CN110632329A - 一种便携式铅笔型免疫传感器及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种便携式铅笔型免疫传感器，它包括：它包括：内管、避光笔筒、光纤探针夹持装置、导光光纤、光纤探针；一种便携式铅笔型免疫传感器，它包括：所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器、箱体；一种便携式铅笔型免疫传感器在检测炎性标志物方面的应用；本发明优点是：1）铅笔式光纤传感器探针设计，结合浸入式免疫反应试剂带，大大简化了免疫分析过程；2）每根光纤探针可实现多达10次免疫分析，降低了实验成本，避免了探针的频繁更换；3）基于电池供电的高度集成化检测系统使得该传感器可用于现场条件下的分析检测；4）传感器稳定性好、灵敏度高。

Description

一种便携式铅笔型免疫传感器及应用
技术领域
本发明属于疾病标志物分析技术领域，具体涉及一种便携式铅笔型免疫传感器及应用。
背景技术
疾病特异性的生物标志物的分析检测，对于疾病的早期诊断和筛查以及监测治疗功效方面起着至关重要的作用。目前生物标志物临床检验主要依赖于医疗机构的大型仪器，检测过程复杂繁琐，而且需要专业的人员操作。与临床分析方法相比，用于现场即时检测（POCT）的便携式和用户友好型诊断工具，无需实验室设备和专业操作即可实现疾病标志物的检测。近年来，为了实现从“实验室分析”到“现场即时检测”的转变，免疫传感器应运而生，它结合了传统免疫分析和生物传感技术的优点，因此在测定生物标记物方面展现出巨大优势，尤其是抗原和抗体的灵敏检测。
基于不同的物理化学机制，研究者们已经开发了各种免疫传感器用于免疫分子的定量分析，如石英晶体传感器，电化学传感器，基于压力的传感器等。其中，基于化学发光的光纤免疫传感器因为其尺寸小，容易处理，抗干扰能力强而倍受青睐。化学发光免疫传感器通过直接将免疫识别转换为发光信号，不需要任何激发光源或光谱仪，而且具有足够高的灵敏度以避免外界环境的干扰，尤其适合构建便携式分析装置用于现场即时分析。然而，传统的化学发光免疫传感器大多需要用于免疫反应的液体控制系统和用于信号采集的电荷耦合装置（CCD），增加了仪器的复杂性和成本，限制了分析装置的小型化，集成化和便携性。如何建立一种功能集成、操作简单、小型便携的化学发光光纤免疫传感器，对于现场即时分析具有重要意义。目前尚未见基于化学发光的便携式铅笔型光纤免疫传感器用于疾病标志物检测的报道。
发明内容
本发明目的是为解决现有的疾病标志物的分析操作复杂、检测时间长的问题，而提供一种即时检测、可重复利用、稳定性好的铅笔式光纤传感器探针和便携式铅笔型免疫传感器。
铅笔式光纤传感器探针，它包括：内管、笔筒2、光纤探针夹持装置、导光光纤6、光纤探针7；
所述的内管包括：笔管头11、旋拧圆筒1、尾帽5；所述旋拧圆筒1上端设有尾帽固定部13，侧壁设有导槽12；所述的尾帽5固定在尾帽固定部13上；
所述的笔筒2套接在旋拧圆筒1外，笔筒2内设有螺旋滑槽21；
所述的光纤探针夹持装置设在旋拧圆筒1内部；
所述的导光光纤6和光纤探针7在光纤探针夹持装置内共轴对接，使光从光纤探针7最大限度导入到导光光纤6中；
所述的笔筒2由遮光材料制成；
所述的光纤探针夹持装置，包括：螺旋滑块3、对接滑块4和光纤冷接子31，所述的螺旋滑块3和对接滑块4通过卡扣连接；光纤冷接子31设有连接后的滑块内，所述的螺旋滑块3的外壁上设有螺旋柱32；
所述的螺旋滑块3下端设置夹紧部，对接滑块4上端设置夹紧部；
所述的螺旋柱32先滑入导槽12中，再嵌入螺旋滑槽21中；螺旋柱32在导槽12中上下滑动，实现光纤探针7的伸缩；
所述的导槽12有两个，在旋拧圆筒1侧壁上呈轴对称；
所述的光纤探针7是由捕获抗体修饰的。
一种便携式铅笔型免疫传感器，它包括：所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器、箱体；所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器设在箱体内部，铅笔式光纤传感器探针、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器和触屏电脑依次连接；紧凑型电池供电敏感光子计数探测器设置在避光处；
所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带和触屏电脑安装在箱体上层，紧凑型电池供电敏感光子计数探测器密封在箱体底部避光处。
所述的一种便携式铅笔型免疫传感器在检测炎性标志物方面的应用；
所述的炎性标志物为白细胞介素-6、降钙素原或/和C-反应蛋白。
本发明提供了铅笔式光纤传感器探针，它包括：它包括：内管、笔筒、光纤探针夹持装置、导光光纤、光纤探针；一种便携式铅笔型免疫传感器，它包括：所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器、箱体；一种便携式铅笔型免疫传感器在检测炎性标志物方面的应用；本发明优点是：1）铅笔式光纤传感器探针设计，结合浸入式免疫反应试剂带，大大简化了免疫分析过程；2）每根光纤探针可实现多达10次免疫分析，降低了实验成本，避免了探针的频繁更换；3）基于电池供电的高度集成化检测系统使得该传感器可用于现场条件下的分析检测；4）传感器稳定性好、灵敏度高。
附图说明
图1 是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的东南等轴侧剖视图；
图2是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的西南等轴侧剖视图；
图3是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的内管示意图；
图4是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的笔筒剖视图；
图5是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的局部放大剖视视图；
图6是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的箱体示意图；
图6是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的箱体（PPS平台）示意图；
图7是本发明一种便携式铅笔型免疫传感器的（A）（B）PPS平台测定中涉及的反应示意图；
图8是PPS平台的表征；（A）使用一根光纤探针对标准PCT溶液进行10次连续测定的结果；（B）在不同条件下光纤探针的储存稳定性；
图9是本发明制备的化学发光免疫传感器测定IL-6、PCT、CRP的标准曲线；
图10是本发明传感器的特异性评估图；
图11是本发明传感器与临床方法测定人血清样品的结果对比图。
具体实施方式
实施例1 便携式铅笔型免疫传感器
一种便携式铅笔型免疫传感器，它包括：所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带82、触屏电脑81、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器、箱体8；所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器设在箱体内部，铅笔式光纤传感器探针、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器和触屏电脑依次连接；紧凑型电池供电敏感光子计数探测器设置在避光处；
所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带和触屏电脑安装在箱体上层，紧凑型电池供电敏感光子计数探测器密封在箱体底部避光处。
紧凑型电池供电敏感光子计数探测器：基于商业光子计数器（Beijing HamamatsuPhoton Techniques INC，Beijing），构建了紧凑型电池供电敏感光子计数检测器，安置在手提箱的避光下层；免疫反应的化学发光输出信号经铅笔式光纤传感器探针产生后，由一根软的导光光纤输送至检测器，最后由一个触屏电脑进行数据收集处理。
一种便携式铅笔型免疫传感器(Portable Pencil-like immunoSensor，PPS)装置，集成在一个手提箱中，以便对疾病标志物进行现场即时检测；传感器包括下述组成部分：铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器，所述铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带和触屏电脑安装在手提箱上层，紧凑型电池供电敏感光子计数探测器密封在底部，以避免环境光的干扰；整个装置的尺寸为32 cm * 23 cm * 11 cm，总重量仅为3 kg。
实施例2铅笔式光纤传感器探针
参考图1~3，铅笔式光纤传感器探针，它包括：内管、笔筒2、光纤探针夹持装置、导光光纤6、光纤探针7；
所述的内管包括：笔管头11、旋拧圆筒1、尾帽5；所述旋拧圆筒1上端设有笔帽固定部13，侧壁设有导槽12；所述的尾帽5固定在尾帽固定部13上；
所述的笔筒2套接在旋拧圆筒1外，笔筒2内设有螺旋滑槽21；
所述的光纤探针夹持装置设在旋拧圆筒1内部；
所述的导光光纤6和光纤探针7在光纤探针夹持装置内共轴对接，使光从光纤探针7最大限度导入到导光光纤6中；
所述的光纤探针夹持装置，包括：螺旋滑块3、对接滑块4和光纤冷接子31，所述的螺旋滑块3和对接滑块4通过卡扣连接；光纤冷接子31设有连接后的滑块内，所述的螺旋滑块3的外壁上设有螺旋柱32；所述的螺旋滑块3下端设置夹紧部，对接滑块4上端设置夹紧部；
所述的螺旋柱32先滑入导槽12中，再嵌入螺旋滑槽21中；螺旋柱32在导槽12中上下滑动，实现光纤探针7的伸缩；
所述的导槽12有两个，在旋拧圆筒1侧壁上呈轴对称；
使用时，捕获抗体(Ab1)修饰的光纤探针作为生物识别和信号转换元件（总长度12 cm，其中有效长度10 cm），嵌入笔筒(总长14.5 cm，内径0.8 cm)中，可以通过旋转实现光纤传感器探针伸缩；在操作期间，握住笔管头，拧动笔筒，螺旋滑块的螺旋柱在笔筒2的螺旋滑槽21内滑动，螺旋柱沿导槽12向下移动，带动光纤探针7伸出；在本工作中，笔筒每旋转360°可使光纤探针伸出1 cm，剩余部分备用，因此每根光纤探针可实现10次免疫分析；
实施例3便携式铅笔型免疫传感器性能实验
一、传感器（PPS平台）的表征
1）传感器的重现性
本发明传感器所使用的光纤探针有效长度为10 cm，每次测量使用1 cm，之后切下用过的部分，旋转出未使用部分1 cm，用于下一次测量；利用1根光纤探针对PCT标准品(10 ng/mL)进行了10次平行测定，结果如图10A所示，10次测定结果的相对标准偏差（RSD）小于5％，表明PPS平台具有良好的重现性；同时也说明了每根光纤探针可进行多达10次分析过程，大大降低了实验成本并避免了频繁地更换探针。
2）传感器的稳定性
从实际应用的角度来看，传感器的储存稳定性也是必须考虑的一个重要因素；如图10B所示，当传感器探针储存在室温下，在7天和14天后，它依然保持了原始响应的95%和90%；当传感器探针以4℃保存在冰箱中时，在30天后它仍可保持原始响应的90%；因此，由于传感器探针储存稳定性良好，该传感器特别适用于携带至现场环境下进行分析检测。
二、灵敏度实验
在最佳实验条件（对于IL-6，捕获抗体、检测抗体的浓度分别为40 μg/mL、20 μg/mL；对于PCT，捕获抗体、检测抗体的浓度分别为20 μg/mL、10 μg/mL；对于CRP，捕获抗体、检测抗体的浓度分别为10 μg/mL、5 μg/mL；链霉亲和素的浓度为1.25μg/mL，链霉亲和素和生物素化辣根过氧化酶的摩尔比为1:4）下，我们考察了该PPS平台的灵敏度；通过对一系列浓度（对于IL-6：5、10、20、100、1000、10000 pg/mL；对于PCT：0.05、0.1、0.5、2、10、200 ng/mL；对于CRP：0.1、0.5、2、10、40、80 μg/mL）的三种炎性标志物(IL-6，PCT和CRP)进行测定，以化学发光强度为纵坐标，以浓度的对数为横坐标作图。如图6所示，在各自的浓度范围（对于IL-6，5-10,000 pg/mL；对于PCT，0.05-200 ng/mL；对于CRP，0.1-80 μg/mL）内，化学发光信号与样品浓度的对数呈现出良好的线性关系。结果表明该传感器具有足够高的灵敏度和足够宽的线性范围。
实施例4 样品检测
1、检测方法
以人血清样品中炎性标志物白细胞介素-6（IL-6）、降钙素原（PCT）和C-反应蛋白（CRP）为样品，进行检测，具体步骤为：
1）将光纤探针旋转出1 cm，插入样品试剂容器中于37℃孵育30min，以通过传感器探针上的Ab1捕获目标抗原，用PBST洗涤液洗三次，将探针插入B-Ab2试剂容器中，37℃孵育30min，接着用PBST洗涤三次。
2）将上述结合B-Ab2后的光纤探针插入SA-B-HRP试剂容器中，37℃反应15 min，PBST洗去未结合的复合物。
3）将光纤探针置于含有化学发光底物的避光试剂容器中，即可产生化学发光信号。信号由紧凑型电池供电敏感光子计数检测器收集并由触屏电脑分析。
4）将测得的化学发光强度代入对应的标准曲线，求出样品中IL-6，PCT，CRP的浓度。
2、干扰测定
为了验证传感器在实际样品中的分析性能，我们对其选择性进行了研究。通过将目标分子与干扰蛋白混合来评估传感器的特异性，这表明只有目标生物标志物诱导产生显著的化学发光信号，而干扰蛋白对信号强度的影响可忽略不计（图7）。我们还检测了人血清中加标的CRP（0，0.2，10.0和50 μg/mL），PCT（0，0.1，10和100 ng/mL）和IL-6（0，10，500和5000pg/mL），从表1可以看出，针对三种物质，回收率均较高，检测CRP（90％~107.5％），PCT（93.5％和107.5％）和IL-6（97.8％和105.8％）表明这种方法可以用于人血清样品中传染病标志物的检测且效果很好。此外，相对标准偏差（RSD）都是低于15%，证明该方法的重现性令人满意。
Figure RE-10250DEST_PATH_IMAGE001
3、实际样品检测
为了验证传感器的临床应用，我们采用这种方法检测了15种人血清中的IL-6，PCT和CRP样品。并且我们将分析结果与临床方法做了对比，发现其有较高的准确性，如图8所示；这些结果显示，我们所建立的传感器可对实际样品中的多种目标进行高精度分析。由于其便携性和通用型，将在感染性疾病的现场诊断中展现出潜在的应用价值。

Claims (9)

1.铅笔式光纤传感器探针，它包括：内管、笔筒（2）、光纤探针夹持装置、导光光纤（6）、光纤探针（7）；
所述的内管包括：笔管头（11）、旋拧圆筒（1）、尾帽（5）；所述旋拧圆筒（1）上端设有尾帽固定部（13），侧壁设有导槽（12）；所述的尾帽（5）固定在尾帽固定部（13）上；
所述的笔筒（2）套接在旋拧圆筒（1）外，笔筒（2）内设有螺旋滑槽（21）；
所述的光纤探针夹持装置设在旋拧圆筒（1）内部，光纤探针夹持装置外壁上设有螺旋柱（32）；所述的螺旋柱（32）安装在导槽（12）内，再嵌入螺旋滑槽（21）中；
所述的导光光纤（6）和光纤探针（7）在光纤探针夹持装置内共轴对接。
2.根据权利要求1所述的铅笔式光纤传感器探针，其特征在于：所述的笔筒（2）由遮光材料制成。
3.根据权利要求2所述的铅笔式光纤传感器探针，其特征在于：所述的光纤探针夹持装置，包括：螺旋滑块（3）、对接滑块（4）和光纤冷接子（31），所述的螺旋滑块（3）和对接滑块（4）通过卡扣连接；光纤冷接子（31）设有连接后的滑块内，螺旋柱（32）设在螺旋滑块（3）外壁上。
4.根据权利要求3所述的铅笔式光纤传感器探针，其特征在于：所述的螺旋滑块（3）下端设置夹紧部，对接滑块（4）上端设置夹紧部。
5.根据权利要求4所述的铅笔式光纤传感器探针，其特征在于：所述的导槽（12）有两个，在旋拧圆筒（1）侧壁上呈轴对称。
6.一种便携式铅笔型免疫传感器，它包括：权利要求1所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器、箱体；所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带、触屏电脑、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器设在箱体内部，铅笔式光纤传感器探针、紧凑型电池供电敏感光子计数探测器和触屏电脑依次连接；紧凑型电池供电敏感光子计数探测器设置在避光处。
7.根据权利要求6所述的一种便携式铅笔型免疫传感器，其特征在于：所述的铅笔式光纤传感器探针、浸入式免疫反应试剂带和触屏电脑安装在箱体上层，紧凑型电池供电敏感光子计数探测器密封在箱体底部避光处。
8.权利要求7所述的一种便携式铅笔型免疫传感器在检测炎性标志物方面的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于：所述的炎性标志物为白细胞介素-6、降钙素原或/和C-反应蛋白。
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