CN111366725A - 增强检测信号的检测方法、装置及试片 - Google Patents

Abstract

一种增强检测信号的检测方法，包含步骤：提供检测装置，包含管件、入口槽及气腔，入口槽及气腔分别与管件的第一端及第二端连通，气腔设有弹性层，管件设有结合材料作为反应区；将样本置于入口槽，其中样本包含检测材料；提供向上作用力予弹性层，驱动样本往管件的第二端移动，使部分的检测材料与管件中的结合材料进行结合；提供向下作用力予弹性层，驱动样本往管件的第一端移动，使更多的检测材料与管件中的结合材料进行结合；重复前两步骤至少一次；提供向下作用力予弹性层，驱动样本离开反应区；及进行反应区的信号测量。本公开还涉及一种增强检测信号的装置及试片。

Description

增强检测信号的检测方法、装置及试片

技术领域

本公开涉及一种增强检测信号的检测方法、装置及试片，特别涉及一种应用于体外检测且可增强检测信号的检测方法、装置及试片。

背景技术

生物检测装置是在装置上放置特定的生物材料(例如核酸或蛋白质)，以与待测检体中特定的生物材料发生特异性的反应，而反应后的信号可经各种感应器或感应物质定量，进而得知生物反应。举例而言，传统的生物检测卡匣可利用侧向流层析技术进行检测，通过大孔径的微孔滤膜为载体，例如硝酸纤维膜(nitrocellulose membrane，简称NC膜)，将特异性抗体或抗原固定在NC膜上面，并以胶体金(colloidal gold)颗粒作为试剂呈色剂，以检测检体中是否有欲检测的抗体或抗原存在。

图1即显示传统的生物检测技术示意图。如图所示，生物检测卡匣1包含NC膜11、样品垫12、结合垫13、及吸收垫14，其中结合垫13具有以胶体金标记的第一抗体(Ab1-CGC)，NC膜11上的检测带T固定有第二抗体Ab2，而控制带C则固定有控制抗体cAb。当待测检体S滴在卡匣一端的样品垫12上时，液体会通过毛细作用侧向移动(如箭头所示方向)，并与结合垫13上以胶体金标记的第一抗体(Ab1-CGC)产生特异的免疫反应，然后再移动到NC膜11上，使得待测检体S中的抗原Ag被固定在NC膜11表面的第二抗体Ab2捕捉，并随时间聚集在检测带T上，通过检测带T的光反射信号密度，可以得到肉眼可见的显色结果，若检测带T及控制带C皆呈色即表示为阳性反应，其它未结合的标记物会通过检测带T被吸收垫14给吸收。

虽然此类的生物检测卡匣可满足实时检测和床边检测的需求，但由于检体的加样量不精确，使得检测的精准度受到影响，且侧向流为单一方向流动，当检测带没捕捉到信号时，亦无法再逆流回去被捕捉。再者，在低浓度的检测情况下，检测带的信号必须依靠较长反应时间才能累积出被辨识的信号。此外，每批材料膜的孔径大小会影响流速也会影响精准度。又，纸材本身会吸附一定体积的液体，被吸附的液体不会与检测带反应，因此产生不反应的滞留体积。

因此，为了改善现有技术的缺失，实有必要开发一种可增强检测信号的检测方法、装置及试片，以增加检测灵敏度并缩短反应时间。

发明内容

本公开的目的在于提供一种可增强检测信号的检测方法、装置及试片，以增加检测灵敏度并缩短反应时间。

为达上述目的，本公开提供一种增强检测信号的检测方法，包含下列步骤：(a)提供一检测装置，包含一管件、一入口槽及一气腔，入口槽及气腔分别与管件的一第一端及一第二端连通，气腔设有一弹性层，且管件设有一结合材料作为一反应区；(b)将一样本置于入口槽，其中样本包含一检测材料；(c)提供一向上作用力予弹性层，驱动样本往管件的第二端移动，使部分的检测材料与管件中的结合材料进行结合；(d)提供一向下作用力予弹性层，驱动样本往管件的第一端移动，使更多的检测材料与管件中的结合材料进行结合；(e)重复步骤(c)及(d)至少一次；(f)提供一向下作用力予弹性层，驱动样本离开反应区；以及(g)进行反应区的信号测量。

在一实施例中，在步骤(b)之前，检测方法还包含提供弹性层一向下作用力的步骤。

在一实施例中，步骤(c)驱动样本往管件的第二端移动是使样本流经并离开反应区。

在一实施例中，步骤(d)驱动样本往管件的第一端移动是使样本流经并离开反应区。

在一实施例中，在步骤(e)中，步骤(c)及(d)可重复操作多次，使样本反复流经反应区，借此增加样本中的检测材料与反应区的结合材料结合的几率。

在一实施例中，检测装置还包含一驱动元件，是与弹性层连接，架构于提供弹性层向上或向下作用力，以驱动样本于管件中移动。

在一实施例中，驱动元件包含一按压件及一致动器，致动器驱动按压件将作用力施加于弹性层。

在一实施例中，检测装置还包含一光学检测模块，是设置在结合材料的两侧，架构于测量反应区的光学信号。

在一实施例中，结合材料是固定在一载体，且载体固定在管件中并分别与入口槽及气腔相间隔。

为达上述目的，本公开更提供一种增强检测信号的检测装置，包含：一管件；一入口槽，与管件的一第一端连通，且供一样本置入，样本包含一检测材料；一气腔，与管件的一第二端连通，且设有一弹性层；一结合材料，设置于管件中作为一反应区；以及一驱动元件，与弹性层连接，架构于提供弹性层一向上或向下作用力，以驱动样本于管件中移动，并反复流经反应区。

在一实施例中，驱动元件包含一按压件及一致动器，致动器驱动按压件将作用力施加于弹性层。

在一实施例中，检测装置还包含一光学检测模块，是设置在结合材料的两侧，架构于测量反应区的光学信号。

在一实施例中，结合材料是固定在一载体，且载体固定在管件中并分别与入口槽及气腔相间隔。

为达上述目的，本公开更提供一种增强检测信号的检测试片，适于连接一驱动元件，检测试片包含：一管件；一入口槽，与管件的一第一端连通，且供一样本置入，样本包含一检测材料；一气腔，与管件的一第二端连通，且设有一弹性层；以及一结合材料，设置于管件中作为一反应区，其中，弹性层连接驱动元件，驱动元件提供弹性层反复往相反方向形变的作用力，使气腔内的空间产生变化，以驱动样本于管件中的第一端与第二端间往返移动，并反复流经反应区。

附图说明

图1显示传统的生物检测技术示意图。

图2显示本公开可增强检测信号的检测装置示意图。

图3A至图3I显示本公开可增强检测信号的检测方法的流程示意图。

图4显示第一实例的差值对应按压次数的坐标图。

图5显示真实试片的反应区影像。

图6显示第二实例的差值对应胶体金稀释倍率的坐标图。

其中，附图标记说明如下：

1：生物检测卡匣

11：NC膜

12：样品垫

13：结合垫

14：吸收垫

Ab1-CGC：以胶体金标记的第一抗体

Ab2：第二抗体

cAb：控制抗体

T：检测带

C：控制带

2：检测装置

21：管件

22：入口槽

23：气腔

231：弹性层

24：结合材料

25：驱动元件

251：按压件

252：致动器

26：光学检测模块

261：光源

262：光检测器

3：样本

31：检测材料

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上为说明的用，而非用以限制本公开。本发明所有实施方式的附图只是示意，不代表真实尺寸与比例。此外，以下实施例的内容中所称的方位“上”及“下”只是用来表示相对的位置关系，而非用以限制本公开。

本公开提供一种可增强检测信号的检测方法及检测装置，尤其是增强生物检测中粒子或分子信号的方法及装置，以增加检测灵敏度并缩短反应时间，而能更准确且更快速的得知检测结果，尤其应用在疾病检测时，更能及时选择适当的治疗方式以避免延误病情。为了增强检测信号，本公开设计主要以驱动元件驱动检测装置管件内的样本流动，使样本中的检测材料反复往返流经管件内的反应区，以与反应区的结合材料相结合，借此改善传统快筛试片的侧向流层析试纸仅有单次单向流动的缺点，提高反应碰撞与结合几率，故可增强检测信号，进而改善检测的灵敏度与缩短反应时间。

图2显示本公开可增强检测信号的检测装置示意图。根据本公开实施例，检测装置2包含检测试片及驱动元件25。检测试片包含管件21、入口槽22、气腔23、结合材料24、及弹性层231。入口槽22与管件21的第一端连通，供一样本3置入，且样本3包含检测材料31。气腔23与管件21的第二端连通，且设有弹性层231，以封盖气腔23。在一实施例中，管件21的第一端与第二端是位于管件21的两相对侧。结合材料24固设于管件21中，且大致位于第一端与第二端之间略靠近第一端的区域，并做为检测装置2的反应区，其中，结合材料24是可与样本3中的检测材料31产生特异性的反应而结合。驱动元件25是与弹性层231连接，架构于提供弹性层231向上或向下作用力，以驱动样本3于管件21中移动，并反复流经结合材料24，增加样本3中的检测材料31与结合材料24结合的几率，借此增强检测信号。于本发明一实施例中，检测装置2还包含光学检测模块26，设置在结合材料24的两侧，架构于测量反应区的光学信号。于优选实施例中，检测装置2具有一壳体(未图示)，壳体可容置驱动元件25与光学检测模块26，壳体具有一开口用以插入检测试片。

在一实施例中，驱动元件25包含按压件251及致动器252，按压件251与弹性层231及致动器252连接，致动器252则由控制单元(未图示)控制，用以驱动按压件251将作用力施加于弹性层231或离开弹性层231。通过施加于弹性层231的作用力，使得弹性层231产生形变，进而改变气腔23的压力来驱动样本3于管件21中的流动，借此控制样本3反复流经与离开反应区，增加样本3中的检测材料31与反应区的结合材料24结合的几率，进而增强检测信号。

举例来说，当按压件251提供一向下作用力予弹性层231时，会使弹性层231向下变形，造成气腔23内的空间被压缩而产生正压，进而驱动样本3往管件21的第一端移动。相反地，当按压件251提供一向上作用力予弹性层231时，例如将弹性层231上提或移除外力让弹性层231复位，可使得气腔23内的空间变大而产生负压，进而驱动样本3往管件21的第二端移动。对此，通过驱动元件25使弹性层231反复往相反方向形变。

在一实施例中，弹性层231由可弹性变形的材质所制成，例如橡胶或泡棉，但不以此为限。

在一实施例中，致动器252可为但不限于步进马达。又，按压件251及致动器252可由控制单元进行程序化控制，使按压件251可依预定程序按压弹性层231，包含按压深度、速度及次数皆可依需求调整，进而精准控制样本3于管件21内的流动。

在另一实施例中，驱动元件25亦可为使用者的手，通过手动按压弹性层231，亦可实现气腔23的气压调变，以驱动样本3反复流经与离开反应区。

在一实施例中，光学检测模块26包含光源261及光检测器262，分别设置于管件21的上下两侧，亦即位于结合材料24的两相对侧。光源261及光检测器262的设置位置并不以图2所示为限，亦可将光源261设置于结合材料24的下方，并将光检测器262设置于结合材料24的上方。在一实施例中，光源261可为但不限于发光二极管(light emitting diode，LED)，用以提供有效光源进行检测；光检测器262可为但不限于光电二极管(photodiode)，用以接收光信号进行检测并取得分析结果，例如可分析检测材料31的浓度。

在一实施例中，管件21可由透光材料所制成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、亚克力、或玻璃，但不以此为限，只要是具有透光性的材料皆可用于制作管件21，以利光学检测或肉眼观测。

在一实施例中，管件21、入口槽22及气腔23可为一体成型的结构，但不以此为限，亦可分别为独立构件再彼此组接。在另一实施例中，管件21可包含分离的上盖层，可在结合材料24固定于管件21后，再以上盖层封盖。

在一实施例中，样本3可为生物检体，例如全血、血清、口水、尿液、鼻涕、痰液或其他组织液等，或是食品、环境物质、微生物、或上述的任意组合，但不以此为限。在一实施例中，样本3中的检测材料31可为抗体、抗原、核酸、或其他化学成分，但不以此为限。

在一实施例中，样本3在置入入口槽22之前，亦可经过前处理，例如纯化、去除检测干扰因子、或加入可与检测材料31结合的标记分子，例如以胶体金、荧光染剂或其他标记的抗体、抗原、核酸、或其他化学成分，但不以此为限。

在一实施例中，结合材料24可为抗体、抗原、核酸、或其他化学成分，但不以此为限，只要能与检测材料31产生特异性的反应而结合的分子皆可作为本公开的结合材料24。

在一实施例中，结合材料24是先固定在一载体，再将载体固定在管件21中，其中，载体为多孔性材料或表面修饰材料，例如但不限于NC膜。举例而言，当结合材料24为抗体时，可先将抗体溶液涂布在NC膜上，再将NC膜贴附在管件21中的适当位置，即完成结合材料24的固定。于一实施例中，载体贴附的适当位置介于入口槽22及气腔23之间，优选的是载体分别与入口槽22及气腔23相间隔。

请参阅图2及图3A至图3I，其中图3A至图3I显示本公开可增强检测信号的检测方法的流程示意图。如图3A所示，首先提供向下作用力予弹性层231，使得气腔23内的空间被压缩而呈排气状态，然后再将样本3置于入口槽22中，其中样本3包含检测材料31。接着如图3B所示，提供向上作用力予弹性层231，使得气腔23内的空间变大而产生负压，进而驱动样本3往管件21的第二端移动，亦即将入口槽22的样本3吸入管件21内并与管件21内反应区的结合材料24作接触，此时样本3中的部分检测材料31已与结合材料24作结合。接着如图3C所示，持续提供向上作用力予弹性层231，以驱动样本3继续往管件21的第二端移动并离开反应区，且样本3在流经反应区时，会有部分检测材料31与结合材料24作结合。

之后如图3D所示，提供向下作用力予弹性层231，驱动样本3往管件21的第一端移动，此时样本3会再次经过反应区，使得更多的检测材料31与结合材料24结合。接着如图3E所示，持续提供向下作用力予弹性层231，以驱动样本3继续往管件21的第一端移动并离开反应区，且样本3在流经反应区时，同样会有部分检测材料31继续与结合材料24作结合。

接着如图3F所示，再次提供向上作用力予弹性层231，以驱动样本3往管件21的第二端移动并再次经过反应区，使得样本3中尚未与结合材料24结合的检测材料31有机会再次与结合材料24结合。接着如图3G所示，持续提供向上作用力予弹性层231，以驱动样本3继续往管件21的第二端移动并离开反应区，且样本3在流经反应区时，检测材料31有机会再次与结合材料24结合。接着如图3H所示，提供向下作用力予弹性层231，以驱动样本3往管件21的第一端移动并再次经过反应区，使得样本3中尚未与结合材料24结合的检测材料31有机会再次与结合材料24结合。此处提供向上作用力及向下作用力予弹性层231的步骤可重复操作多次，从而使样本3反复流经与离开反应区，借此增加样本3中的检测材料31与反应区的结合材料24结合的几率。

最后，如图3I所示，持续提供向下作用力予弹性层231，驱动样本3离开反应区，并使样本3完全排到入口槽22，对此，本检测装置的管件21不需配置传统快筛试片所用的吸收垫。之后便可通过光学检测模块26的光源261及光检测器262来测量反应区的光学信号，进而分析检测材料的浓度。

在图3A中，在将样本3置于入口槽22之前，是先提供向下作用力予弹性层231，使弹性层231向下变形而压缩气腔23内的空间，故在样本3置于入口槽22之后，即可通过使弹性层231向上复位来驱动样本3流经反应区。换言之，图3B中提供向上作用力予弹性层231即可通过使弹性层231向上复位来实现。当然，在另一实施例中，在将样本3置于入口槽22之前，亦可不先提供向下作用力予弹性层231，而是在样本3置于入口槽22之后，再提供向上作用力予弹性层231，使弹性层231向上变形来驱动样本3流经反应区。

根据前述，本公开更进一步提供一种可增强检测信号的检测方法，包含步骤：(a)提供检测装置2，包含管件21、入口槽22及气腔23，入口槽22及气腔23分别与管件21的第一端及第二端连通，气腔23设有弹性层231，且管件21设有结合材料24作为反应区；(b)将样本3置于入口槽22，其中样本3包含检测材料31；(c)提供向上作用力予弹性层231，驱动样本3往管件21的第二端移动，使部分的检测材料31与管件21中的结合材料24进行结合；(d)提供向下作用力予弹性层231，驱动样本3往管件21的第一端移动，使更多的检测材料31与管件3中的结合材料24进行结合；(e)重复步骤(c)及(d)至少一次；(f)提供向下作用力予弹性层231，驱动样本3离开反应区；以及(g)进行反应区的信号测量。

在一实施例中，步骤(c)及(d)可反复操作多次，借此控制样本3反复流经与离开反应区，增加样本3中的检测材料31与反应区的结合材料24结合的几率，使检测材料31可充分与结合材料24相结合，以增强检测信号。

在一实施例中，在步骤(b)之前，还包含提供向下作用力予弹性层231的步骤。亦即，在将样本3置于入口槽22之前，可先提供向下作用力予弹性层231，使弹性层231向下变形而压缩气腔23内的空间。

在一实施例中，步骤(c)驱动样本往管件的第二端移动是使样本流经并离开反应区，而步骤(d)驱动样本往管件的第一端移动是使样本流经并离开反应区。

以下将以实例说明本公开的可增强检测信号的检测方法。在第一实例中，首先，在4mm*3mm大小的NC膜上，划上1μL/cm的3.7mg/mL源自小鼠的抗人类肌钙蛋白(Mouse anti-human Troponin)抗体，再将NC膜贴附在本公开检测装置2的管件21内，并封装上盖层和弹性层231。将配制好的胶体金-抗体共轭溶液(OD530＝2.9～3.1)使用缓冲液(pH 8.2,20mMTris)稀释成各种稀释倍率，均匀混合后使用，最后滴20μL的胶体金溶液在入口槽22，在相同按压速度(1下/1秒)下进行不同按压次数(30下、60下、120下、240下、360下、480下、600下)的实验(n＝3)，并使用影像来量化信号，通过背景值减掉反应区的灰阶值，即可得到量化的差值，如表1所示。

表1

按压次数	1	2	3	平均	标准差
						30	8	6	6	6.7	1.2
60	13	17	19	16.3	3.1
						120	36	19	33	29.3	9.1
240	40	56	52	49.3	8.3
						360	51	50	57	52.7	3.8
480	49	54	52	51.7	2.5
						600	56	53	52	53.7	2.1

图4为第一实例的差值对应按压次数的坐标图。由图4可观察到，随着按压次数的增加，检测信号会逐渐增强，当按压次数到达240下时，信号就几乎不再增加，代表液体内的胶体金已经完全结合在反应区内，信号才会呈现饱和的状态。图5则呈现真实试片的反应区影像，可明显看出本公开检测装置的反应区影像随着按压次数的增加而变深。反观只能单次单向流动的传统快筛试片，其信号差值约23，而本公开的检测装置通过重复按压弹性层，使液体反复通过反应区，即可达到饱和点的差值52，除了信号增强一倍以外，更能有效率的产生反应。

第二实例则是比较传统快筛试片和本公开检测装置在不同胶体金稀释倍率(1x、1/2x、1/4x、1/8x)的反应信号(n＝3)，此实例的实验条件如同第一实例，差别在于本公开检测装置只按压100下。利用传统快筛试片和本公开检测装置检测所得到的量化差值分别如表2及表3所示。

表2

表3

图6为第二实例的差值对应胶体金稀释倍率的坐标图。由图6整体结果来看，本公开检测装置按压后的信号比传统快筛试片还要强，再次证明本公开的检测装置通过重复按压弹性层，确实能加强结合区的反应。

综上所述，为了增强检测信号，本公开的检测装置及检测方法主要以驱动元件驱动管件内的样本流动，通过重复按压弹性层，可使样本中的检测材料反复流经管件内的反应区，以与反应区的结合材料相结合，借此改善传统快筛试片的侧向流层析试纸仅有单次单向流动的缺点，提高反应碰撞与结合几率，故可增强检测信号，进而改善检测的灵敏度与缩短反应时间。同时，通过气压驱动，可避免样本在试纸上的滞留体积，降低检体需求量，且具有精准的流体控制，可避免因试纸材料变异所导致的测量偏差。此外，在进行光学测量前的最后一次按压，可使样本完全离开反应区，以避免样本中的杂质干扰光学测量结果，因此本公开的检测装置及方法还可应用于全血的检测。

纵使本发明已由上述实施例详细叙述而可由熟悉本技艺人士任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (14)

1.一种增强检测信号的检测方法，包含下列步骤：

(a)提供一检测装置，包含一管件、一入口槽及一气腔，该入口槽及该气腔分别与该管件的一第一端及一第二端连通，该气腔设有一弹性层，且该管件设有一结合材料作为一反应区；

(b)将一样本置于该入口槽，其中该样本包含一检测材料；

(c)提供一向上作用力予该弹性层，驱动该样本往该管件的该第二端移动，使部分的该检测材料与该管件中的该结合材料进行结合；

(d)提供一向下作用力予该弹性层，驱动该样本往该管件的该第一端移动，使更多的该检测材料与该管件中的该结合材料进行结合；

(e)重复步骤(c)及(d)至少一次；

(f)提供一向下作用力予该弹性层，驱动该样本离开该反应区；以及

(g)进行该反应区的信号测量。

2.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中在步骤(b)之前，还包含提供该弹性层一向下作用力的步骤。

3.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中步骤(c)驱动该样本往该管件的该第二端移动是使该样本流经并离开该反应区。

4.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中步骤(d)驱动该样本往该管件的该第一端移动是使该样本流经并离开该反应区。

5.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中在步骤(e)中，步骤(c)及(d)可重复操作多次，使该样本反复流经该反应区，借此增加该样本中的该检测材料与该反应区的该结合材料结合的几率。

6.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中该检测装置还包含一驱动元件，是与该弹性层连接，架构于提供该弹性层向上或向下作用力，以驱动该样本于该管件中移动。

7.如权利要求6所述的增强检测信号的检测方法，其中该驱动元件包含一按压件及一致动器，该致动器驱动该按压件将作用力施加于该弹性层。

8.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中该检测装置还包含一光学检测模块，是设置在该结合材料的两侧，架构于测量该反应区的光学信号。

9.如权利要求1所述的增强检测信号的检测方法，其中该结合材料是固定在一载体，且该载体固定在该管件中并分别与该入口槽及该气腔相间隔。

10.一种增强检测信号的检测装置，包含：

一管件；

一入口槽，与该管件的一第一端连通，且供一样本置入，该样本包含一检测材料；

一气腔，与该管件的一第二端连通，且设有一弹性层；

一结合材料，设置于该管件中作为一反应区；以及

一驱动元件，与该弹性层连接，架构于提供该弹性层一向上或向下作用力，以驱动该样本于该管件中移动，并反复流经该反应区。

11.如权利要求10所述的增强检测信号的检测装置，其中该驱动元件包含一按压件及一致动器，该致动器驱动该按压件将作用力施加于该弹性层。

12.如权利要求10所述的增强检测信号的检测装置，还包含一光学检测模块，是设置在该结合材料的两侧，架构于测量该反应区的光学信号。

13.如权利要求10所述的增强检测信号的检测装置，其中该结合材料是固定在一载体，且该载体固定在该管件中并分别与该入口槽及该气腔相间隔。

14.一种增强检测信号的检测试片，适于连接一驱动元件，该检测试片包含：

一管件；

一入口槽，与该管件的一第一端连通，且供一样本置入，该样本包含一检测材料；

一气腔，与该管件的一第二端连通，且设有一弹性层；以及

一结合材料，设置于该管件中作为一反应区，其中，该弹性层连接该驱动元件，该驱动元件提供该弹性层反复往相反方向形变的作用力，使该气腔内的空间产生变化，以驱动该样本于该管件中的该第一端与该第二端间往返移动，并反复流经该反应区。

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