CN111458502A - 一种微流控hiv尿液检测装置 - Google Patents

一种微流控hiv尿液检测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微流控HIV尿液检测装置，该装置主要包括：样品导入模块、样品定量模块、样品检测模块三个部分。样品导入模块包括上封条、样品导入模块上盖、注入腔；样品定量模块包括样品定量模块上盖、定量腔、废液腔、遇水变色检测纸、吸水海绵、透气防水膜；样品检测模块包括样品检测模块上框、样品检测模块底板、破膜针、胶体金纸条、纸条固定槽上盖。检测样品自样品导入模块加入后，通过装置快速装配，由破膜针穿刺透气防水膜，将待测样品释放到样品检测模块，通过胶体金纸条完成免疫层析反应，实现HIV尿液的定性检测。本发明集成样品导入、样品定量、废液存储、样品释放、样品检测等多个功能实现了HIV尿液样品的现场快速检测。

Description

一种微流控HIV尿液检测装置
技术领域
本发明涉及生命医学检测、体外诊断领域，尤其涉及一种微流控HIV尿液检测装置，本发明提供了一种针对尿液样品的HIV快速检测方法及微流控装置。
背景技术
POCT(point-of-care testing)，即现场快速检测，通过便携式设备仪器与自动化检测方法，在各类工作环境中，包括各类医疗环境和非医疗环境、甚至社区、家庭环境下，完成疾病的快速检测，具有成本低、操作简单、快捷方便等明显优势，POCT对于提升基层医疗的疾病诊断水平具有非常重要的意义。
现有的HIV检测，无论是免疫或核酸检测方法，往往是针对血液样品来实现的。由于受到血液样品的专业化采集、前处理及检测过程的各类复杂步骤的限制，基于血液样品的HIV检测，往往需要在医院等专业的医疗机构中完成。为了提升HIV艾滋病的防控水平，研制基于尿液或唾液的检测方法具有重要的现实意义。由于尿液与唾液均通过无创采样的方式得到，这有利于在各类非医疗场合乃至家庭实现HIV检测，由此显著扩大并普及HIV检测，实现高效的HIV防控。尤其是，基于微流控技术，研制针对尿液样品，集成化的HIV检测微流控芯片装置，借助微流控的集成功能来实现自动化检测，由此简化检测流程，并降低检测过程对于各类设备的依赖程度，这对于实现简单、快速、方便、低成本的HIV检测具有重要价值。
发明内容
本发明目的在于，基于HIV尿液检测胶体金侧向流纸条，研制一种微流控HIV尿液检测装置。该装置通过集成化的功能设计，使得尿液样品导入、样品定量及样品检测等若干步骤能够通过简便的方式一体化实现，显著降低了HIV尿液检测过程的复杂度，通过微流控技术与免疫层析技术的相互配合，实现了HIV尿液样品的现场快速检测(Point-of-CareTesting)。
为实现上述目的，本发明设计了一种微流控HIV尿液检测装置，装置主要包括：样品导入模块、样品定量模块、样品检测模块三个模块。
样品导入模块包括上封条(1)、样品导入模块上盖(2)及注入腔(3)。样品导入模块上表面为半开口结构，注入腔(3)与样品导入模块上盖(2)配合形成半封闭结构；上封条(1)固定在样品导入模块上盖(2)上方，上封条(1)形状与样品导入模块的圆弧开口对应；注入腔(3)下方有一通孔(4)，注入腔(3)腔体通过此通孔(4)与样品定量模块连通。待检尿液样品通过样品导入模块的开口注入到样品导入腔内，随之流入样品定量模块，待检尿液样品注入后，上封条(1)封闭样品导入模块上表面的开口部分，由此，上封条(1)、样品导入模块上盖(2)和注入腔(3)三者形成密闭结构。
样品定量模块包括样品定量模块上盖(7)、定量腔(9)、废液腔(12)、遇水变色检测纸(10)、吸水海绵(11)、透气防水膜(14)。样品定量模块整体固定在样品导入模块下方；样品定量模块上盖(7)位于样品定量模块顶层，样品定量模块上盖(7)有一观察窗(5)，样品定量模块上盖(7)两侧下方各有一个定位柱(8)；废液腔(12)位于样品定量模块上盖(7)下方，为一个密闭结构；定量腔(9)、遇水变色检测纸(10)、吸水海绵(11)位于废液腔(12)内；定量腔(9)底部有一通孔，透气防水膜(14)粘贴于定量腔(9)底部通孔下端面，用于封闭此通孔；样品定量模块上盖通孔(6)与样品导入模块的注入腔(3)下方通孔相互连通；观察窗(5)是样品定量模块上盖(7)上的开口，用于观察废液腔(12)内部的遇水变色检测纸(10)的颜色变化，同时观察窗(5)连通样品定量模块与外部大气环境；在样品定量模块的废液腔(12)中，固定有遇水变色检测纸(10)和吸水海绵(11)，其中，遇水变色检测纸(10)在吸收多余的尿液样品后，会快速改变自身颜色(如由白色变成红色)，吸水海绵(11)则用于吸收保存多余样品，防止样品泄漏，避免环境污染；定量腔(9)为一个带阶梯孔(上大下小)的圆柱形空腔，定量腔(9)位于废液腔(12)内部，周围为废液腔(12)环绕；定量腔(9)上方正对样品定量模块上盖通孔(6)，并与样品定量模块上盖(7)的通孔保持一定距离，定量腔下方正对废液腔底部通孔(13)。待测尿液样品通过样品导入模块注入后，首先流入定量腔(9)，多余样品则自动进入废液腔(12)，被遇水变色检测纸(10)及吸水海绵(11)吸收；两个定位柱(8)位于样品定量模块上盖(7)的下表面两侧，并分别与样品检测模块上框(15)的两个定位槽(18)相互配合，实现定位功能。
样品检测模块包括样品检测模块上框(15)、样品检测模块底板(16)、破膜针(22)、胶体金纸条、纸条固定槽上盖(19)。样品检测模块上框(15)两侧各有一个定位槽(18)，两个定位槽(18)旁各有一个连接胶条(17)，定位柱(8)、定位槽(18)、连接胶条(17)在样品注入后，通过手工装配，实现样品导入模块、样品定量模块、及样品检测模块三者的相互装配与固定；样品检测模块底板(16)固定在样品检测模块上框(15)下表面，纸条固定槽(20)位于样品检测模块底板(16)上表面，破膜针(22)、胶体金纸条固定在纸条固定槽(20)内，纸条固定槽上盖(19)粘贴于纸条固定槽(20)上方，用于封闭样品检测模块；样品检测模块的破膜针(22)位于定量腔(9)底部透气防水膜(14)的正下方；在装置的多个模块之间完成相互装配与固定后，破膜针(22)将自动穿刺透气防水膜(14)，从而使得定量腔(9)内的样品被释放至样品检测模块；在定量腔(9)的下部有一个中空的圆柱形凸起，在装置完成装配后，该圆柱形凸起会与检测模块中的胶体金纸条相互接触，使得待测样品能够从样品定量腔(9)转移到胶体金纸条上；样品检测模块的纸条固定槽(20)两端分别有一个纸条固定槽卡口(21)；胶体金纸条通过纸条固定槽卡口(21)装配在纸条固定槽(20)内，胶体金纸条的样品垫被垂直方向上的破膜针(22)预先穿刺，并相互固定；检测过程中，当装置完成装配后，破膜针(22)会穿刺透气防水膜(14)，定量腔(9)中的待测样品会顺着破膜针(22)流到胶体金纸条的样品垫上，完成免疫层析反应，实现HIV尿液检测；样品检测模块的纸条固定槽上盖(19)采用了透明聚合物材料，如透明的PMMA或PC等，由此方便对完成免疫层析反应的胶体金纸条进行图像或光电检测，或者通过人眼观察来判断检测结果。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.传统疾病检测如艾滋病检测需较严格的医疗环境，并且所需样本通常为血液；本发明中所需样本为尿液，并且无需经过提取、定量转移，即可直接在各类医疗环境或非医疗环境下，甚至是家庭中简单且快速地实现HIV尿液检测，具有快速、成本低、无需样品处理过程、检测步骤操作简单等优点。
2.本发明设计了一种可靠、准确的样品定量结构与方法，定量腔与透气防水膜共同作用，准确定量所需的待测样品；利用吸水海绵与遇水变色检测纸吸取多余样品，同时通过遇水变色检测纸的颜色变化，指导检测过程的样品加样。
3.本发明采用破膜针将废液腔下方透气防水膜扎破，同时破膜针贯穿胶体金纸条的样品垫，此方式能同时完成定量后样品的释放与引流，具有可靠、操作方式简单等优点。
4.本发明使用过程中能避免样本泄漏，利于现场快速检测，在样品定量结束后，样品导入模块上封条能将样本注入口封闭以避免样品泄漏；样品定量模块与样品检测模块相互装配后，连接胶条能将两者紧密粘合，封闭各个模块，确保过量的检测样品不会泄漏到环境中。
5.本发明集成样品注入、样品定量、废液存储、样品释放、样品检测等功能，仅用微型化的微流控装置即可代替复杂、昂贵的各类工具、仪器，再结合胶体金纸条免疫层析技术，实现了HIV的快速检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1a本装置整体俯视结构图；
图1b本装置整体仰视结构图；
图2a本装置的样品导入模块俯视结构图；
图2b本装置的样品导入模块仰视结构图；
图3a本装置的样品定量模块俯视结构图；
图3b本装置的样品定量模块仰视结构图；
图4本装置的样品定量模块正视结构图；
图中：1、上封条，2、样品导入模块上盖，3、注入腔，4、注入腔下方通孔，5、观察窗，6、样品定量模块上盖通孔，7、样品定量模块上盖，8、定位柱，9、定量腔，10、遇水变色检测纸，11、吸水海绵，12、废液腔，13、废液腔底部通孔，14、透气防水膜，15、样品检测模块上框，16、样品检测模块底板，17、连接胶条，18、定位槽，19、纸条固定槽上盖，20、纸条固定槽，21、纸条固定槽卡口，22、破膜针。
具体实施过程
下面将结合本发明中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
向样品导入模块的注入腔(3)内注入受检尿液，受检尿液通过注入腔下方通孔(4)及样品定量模块上盖通孔(6)流入定量腔(9)，定量腔(9)与下方透气防水膜(14)共同作用，实现受检尿液的体积定量，如80μl(微升)，多余的受检尿液从定量腔(9)内溢出，流入废液腔(12)内并被吸水海绵(11)吸收，进而润湿上方遇水变色检测纸(10)，此时通过观察窗(5)可以看到遇水变色检测纸(10)显色，可以判定废液腔(12)内液体已经存在液体，表明定量腔(9)内液体已完成体积定量存储，遇水变色检测纸(10)显色后停止注入受检尿液，并使用上封条(1)封住注入腔(3)；将贴好上封条的样品导入模块及样品定量模块放入样品检测模块中，通过定位柱(8)和样品检测模块上框(15)的定位槽(18)定位两者相对位置，同时使用定位槽(18)两侧的连接胶条(17)粘合样品导入模块、样品定量模块、样品检测模块；在定位柱(8)与定位槽(18)配合过程中，破膜针(22)将废液腔(12)下方透气防水膜(14)扎破，定量腔内(9)的受检尿液流入下方纸条检测模块，与纸条固定槽(20)中的胶体金纸条发生层析反应，最终完成受检尿液的试剂定量及定性检测。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：包括样品导入模块、样品定量模块、样品检测模块三个部分；
样品导入模块中，样品导入模块上盖(2)固定在注入腔(3)上方；样品导入前，上封条(1)、样品导入模块上盖(2)和注入腔(3)三者构成半密闭结构；样品导入后，上封条(1)同时封闭样品导入模块上盖(2)和注入腔(3)上方，形成全密闭结构；注入腔(3)底部设有一通孔(4)；
样品定量模块固定在样品导入模块下方；样品定量模块上盖(7)位于样品定量模块顶层，样品定量模块上盖(7)有一观察窗(5)，样品定量模块上盖(7)两侧下方各有一个定位柱(8)；废液腔(12)位于样品定量模块上盖(7)下方，废液腔(12)为密闭结构；定量腔(9)、遇水变色检测纸(10)和吸水海绵(11)均位于废液腔(12)内；定量腔(9)底部设有一孔，透气防水膜(14)粘贴于孔的下端面，用于封闭孔；
样品检测模块中，样品检测模块上框(15)两侧各有一个定位槽(18)，两个定位槽(18)旁各有一个连接胶条(17)；样品检测模块底板(16)固定在样品检测模块上框(15)的下表面，纸条固定槽(20)位于样品检测模块底板(16)上表面，破膜针(22)、胶体金纸条固定在纸条固定槽(20)内，纸条固定槽上盖(19)粘贴于纸条固定槽(20)上方，用于封闭样品检测模块。
2.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：样品导入模块上表面为半开口结构，注入腔(3)与样品导入模块上盖(2)配合形成半封闭结构；上封条(1)固定在样品导入模块上盖(2)上方，上封条(1)形状与样品导入模块的圆弧开口对应；注入腔(3)下方有一通孔(4)，注入腔(3)腔体通过此通孔(4)与样品定量模块连通；待检尿液样品通过样品导入模块的开口注入到样品导入腔内，随之流入样品定量模块，待检尿液样品注入后，上封条(1)封闭样品导入模块上表面的开口部分，上封条(1)、样品导入模块上盖(2)和注入腔(3)三者形成密闭结构。
3.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：样品定量模块固定在样品导入模块的下方，样品定量模块上盖通孔(6)与样品导入模块的注入腔(3)下方通孔相互连通；观察窗(5)是样品定量模块上盖(7)上的开口，用于观察废液腔(12)内部的遇水变色检测纸(10)的颜色变化，同时观察窗(5)连通样品定量模块与外部大气环境。
4.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：在样品定量模块的废液腔(12)中，固定有遇水变色检测纸(10)和吸水海绵(11)，遇水变色检测纸(10)在吸收多余的尿液样品后，会快速改变自身颜色，吸水海绵(11)则用于吸收保存多余样品，防止泄漏。
5.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：定量腔(9)为一个带阶梯孔的圆柱形空腔，定量腔(9)位于废液腔(12)内部，周围为废液腔(12)环绕；定量腔(9)上方正对样品定量模块上盖通孔(6)，并与样品定量模块上盖(7)的通孔保持一定距离，定量腔下方正对废液腔底部通孔(13)；待测尿液样品通过样品导入模块注入后，首先流入定量腔(9)，多余样品则自动进入废液腔(12)，被遇水变色检测纸(10)及吸水海绵(11)吸收。
6.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：两个定位柱(8)位于样品定量模块上盖(7)的下表面两侧，并分别与样品检测模块上框(15)的两个定位槽(18)相互配合，实现定位功能；两个定位槽(18)两侧各有一个连接胶条(17)，定位柱(8)、定位槽(18)、连接胶条(17)在样品注入后，通过手工装配，实现样品导入模块、样品定量模块、及样品检测模块三者的相互装配与固定。
7.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：样品检测模块的破膜针(22)位于定量腔(9)底部透气防水膜(14)的正下方；破膜针(22)用于自动穿刺透气防水膜(14)，从而使得定量腔(9)内的样品被释放至样品检测模块。
8.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：在定量腔(9)的下部有一个中空的圆柱形凸起，该圆柱形凸起用以与检测模块中的胶体金纸条相互接触，使待测样品能够从样品定量腔(9)转移到胶体金纸条上。
9.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：样品检测模块的纸条固定槽(20)两端分别有一个纸条固定槽卡口(21)；胶体金纸条通过纸条固定槽卡口(21)装配在纸条固定槽(20)内，胶体金纸条的样品垫被垂直方向上的破膜针(22)预先穿刺，并相互固定；检测过程中，当装置完成装配后，破膜针(22)会穿刺透气防水膜(14)，定量腔(9)中的待测样品会顺着破膜针(22)流到胶体金纸条的样品垫上，完成免疫层析反应，实现HIV尿液检测。
10.根据权利要求1所述的一种微流控HIV尿液检测装置，其特征在于：样品检测模块的纸条固定槽上盖(19)采用透明聚合物材料。
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