CN110186881A - 一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法 - Google Patents
一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110186881A CN110186881A CN201910412766.3A CN201910412766A CN110186881A CN 110186881 A CN110186881 A CN 110186881A CN 201910412766 A CN201910412766 A CN 201910412766A CN 110186881 A CN110186881 A CN 110186881A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- biosensor
- module
- shell
- microcystin
- fluorescence excitation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- SRUWWOSWHXIIIA-UKPGNTDSSA-N Cyanoginosin Chemical compound N1C(=O)[C@H](CCCN=C(N)N)NC(=O)[C@@H](C)[C@H](C(O)=O)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](C)NC(=O)C(=C)N(C)C(=O)CC[C@H](C(O)=O)N(C)C(=O)[C@@H](C)[C@@H]1\C=C\C(\C)=C\[C@H](C)[C@@H](O)CC1=CC=CC=C1 SRUWWOSWHXIIIA-UKPGNTDSSA-N 0.000 title claims abstract description 38
- 108010067094 microcystin Proteins 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 29
- 230000028993 immune response Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims description 19
- 108010049746 Microcystins Proteins 0.000 claims description 8
- 239000003053 toxin Substances 0.000 claims description 7
- 231100000765 toxin Toxicity 0.000 claims description 7
- 239000000427 antigen Substances 0.000 claims description 6
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 claims description 6
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000003556 assay Methods 0.000 claims description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 11
- DIDLWIPCWUSYPF-UHFFFAOYSA-N microcystin-LR Natural products COC(Cc1ccccc1)C(C)C=C(/C)C=CC2NC(=O)C(NC(CCCNC(=N)N)C(=O)O)NC(=O)C(C)C(NC(=O)C(NC(CC(C)C)C(=O)O)NC(=O)C(C)NC(=O)C(=C)N(C)C(=O)CCC(NC(=O)C2C)C(=O)O)C(=O)O DIDLWIPCWUSYPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 7
- 102000004190 Enzymes Human genes 0.000 description 5
- 108090000790 Enzymes Proteins 0.000 description 5
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 3
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 3
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 3
- UPSFMJHZUCSEHU-JYGUBCOQSA-N n-[(2s,3r,4r,5s,6r)-2-[(2r,3s,4r,5r,6s)-5-acetamido-4-hydroxy-2-(hydroxymethyl)-6-(4-methyl-2-oxochromen-7-yl)oxyoxan-3-yl]oxy-4,5-dihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-3-yl]acetamide Chemical compound CC(=O)N[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](NC(C)=O)[C@H](OC=2C=C3OC(=O)C=C(C)C3=CC=2)O[C@@H]1CO UPSFMJHZUCSEHU-JYGUBCOQSA-N 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- PKYCWFICOKSIHZ-UHFFFAOYSA-N 1-(3,7-dihydroxyphenoxazin-10-yl)ethanone Chemical compound OC1=CC=C2N(C(=O)C)C3=CC=C(O)C=C3OC2=C1 PKYCWFICOKSIHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 description 2
- 238000002965 ELISA Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N Sodium azide Chemical compound [Na+].[N-]=[N+]=[N-] PXIPVTKHYLBLMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000004205 dimethyl polysiloxane Substances 0.000 description 2
- 235000013870 dimethyl polysiloxane Nutrition 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 229940031098 ethanolamine Drugs 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000008239 natural water Substances 0.000 description 2
- CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N octamethyltrisiloxane Chemical compound C[Si](C)(C)O[Si](C)(C)O[Si](C)(C)C CXQXSVUQTKDNFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004987 plasma desorption mass spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 229920000435 poly(dimethylsiloxane) Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M sodium periodate Chemical compound [Na+].[O-]I(=O)(=O)=O JQWHASGSAFIOCM-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001065501 Escherichia phage MS2 Lysis protein Proteins 0.000 description 1
- 206010073069 Hepatic cancer Diseases 0.000 description 1
- 206010019851 Hepatotoxicity Diseases 0.000 description 1
- 241000108463 Hygrophila <snail> Species 0.000 description 1
- 241000872931 Myoporum sandwicense Species 0.000 description 1
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N ammonium sulfate Chemical class N.N.OS(O)(=O)=O BFNBIHQBYMNNAN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012491 analyte Substances 0.000 description 1
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 1
- -1 biosensor shell Chemical compound 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002784 cytotoxicity assay Methods 0.000 description 1
- 231100000263 cytotoxicity test Toxicity 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 1
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000013305 food Nutrition 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 206010073071 hepatocellular carcinoma Diseases 0.000 description 1
- 230000007686 hepatotoxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000304 hepatotoxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000004128 high performance liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000003834 intracellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000002372 labelling Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000006210 lotion Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000012460 protein solution Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 230000009711 regulatory function Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 235000020183 skimmed milk Nutrition 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K trisodium;hydrogen carbonate;carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].OC([O-])=O.[O-]C([O-])=O WCTAGTRAWPDFQO-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
- G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
- G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
- G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/531—Production of immunochemical test materials
- G01N33/532—Production of labelled immunochemicals
- G01N33/535—Production of labelled immunochemicals with enzyme label or co-enzymes, co-factors, enzyme inhibitors or enzyme substrates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
- G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
- G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
- G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
- G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
- G01N33/54326—Magnetic particles
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Hematology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
Abstract
本发明公开了一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法。所述生物传感器包括生物传感器壳体，设于生物传感器壳体内部的电源模块、孵育模块、免疫反应模块、荧光激发模块和设于生物传感器壳体顶部的信号采集模块；所述电源模块设于生物传感器壳体底部，分别与孵育模块和荧光激发模块相连接；所述孵育模块设于免疫反应模块的下方；所述荧光激发模块设于生物传感器壳体顶部内侧。本发明所述生物传感器具有结构简单、成本低廉、携带方便和操作简单等优点，能够对微囊藻毒素进行实时实地、高精度的快速检测，适用于MC‑LR的现场检测，有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及微囊藻毒素检测技术领域，具体地，涉及一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法。
背景技术
微囊藻毒素(Microcystins，MCs)是蓝藻水华，如鱼腥藻、束丝藻等爆发所产生的一种环状七肽化合物，具有较强的肝毒性，可以强烈抑制细胞蛋白磷酸酯酶1(PP1)和2A(PP2A)的活性，损害其在胞内的调节功能，从而触发原发性肝癌。有研究表明，25％～70％的蓝藻水华会释放毒素，其中的微囊藻毒素毒性强烈，可通过饮用水或者蓄积在水产品中进入食物链，从而直接或间接进入人体，对人类健康构成极大威胁。微囊藻毒素在自然水域中分布广泛，爆发呈季节性，这就要求检测方法可以连续分析以达到监测预警的作用，同时，还需具备高度便携性来满足自然水域的检测需求。
目前对微囊藻毒素的检测方法主要有生物鉴定法、细胞毒性分析法、仪器分析法、免疫检测法和生物传感器法。其中高效液相色谱(HPLC)和酶联免疫分析(ELISA)是应用最广泛的两种检测方法，但是存在测试费用高昂、前处理复杂、操作费时等缺点，而且要求实验室具备大型设备，无法满足MCs的原位检测需求。这严重地制约了MCs的实时监测，难以发挥检测方法的监测预警作用。
生物传感检测技术是一门多学科交叉的新型技术，具有灵敏度高、检测成本低、方便快捷等优点。与先进的人工智能技术结合，可开发出微型、高通量、适于原位检测的智能检测装备。随着人们对便捷分析方法和检测终端设备的需求，小型化、智能化的检测设备必然成为重要的发展趋势。因此，需要研发一种新的适用于检测微囊藻毒素的生物传感器及方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中检测微囊藻毒素时存在测试费用高昂、前处理复杂、操作费时、难以实现微囊藻毒素原位实时检测等缺点，提供一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法。本发明利用3D打印技术，研发出一款包括电源模块、孵育模块、免疫反应模块、荧光激发模块和信号采集模块的便携式荧光分析装置——即生物传感器，能够对微囊藻毒素进行实时实地、高精度的快速检测，适用于MC-LR的现场检测。
为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：
一种检测微囊藻毒素的生物传感器，包括生物传感器壳体，设于生物传感器壳体内部的电源模块、孵育模块、免疫反应模块、荧光激发模块和设于生物传感器壳体顶部的信号采集模块；所述电源模块设于生物传感器壳体底部，分别与孵育模块和荧光激发模块相连接；所述孵育模块设于免疫反应模块的下方；所述荧光激发模块设于生物传感器壳体顶部内侧。
本发明所提供的生物传感器包括电源模块、孵育模块、免疫反应模块、荧光激发模块和信号采集模块，通过电源模块为孵育模块和荧光激发模块提供稳定的电源，孵育模块可为免疫反应模块提供恒温加热环境，荧光激发模块用于底物的荧光激发，信号采集模块保证采集荧光信号位置的一致性，降低批间差异，提高检测的准确性。通过本发明生物传感器能够对微囊藻毒素进行实时实地、高精度的快速检测。
优选地，所述电源模块为可循环使用的电池盒，可采用12V电池盒，用于整个生物传感器各用电模块的供电。
优选地，所述孵育模块由智能温控器和恒温加热器相连接组成。
更优选地，所述恒温加热器为12V微型加热板，用于孵育免疫反应模块。
更优选地，所述生物传感器壳体的一侧设有温度显示屏，温度显示屏与智能温控器相连接。通过温度显示屏实时显示孵育温度，便于控制恒温加热器。
优选地，所述免疫反应模块由芯片托盘和设于芯片托盘内的微流控芯片组成。
具体地，采用15通道的PDMS微流控芯片作为免疫反应场所，免疫反应在各个通道内并列进行。将包被有微囊藻毒素抗原的纳米磁珠作为免疫传感元件，在外部磁铁的牵引下可灵活通过微流控芯片通道内的各反应池。
更优选地，所述芯片托盘为抽屉式托盘，可用于微流控芯片的输送，其手柄的设计还考虑了人体力学因素，可以提升用户的舒适感。
优选地，所述荧光激发模块由LED阵列、激发滤光片、发射滤光片组成。
具体地，荧光底物Amplex Red和H2O2在HRP标记微囊藻毒素抗体催化下、进一步经荧光激发模块的LED灯激发，可产生荧光。
更优选地，所述LED阵列与生物传感器壳体顶部成45°夹角，LED阵列为60*15mm、2W的绿光LED阵列，激发波长为525nm。
优选地，所述信号采集模块由信号采集孔、手机和固定支架组成，信号采集孔设于生物传感器壳体顶部与手机的摄像头相配合，固定支架设于生物传感器壳体顶部外侧用于固定手机。
优选地，所述手机包括图像信息采集模块、比色模块与浓度显示模块，用于检测信号的采集、处理以及结果的显示，要求Android 4.3及以上版本。
优选地，所述生物传感器壳体顶部还设有用于控制孵育模块的第一开关和用于控制荧光激发模块的第二开关。
具体地，所述第一开关用于控制恒温加热器，所述第二开关用于控制LED阵列。
本发明还请求保护一种检测微囊藻毒素的方法，包括如下步骤：
S1.制备基于纳米磁珠的微囊藻毒素免疫传感器；
S2.采用上述生物传感器测定标准系列微囊藻毒素浓度下，生物传感器产生的荧光强度，绘制微囊藻毒素浓度与荧光强度的线性关系曲线；
S3.使用上述生物传感器检测水中的微囊藻毒素，利用步骤S2绘制的线性关系曲线计算得到样品中微囊藻毒素的浓度。
优选地，步骤S1中所述的纳米磁珠与其表面所包被的微囊藻毒素抗原的比例为1：1。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所提供的生物传感器包括电源模块、孵育模块、免疫反应模块、荧光激发模块和信号采集模块，通过电源模块为孵育模块和荧光激发模块提供稳定的电源，孵育模块可为免疫反应模块提供恒温加热环境，荧光激发模块用于底物的荧光激发，信号采集模块保证采集荧光信号位置的一致性，降低批间差异，提高检测的准确性。
(2)本发明所提供的生物传感器具有结构简单、成本低廉、携带方便和操作简单等优点，能够对微囊藻毒素进行实时实地、高精度的快速检测，适用于MC-LR的现场检测，有很好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1生物传感器的整体结构示意图。
图2为实施例1生物传感器的整体结构拆分示意图。
图3为酶标抗体的紫外扫描结果。
附图标记：1-生物传感器壳体；2-电源模块；3-孵育模块；4-免疫反应模块；5-荧光激发模块；6-信号采集模块；7-温度显示屏；8-第一开关；9-第二开关；31-智能温控器；32-恒温加热器；41-芯片托盘；42-微流控芯片；61-信号采集孔；62-手机；63-固定支架。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本发明作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一种检测微囊藻毒素的生物传感器，如图1、图2所示，包括生物传感器壳体1，设于生物传感器壳体1内部的电源模块2、孵育模块3、免疫反应模块4、荧光激发模块5和设于生物传感器壳体1顶部的信号采集模块6；电源模块2设于生物传感器壳体1底部，分别与孵育模块3和荧光激发模块5相连接；孵育模块3设于免疫反应模块4的下方，由智能温控器31和恒温加热器32相连接组成；生物传感器壳体1的一侧设有温度显示屏7，温度显示屏7与智能温控器31相连接；免疫反应模块4由芯片托盘41和设于芯片托盘41内的微流控芯片42组成；荧光激发模块5设于生物传感器壳体1顶部内侧，由LED阵列、激发滤光片、发射滤光片组成，LED阵列与生物传感器壳体1顶部成45°夹角；信号采集模块6由信号采集孔61、手机62和固定支架63组成，信号采集孔61设于生物传感器壳体1顶部与手机62的摄像头相配合，固定支架63设于生物传感器壳体1顶部外侧用于固定手机62；生物传感器壳体1顶部还设有用于控制孵育模块3的第一开关8和用于控制荧光激发模块5的第二开关9。
其中，电源模块2为可循环使用的电池盒，可采用12V电池盒，用于整个生物传感器各用电模块的供电。恒温加热器32为12V微型加热板，用于孵育免疫反应模块4。通过温度显示屏7实时显示孵育温度，便于控制恒温加热器32。采用15通道的PDMS微流控芯片42作为免疫反应场所，免疫反应在各个通道内并列进行。将包被有微囊藻毒素抗原的纳米磁珠作为免疫传感元件，在外部磁铁的牵引下可灵活通过微流控芯片42通道内的各反应池。芯片托盘41为抽屉式托盘，可用于微流控芯片42的输送，其手柄的设计还考虑了人体力学因素，可以提升用户的舒适感。LED阵列为60*15mm、2W的绿光LED阵列，激发波长为525nm。手机62包括图像信息采集模块、比色模块与浓度显示模块，用于检测信号的采集、处理以及结果的显示，要求Android 4.3及以上版本。第一开关8用于控制恒温加热器32，第二开关9用于控制LED阵列。
本实施例所提供的生物传感器包括电源模块2、孵育模块3、免疫反应模块4、荧光激发模块5和信号采集模块6，通过电源模块2为孵育模块3和荧光激发模块5提供稳定的电源，孵育模块3可为免疫反应模块4提供恒温加热环境，荧光激发模块5用于底物的荧光激发，信号采集模块6保证采集荧光信号位置的一致性，降低批间差异，提高检测的准确性。通过该生物传感器能够对微囊藻毒素进行实时实地、高精度的快速检测。
实施例2
一种检测微囊藻毒素的方法，包括如下步骤：
S1.制备基于纳米磁珠的微囊藻毒素免疫传感器；
S2.采用上述生物传感器测定标准系列微囊藻毒素浓度下，生物传感器产生的荧光强度，绘制微囊藻毒素浓度与荧光强度的线性关系曲线；
S3.使用上述生物传感器检测水中的微囊藻毒素，利用步骤S2绘制的线性关系曲线计算得到样品中微囊藻毒素的浓度。
通过该方法能准确、快速、便捷地检测待测样品中微囊藻毒素的浓度，所述检测微囊藻毒素的方法具体包括以下步骤，见实施例3～5。
实施例3基于纳米磁珠的微囊藻毒素免疫传感器制备
1、磁珠的活化
取500μL磁珠置于1.5mL EP管中，置于磁分离架，富集磁珠，去除上清液；加入1mL4℃预冷的1mM盐酸溶液，漩涡震荡15s后，置于磁分离架富集磁珠，去除上清液。
2、蛋白偶联
加入500μL蛋白溶液(浓度为250μg/mL的MC-LR抗原)，涡旋30s，使其混合均匀。将EP管架于涡旋振荡器上，调至最低挡位，自动模式，振荡1～1.5h。
其中，纳米磁珠与其表面所包被的微囊藻毒素抗原的比例为1：1。
3、分离
采用磁分离架富集磁珠，保存流穿液。
4、清洗
加入1mL封闭液(3M乙醇胺，pH 9.0)，涡旋15s后，弃上清，重复此操作4次。
5、封闭
加入1mL封闭液，振荡混合2h。
其中，所使用的封闭剂为乙醇胺或5％脱脂奶粉。
6、分离
采用磁分离架富集磁珠，弃上清。
7、清洗
加入1mL纯净水，涡旋15s，弃上清。
8、保存
加入1mL保存液(含0.05％叠氮化钠的PBS溶液)，涡旋15s，弃上清。重复此操作两次。再加入500μL保存液，充分混合，4℃保存备用。
实施例4酶标抗体的制备
1、HRP标记微囊藻毒素抗体的制备
HRP标记微囊藻毒素抗体是通过高碘酸钠法合成，具体如下：
(1)称取5mg HRP溶于500μL CH3COONa-CH3COOH(0.2mol/L，pH 5.6)缓冲液中，加入100μL 0.1mol/L的NaIO4溶液，4℃下避光搅拌反应30min。
(2)逐滴加入500μL 2.5％乙二醇，室温下反应30min。
(3)滴加入210μL待标记抗体，4℃搅拌30min，用NaHCO3-Na2CO3(0.05mol/L，pH9.6)缓冲溶液透析过夜。
(4)次日取出抗体，加入100μL 5mg/mL NaBH4溶液，4℃下搅拌2h。
(5)加入等量的饱和硫酸铵溶液，4℃下反应30min后，再静置1h。
(6)4℃下4000r/min离心20min，弃上清，沥干。将沉淀溶于少量PBS(0.01mol/L，pH7.4)中，装入透析袋中，用PBS(0.01mol/L，pH 7.4)透析过夜。
(7)第三日取出，收集透析液的上清液即为酶标抗体，混匀分装，置于-20℃保存备用。
2、鉴定
取酶标抗体进行紫外扫描，结果如图3所示。抗体、HRP和HRP标抗体分别进行紫外(230～600nm)扫描鉴定，由于HRP在400nm处有特征特征吸收峰，并通过比较标记前后的各物质在此处的最高吸光值，发现HRP与HRP标记抗体在400nm处均有特征峰，而抗体在此处无特征峰，故说明反应产物是HRP与抗体的复合物，标记成功。
实施例5微囊藻毒素浓度与荧光强度的线性关系的绘制方法
1、将某系列浓度的MC-LR溶液分别与酶标抗体溶液混合后，抽取30μL混合液注入芯片第一个液池中，再加入1.5μL免疫磁珠，37℃孵育15分钟。
2、利用磁铁将磁珠牵引至洗液池，往复清洗磁珠。
3、将磁珠进一步牵引到荧光底物液池，再次37℃孵育5分钟。
其中，荧光底物Amplex Red和H2O2的混合比例为6：1。
4、关闭恒温加热器，打开LED光源；同时操作手机端，找到对应的检测APP。
5、检测APP使用方法如下：
(1)获取图像照片；
(2)点击“New test”进入检测界面；
(3)点击“Take Picture””获取图像，并点击“√”，将图像转换为灰度值图像；
(4)框定样品点后，点击“Analyse”，算出各点的灰度值；
(5)输入各点对应的分析物浓度，点击“Fitting”，出现拟合后的标准曲线；
(6)点击“Testing with the curve”，将以上标准曲线设定为规则后，重新出现图像拍摄界面；
(7)点击“Take Picture”，获取样品图像，并点击“√”，将图像转换为灰度值图像；
(8)框定样品点后，点击“Analyse”，算出各个未知浓度样品的灰度值；
(9)点击“Testing”，根据灰度值和所建立的标准曲线得出样品点的实际浓度，并命名文件以保存记录。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种检测微囊藻毒素的生物传感器，其特征在于，包括生物传感器壳体(1)，设于生物传感器壳体(1)内部的电源模块(2)、孵育模块(3)、免疫反应模块(4)、荧光激发模块(5)和设于生物传感器壳体(1)顶部的信号采集模块(6)；所述电源模块(2)设于生物传感器壳体(1)底部，分别与孵育模块(3)和荧光激发模块(5)相连接；所述孵育模块(3)设于免疫反应模块(4)的下方；所述荧光激发模块(5)设于生物传感器壳体(1)顶部内侧。
2.根据权利要求1所述生物传感器，其特征在于，所述孵育模块(3)由智能温控器(31)和恒温加热器(32)相连接组成。
3.根据权利要求2所述生物传感器，其特征在于，所述生物传感器壳体(1)的一侧设有温度显示屏(7)，温度显示屏(7)与智能温控器(31)相连接。
4.根据权利要求1所述生物传感器，其特征在于，所述免疫反应模块(4)由芯片托盘(41)和设于芯片托盘(41)内的微流控芯片(42)组成。
5.根据权利要求1所述生物传感器，其特征在于，所述荧光激发模块(5)由LED阵列、激发滤光片、发射滤光片组成。
6.根据权利要求5所述生物传感器，其特征在于，所述LED阵列与生物传感器壳体(1)顶部成45°夹角。
7.根据权利要求1所述生物传感器，其特征在于，所述信号采集模块(6)由信号采集孔(61)、手机(62)和固定支架(63)组成，信号采集孔(61)设于生物传感器壳体(1)顶部与手机(62)的摄像头相配合，固定支架(63)设于生物传感器壳体(1)顶部外侧用于固定手机(2)。
8.根据权利要求1所述生物传感器，其特征在于，所述生物传感器壳体(1)顶部还设有用于控制孵育模块(3)的第一开关(8)和用于控制荧光激发模块(5)的第二开关(9)。
9.一种检测微囊藻毒素的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.制备基于纳米磁珠的微囊藻毒素免疫传感器；
S2.采用权利要求1至8任一项所述生物传感器测定标准系列微囊藻毒素浓度下，生物传感器产生的荧光强度，绘制微囊藻毒素浓度与荧光强度的线性关系曲线；
S3.使用权利要求1至8任一项所述生物传感器检测水中的微囊藻毒素，利用步骤S2绘制的线性关系曲线计算得到样品中微囊藻毒素的浓度。
10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，步骤S1中所述的纳米磁珠与其表面所包被的微囊藻毒素抗原的比例为1：1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910412766.3A CN110186881B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910412766.3A CN110186881B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110186881A true CN110186881A (zh) | 2019-08-30 |
| CN110186881B CN110186881B (zh) | 2024-08-23 |
Family
ID=67716770
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910412766.3A Active CN110186881B (zh) | 2019-05-17 | 2019-05-17 | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110186881B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113399007A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-09-17 | 华南农业大学 | 一种检测罗丹明b和苏丹红色素的表面开放式微流控芯片、免疫传感器及方法 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040097406A (ko) * | 2003-05-12 | 2004-11-18 | 바디텍메드 주식회사 | 현장검사용 마이크로시스틴 바이오센서 및 측정장치 |
| CN101169414A (zh) * | 2007-08-09 | 2008-04-30 | 嘉兴博泰生物科技发展有限公司 | 水体中微囊藻毒素的检测方法 |
| CN101382541A (zh) * | 2008-06-27 | 2009-03-11 | 江南大学 | 一种微囊藻毒素-lr的免疫荧光猝灭检测方法 |
| CN101495869A (zh) * | 2005-11-30 | 2009-07-29 | 麻省理工学院 | 病原体检测生物传感器 |
| US20140242612A1 (en) * | 2011-07-14 | 2014-08-28 | Shuqi Wang | System and method for integration of mobile device imaging with microchip elisa |
| US20140335527A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-11-13 | Nanobiosym, Inc. | Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins |
| CN106093392A (zh) * | 2016-06-05 | 2016-11-09 | 浙江大学 | 一种尿液外泌体分离、富集及检测的集成检测方法及检测芯片 |
| CN206082559U (zh) * | 2016-06-05 | 2017-04-12 | 浙江大学 | 一种用于外泌体分离、富集和检测的微流体芯片 |
| CN107664631A (zh) * | 2017-07-25 | 2018-02-06 | 刘斐 | 基于智能手机检测生物标识物的设备、检测方法及其样品的制备 |
| CN108072763A (zh) * | 2016-11-15 | 2018-05-25 | 杭州绿洁水务科技股份有限公司 | 一种检测水中微囊藻毒素的微流控芯片及检测方法 |
| CN210742126U (zh) * | 2019-05-17 | 2020-06-12 | 华南农业大学 | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器 |
-
2019
- 2019-05-17 CN CN201910412766.3A patent/CN110186881B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040097406A (ko) * | 2003-05-12 | 2004-11-18 | 바디텍메드 주식회사 | 현장검사용 마이크로시스틴 바이오센서 및 측정장치 |
| CN101495869A (zh) * | 2005-11-30 | 2009-07-29 | 麻省理工学院 | 病原体检测生物传感器 |
| CN101169414A (zh) * | 2007-08-09 | 2008-04-30 | 嘉兴博泰生物科技发展有限公司 | 水体中微囊藻毒素的检测方法 |
| CN101382541A (zh) * | 2008-06-27 | 2009-03-11 | 江南大学 | 一种微囊藻毒素-lr的免疫荧光猝灭检测方法 |
| US20140242612A1 (en) * | 2011-07-14 | 2014-08-28 | Shuqi Wang | System and method for integration of mobile device imaging with microchip elisa |
| US20140335527A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-11-13 | Nanobiosym, Inc. | Systems and methods for mobile device analysis of nucleic acids and proteins |
| CN106093392A (zh) * | 2016-06-05 | 2016-11-09 | 浙江大学 | 一种尿液外泌体分离、富集及检测的集成检测方法及检测芯片 |
| CN206082559U (zh) * | 2016-06-05 | 2017-04-12 | 浙江大学 | 一种用于外泌体分离、富集和检测的微流体芯片 |
| CN108072763A (zh) * | 2016-11-15 | 2018-05-25 | 杭州绿洁水务科技股份有限公司 | 一种检测水中微囊藻毒素的微流控芯片及检测方法 |
| CN107664631A (zh) * | 2017-07-25 | 2018-02-06 | 刘斐 | 基于智能手机检测生物标识物的设备、检测方法及其样品的制备 |
| CN210742126U (zh) * | 2019-05-17 | 2020-06-12 | 华南农业大学 | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| TIAN GUAN ET AL.: "Open Surface Droplet Microfluidic Magnetosensor for Microcystin-LR Monitoring in Reservoir", 《ANALYTICAL CHEMISTRY》, vol. 92, 17 January 2020 (2020-01-17), pages 3409 - 3416 * |
| 何文兵 等: "一种小型集成化的荧光免疫分析仪的研究和开发", 《中国医疗设备》, vol. 31, no. 7, 3 August 2016 (2016-08-03), pages 31 - 32 * |
| 覃秀姣 等: "生物传感器用于微囊藻毒素检测的研究进展", 《环境与发展》, vol. 31, no. 1, 21 March 2019 (2019-03-21), pages 113 - 116 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113399007A (zh) * | 2021-05-11 | 2021-09-17 | 华南农业大学 | 一种检测罗丹明b和苏丹红色素的表面开放式微流控芯片、免疫传感器及方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110186881B (zh) | 2024-08-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Mi et al. | Recent advancements in microfluidic chip biosensor detection of foodborne pathogenic bacteria: a review | |
| Yang et al. | Novel developments in mobile sensing based on the integration of microfluidic devices and smartphones | |
| CN103755672B (zh) | 一种用于识别半胱氨酸的特异性荧光探针及其应用 | |
| Bickman et al. | An innovative portable biosensor system for the rapid detection of freshwater cyanobacterial algal bloom toxins | |
| CN105424629B (zh) | 微流控芯片及铜离子检测系统 | |
| CN108844922B (zh) | 一种毛发中毒品的快速检测方法 | |
| CN105842451B (zh) | 基于量子点荧光免疫检测dnmt1的方法 | |
| CN101672841A (zh) | 用于生物样品的检测仪器和检测方法 | |
| CN104136123A (zh) | 微流体反应器系统 | |
| CN104105965A (zh) | 侧向流和相关免疫测定中的信号放大 | |
| CN109439517A (zh) | 斑点杂交反应装置及其应用和免疫印迹检测方法 | |
| CN110343604A (zh) | 一种微流控农残检测芯片及应用 | |
| CN108957010A (zh) | 一种可检测过敏反应的纸基传感器及其制备和应用 | |
| Su et al. | Novel research on okadaic acid field-based detection using cell viability biosensor and Bionic e-Eye | |
| CN110441295A (zh) | 一种基于铁蛋白封装Ir(ppy)3的生物传感器制备方法 | |
| CN1963512A (zh) | 乙肝病毒的化学发光定性定量检测方法 | |
| WO2017113545A1 (zh) | 一种即吸即测液体检测装置 | |
| CN110186881A (zh) | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器及方法 | |
| CN210742126U (zh) | 一种检测微囊藻毒素的生物传感器 | |
| CN101701960B (zh) | 一种检测微囊藻毒素的偶联物的制备方法 | |
| Zhang et al. | Fully Integrated Ratiometric Fluorescence Enrichment Platform for High-Sensitivity POC Testing of Salivary Cancer Biomarkers | |
| CN111307725A (zh) | 一种测定谷胱甘肽含量的方法 | |
| CN107727861B (zh) | 一种胃蛋白酶测定试剂盒及测定方法 | |
| CN109298188A (zh) | 一种重金属和肌酐联合检测试纸条及其制备方法与应用 | |
| CN105669661B (zh) | 一种半胱氨酸检测试剂及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |