控芯片内部的通道7数量可根据需要进行定制，本实施例的微流控芯片内部含有六个通道7，以入样口5为中心均匀分布；

S3、待测目标物的检测：

S31、将步骤S15中形成的待测溶液注入微流控芯片的各通道7中，各通道7内部的检测功能区利用检测基底4表面修饰的抗体或核酸序列对结合在磁性复合微纳米探针上的待测目标物进行捕捉，被捕捉到的目标物在通道7的检测功能区表面形成三明治结构。本实施例中，检测基底一会通过修饰在其表面的蛋白1单克隆抗体捕捉目标蛋白1，检测基底二会通过修饰在其表面的蛋白2单克隆抗体捕捉目标蛋白2，此时蛋白1和蛋白2上还分别结合有磁性复合微纳米探针一和磁性复合微纳米探针二，即蛋白1和蛋白2在各自的检测功能区表面形成三明治结构。

S32、将缓冲液通入微流控芯片的各通道7中，冲洗掉在步骤S31中未被捕捉的物质；

S33、在微流控芯片内各通道7的检测功能区检测待测目标物的信号强度，进行数据收集和处理；

S4、整理检测系统：

S41、将缓冲液通入微流控芯片的各通道7内，冲洗掉残留物质；

S42、取出已使用过的微流控芯片，并更换新的微流控芯片，准备进入下一个测试流程，并返回步骤S11，提取下一个样本的待测目标物。

实施例4：

本实施例与实施例3类似，进一步的，本实施例中所述磁性复合微纳米探针一包括磁性内核1、包裹在磁性内核1外表面的功能外壳2及修饰在功能外壳2外表面的核酸1互补序列，功能外壳2采用金纳米层，可以通过调节金纳米层的厚度使功能外壳具有不同的紫外可见吸收峰；所用磁性复合微纳米探针二与磁性复合微纳米探针一的区别在于，采用核酸2互补序列对功能外壳2外表面进行修饰；检测基底一为内表面修饰有核酸1互补序列的检测基底；检测基底二为内表面修饰有核酸2互补序列的检测基底。本实施例采用含有待测目标物核酸1和核酸2的稀释液作为样本。

实施例5：

本实施例与实施例3类似，进一步的，所用磁性复合微纳米探针一包括磁性内核1、包裹在磁性内核1外表面的功能外壳2及修饰在功能外壳2外表面的核酸1互补序列，功能外壳2可采用含有Cr、Fe、Ni、Cu等重金属元素的纳米层，本实施例选用了含有Cu的纳米层作为功能外壳；磁性复合微纳米探针二与磁性复合微纳米探针一的区别在于，采用了核酸2互补序列对功能外壳2外表面进行修饰；检测基底一为内表面修饰有核酸1互补序列的检测基底；检测基底二为内表面修饰有核酸2互补序列的检测基底。其中，本实施例中微流控芯片内部各通道7中的检测功能区上、下表面均布有电极，检测过程通过收集核酸1和核酸2所在检测功能区的电流强度完成数据收集与处理。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，其特征在于，包括微流控芯片和若干磁性复合微纳米探针，所述磁性复合微纳米探针可进入微流控芯片的检测功能区完成检测过程；所述微流控芯片内设有多个通道（7），各所述通道（7）内表面修饰有抗体或互补核酸序列作为检测基底（4），形成检测功能区；各所述通道（7）一端与入样口（5）连通，另一端与流出口（6）连通；所述磁性复合微纳米探针包括磁性内核（1）、包裹在磁性内核（1）外表面的功能外壳（2）及修饰在功能外壳（2）外表面的抗体或核酸序列（3），所述功能外壳（2）可激发荧光、紫外可见吸收或电化学活性。

2.如权利要求1所述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，其特征在于，各所述磁性复合微纳米探针分别采用不同的功能外壳（2），使各所述磁性复合微纳米探针具有不同的荧光发射光谱、不同的紫外可见吸收峰或不同的电化学氧化还原电位。

3.如权利要求2所述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，其特征在于，各所述通道（7）内表面分别采用不同的抗体或核酸序列进行修饰；各所述磁性复合微纳米探针的功能外壳（2）外表面分别采用不同的抗体或核酸序列（3）进行修饰，各通道（7）内表面修饰的抗体或核酸序列、功能外壳外表面修饰的抗体或核酸序列分别与待测目标物相匹配。

4.如权利要求1所述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，其特征在于，所述微流控芯片内设有的各通道（7）以入样口（5）为中心均匀分布。

5.如权利要求1所述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，其特征在于，所述微流控芯片由聚四氟乙烯、聚硅氧烷或玻璃制备而成。

6.一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台的使用方法，其特征在于，采用了权利要求1-5任一项所述的基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台，包括如下步骤：

S1、首先提取目标物：

S11、将磁性复合微纳米探针加入样本中，充分混合，使磁性复合微纳米探针捕获样本中的待测目标物；

S12、在样本附近施加磁场，促使在步骤S11中加入样本中的磁性复合微纳米探针聚集并固定到磁场源附近；

S13、将样本容器中的液体倒出，使容器内的残留物主要为磁性复合微纳米探针及其表面捕获的待测目标物；

S14、使用缓冲液清洗样本容器内的残留物，除去未被磁性复合微纳米探针捕获的物质；

S15、关闭磁场，加入缓冲液，使捕获有待测目标物的磁性复合微纳米探针重新溶解，形成待测溶液，备用；

S2、将包含有多通道的微流控芯片安装在检测系统中，等待检测；

S3、待测目标物的检测：

S31、将步骤S15中形成的待测溶液注入微流控芯片的各通道（7）中，各通道（7）内部的检测功能区利用检测基底（4）表面修饰的抗体或核酸序列对结合在磁性复合微纳米探针上的待测目标物进行捕捉，被捕捉到的目标物在通道（7）的检测功能区表面形成三明治结构；

S32、将缓冲液通入微流控芯片的各通道（7）中，冲洗掉在步骤S31中未被捕捉的物质；

S33、在微流控芯片内各通道（7）的检测功能区内，检测荧光强度、紫外可见光吸收或电化学信号，并进行数据收集和处理；

S4、整理检测系统：

S41、将缓冲液通入微流控芯片的各通道（7）内，冲洗掉残留物质；

S42、取出已使用过的微流控芯片，并更换新的微流控芯片，准备进入下一个测试流程，并返回步骤S11，提取下一个样本的待测目标物。

7.如权利要求6所述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台的使用方法，其特征在于，所述样本是血液、尿液、唾液、食品提取液或含有待测目标物的稀释液。

8.如权利要求6所述一种基于磁性复合微纳米探针和微流控芯片的快速检测平台的使用方法，其特征在于，步骤S12中施加的磁场位置及强度可根据所使用的磁性复合微纳米探针及样本性质进行实时调整。