CN111537708A - 微流控检测结构及其应用 - Google Patents
微流控检测结构及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111537708A CN111537708A CN202010526065.5A CN202010526065A CN111537708A CN 111537708 A CN111537708 A CN 111537708A CN 202010526065 A CN202010526065 A CN 202010526065A CN 111537708 A CN111537708 A CN 111537708A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- microfluidic
- detection structure
- microfluidic detection
- limiting channel
- microspheres
- 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.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 239000004005 microsphere Substances 0.000 claims abstract description 53
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 45
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000003018 immunoassay Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 39
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 29
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 14
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- 239000008280 blood Substances 0.000 claims description 9
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 claims description 9
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 7
- 230000004907 flux Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 41
- 108010048233 Procalcitonin Proteins 0.000 description 9
- CWCXERYKLSEGEZ-KDKHKZEGSA-N procalcitonin Chemical compound C([C@@H](C(=O)N1CCC[C@H]1C(=O)N[C@@H](CCC(N)=O)C(=O)N[C@H](C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H]([C@@H](C)CC)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C(C)C)C(=O)NCC(=O)N[C@@H](C)C(=O)N1[C@@H](CCC1)C(=O)NCC(O)=O)[C@@H](C)O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CC=1NC=NC=1)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC=CC=1)NC(=O)[C@H](CCCCN)NC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)[C@H](CC=1C=CC=CC=1)NC(=O)[C@H](CC(O)=O)NC(=O)[C@H](CCC(N)=O)NC(=O)[C@@H](NC(=O)[C@H](CC=1C=CC(O)=CC=1)NC(=O)[C@@H](NC(=O)CNC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CCSC)NC(=O)[C@H]1NC(=O)[C@H]([C@@H](C)O)NC(=O)[C@H](CO)NC(=O)[C@H](CC(C)C)NC(=O)[C@H](CC(N)=O)NC(=O)CNC(=O)[C@@H](N)CSSC1)[C@@H](C)O)[C@@H](C)O)[C@@H](C)O)C1=CC=CC=C1 CWCXERYKLSEGEZ-KDKHKZEGSA-N 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 7
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 108010090804 Streptavidin Proteins 0.000 description 5
- 230000008105 immune reaction Effects 0.000 description 5
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 238000001746 injection moulding Methods 0.000 description 3
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 3
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 229920000089 Cyclic olefin copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000004713 Cyclic olefin copolymer Substances 0.000 description 2
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 2
- 239000000427 antigen Substances 0.000 description 2
- 108091007433 antigens Proteins 0.000 description 2
- 102000036639 antigens Human genes 0.000 description 2
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001917 fluorescence detection Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 2
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 description 1
- 229920002307 Dextran Polymers 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000007536 Thrombosis Diseases 0.000 description 1
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 1
- 239000002390 adhesive tape Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012472 biological sample Substances 0.000 description 1
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 1
- 238000010339 medical test Methods 0.000 description 1
- 239000011325 microbead Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000012898 sample dilution Substances 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- G01N33/5302—Apparatus specially adapted for immunological test procedures
- G01N33/5304—Reaction vessels, e.g. agglutination plates
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
- B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
- B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
- B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
- B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
- B01L3/502746—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the means for controlling flow resistance, e.g. flow controllers, baffles
-
- 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
- G01N21/6408—Fluorescence; Phosphorescence with measurement of decay time, time resolved fluorescence
-
- 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
- G01N21/6428—Measuring fluorescence of fluorescent products of reactions or of fluorochrome labelled reactive substances, e.g. measuring quenching effects, using measuring "optrodes"
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Pathology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Hematology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Urology & Nephrology (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Cell Biology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Dispersion Chemistry (AREA)
- Clinical Laboratory Science (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
Abstract
本文提供了一种微流控检测结构，其包括反应腔和与之相通的限速通道，其中所述反应腔与所述限速通道的交接处设置有多孔滤膜，并且所述限速通道内具有微球形成的微球柱。本文还提供了所述微流控检测结构在免疫检测中的应用。本发明的微流控检测结构能够以微球形成的微柱作为限速介质、以多孔滤膜作为捕获介质、以离心力作为反应动力，具有反应充分、快速、灵敏度高和通量高等优势。
Description
技术领域
本发明属于免疫检测领域，具体涉及一种具有限速通道的可用于免疫检测的微流控检测结构。
背景技术
离心式微流控是一种主动微流控技术，已成功应用于医学检测领域。该技术在离心力驱动下，利用不同尺寸和形状的微尺度通道，可自动精确完成血浆分离、样品稀释、定量和反应等全部流程，配套设备小巧便携，是一种理想的即时检测技术。
离心式微流控技术在生化检测领域已广泛应用，相关产品例如有Abaxis公司Piccolo系列产品、天津微纳芯科技有限公司Pointcare系列产品等。目前，离心式微流控技术在免疫检测领域应用较少。由于免疫检测的很多项目对灵敏度要求较高，而充分反应则是高灵敏度的基础，因此，如何控制样品缓慢有序地通过反应区域而实现充分反应是离心式微流控用于免疫检测的一个难点。
尽管在现有的微流控技术中，已有方法试图实现对样品流速的控制，如专利公开CN105675859A将一种迷宫式微流体延时流动操控单元应用于血栓标志物的检测，CN209188809U使用一种多级渐变通道来降低液体流动。但是，这些方法仅限用于以毛细作用为驱动力的被动式微流控中，而离心式微流控的驱动力为离心力，以上结构无法阻止由较强的离心力驱动的液体快速流动。
发明内容
一方面，本文提供了一种微流控检测结构，其包括反应腔和与之相通的限速通道，其中所述反应腔与所述限速通道的交接处设置有多孔滤膜，并且在所述限速通道内具有微球形成的微球柱。
在一些实施方案中，按液体在其中的流动顺序，所述微流控检测结构依次包括加样腔、所述限速通道、所述反应腔、废液通道、和废液腔。
在一些实施方案中，所述微流控检测结构还包括与所述加样腔相通的上样孔。
在一些实施方案中，所述微流控检测结构还包括与所述废液腔相通的气孔。
在一些实施方案中，所述限速通道由两个相互垂直的部分构成。
在一些实施方案中，所述限速通道的内径为50μm至1000μm。
在一些实施方案中，所述微球的粒径为1μm至50μm。
另一方面，本文提供了包括所述微流控检测结构的微流控检测卡。
在一些实施方案中，所述微流控检测卡在所述微流控检测结构上游还包括全血分离结构和/或标记物释放腔。
另一方面，本文提供了包括所述微流控检测结构的离心式免疫检测盘。
在一些实施方案中，所述离心式免疫检测盘在所述微流控检测结构上游还包括全血分离结构和/或标记物释放腔。
另一方面，本文提供了所述微流控检测结构、所述微流控检测卡、所述离心式免疫检测盘在免疫检测中的应用。
在一些实施方案中，所述多孔滤膜偶联有捕获分子，用于将样品中的靶分子捕获至所述多孔滤膜。
在一些实施方案中，所述微流控检测结构、所述微流控检测卡或所述离心式免疫检测盘的至少一部分是透明的，以方便定性或定量检测所述多孔滤膜上所捕获的靶分子。
另一方面，本文提供了在微流控检测卡中控制液体流速的方法，包括在所述微流控检测卡的反应腔上游设置限速通道，在所述反应腔与所述限速通道的交接处设置多孔滤膜，并且在所述限速通道内填充微球以形成微球柱。
在一些实施方案中，通过调整所述限速通道的内径大小、所述微球的粒径大小、和/或所述微球柱的长度来控制通过所述多孔滤膜的液体流速。
本发明的微流控检测结构能够以微球形成的微柱作为限速介质、以多孔滤膜作为捕获介质、以离心力作为反应动力，具有反应充分、快速、灵敏度高和通量高等优势。
附图说明
图1为本发明微流控检测结构中层的俯视图。
图2为本发明流控检测结构中层的仰视图。
图3为本发明微流控检测结构上层的示意图。
图4为本发明微流控检测结构下层的示意图。
图5为本发明微流控检测结构的侧视图。
图6为一种用于支撑本发明微流控检测结构的离心托盘的示意图。
图7为一种包括多个本发明的微流控检测结构的离心式试剂盘的示意图，显示了部分中层结构在其中的布置方式。
图8为一种包括多个本发明的微流控检测结构的即时检测试剂盘的示意图，显示了部分中层结构在其中的布置方式以及与其他腔室和通道的连接关系。
图9为使用本发明微流控检测结构检测样品中降钙素原(PCT)含量的曲线图。
具体实施方式
除非另有说明，本文使用的所有技术和科学术语具有本领域普通技术人员所通常理解的含义。
本文中所用的“腔”或“腔室”指微流控领域常见的在实体结构(如微流控试剂卡)内部形成的空洞部分，可用于容纳生物样品、反应物、缓冲液、废液等。其通常还具入口通道和出口通道，以便与其他“腔”或其他结构液体相通。同一个实体结构内的不同“腔”可具有不同的形状和大小。
本文所用的“通道”指各个腔之间的连通管道或类似结构，其内径通常比腔的内径小得多。本文所用的“限速通道”指具有控制流速用途的通道。在本文的实施方案中，通过向通道中填充微球而形成限速通道。
本文所用的“反应腔与限速通道的交接处”指限速通道与反应腔的接触部位，也可认为是限速通道内液体进入反应腔的入口。在该位置设置的多孔滤膜一方面用于可截留微球，另一方面也作为发生免疫反应的支持介质。
在本文中，为了描述液体样品在检测过程中流经的先后顺序，使用了术语“上游”和“下游”。举例而言，对于两个连通的A腔和B腔，如果检测过程中液体样品先流到A腔，之后才流到B腔，则认为A腔在B腔的“上游”，B腔则在A腔的“下游”。
以下结合附图对本发明的微流控检测结构进行详细说明。
参见图1至图6，出于方便叙述或者方便加工的目的，可将本发明的微流控检测结构4分为上层1、中层2和下层3。中层2为通道层，包括加样腔201、限速通道202、反应腔203、废液通道205和废液腔206。另外，在反应腔203内还包括多孔滤膜204。上层1为盖板层，其作用是密封中层2的表面暴露的结构，如加样腔201、限速通道202和废液腔206。其上设置有两个通孔：上样孔101和气孔102。这两个通孔分别位于加样腔201和废液腔206的上方而分别与它们连通。下层3为底部密封层，其作用是密封中层2的底部暴露的结构，如反应腔203、废液通道205和废液腔206。
参见图2，在反应腔203底部(当将微流控检测结构4正面朝上放置时，也可认为是在反应腔203的顶部)设置有多孔滤膜204。当在中层2的表面和底部分别覆盖上层1和下层3时，形成本发明的微流控免疫检测结构4。在它们组合完成后，液体样品可从上样孔101进入加样腔201，并在离心力作用下依次流经限速通道202、反应腔203中的多孔滤膜204、废液通道205，直至废液腔206。当液体样品中存在直径大于多孔滤膜204孔径的微球时，微球会被截留在限速通道202中，形成一段微球柱207。根据微球的大小以及微球柱207的长度不同，在一定的离心速度下，会具有不同的液体通过速度。通常微球越小，微球柱207越长，液体通过微球柱207的速度越慢。
在免疫检测应用中，上样孔101用于将微球或样品加至加样腔201。通常，可以预先在限速通道202中填充微球形成微球柱207，再上样进行样品检测。例如，可通过向加样腔201中添加含微球的溶液，在离心力的驱动下，加样腔201中的微球会被输送至限速通道202中形成微球柱207。之后向加样腔201中加入待测样品时，在离心力作用下，待测样品会经过微球柱207被输送至反应腔203中的多孔滤膜204。可通过调整微球的大小或填充量来调整样品的流速，从而控制样品流经下游多孔滤膜204的速度。反应腔203的作用主要是容纳多孔滤膜204，而多孔滤膜204也是免疫反应的发生区域。上游样品经过多孔滤膜204的速度越慢，反应越充分。废液通道205的作用是将上游反应后的废液输送至废液腔206；废液腔206的作用是容纳产生的废液；气孔102用于气压释放，确保上游样品在各腔室和通道内顺利流动。
加样腔201的容积可以为5至500mm3，其形状为任意可以容纳待检测样品的形状，原则是方便液体进入下游通路。
限速通道202可以包括两个相互垂直的部分，即限速通道202a和限速通道202b。两部分的内径(或宽、深)可以为50至1000μm，长度为0.1至50mm，其横切面可以是圆形、正方形、长方形或者其他形状。限速通道202设置成相互垂直的两部分，一方面有利于加工，另一方面也便于将反应腔203(及其中的多孔滤膜204)置于中层2的底面，方便通过各种检测设备检测多孔滤膜204上的反应结果。
填充所用的微球可以是磁性微球、聚苯乙烯微球、聚甲基丙烯酸甲酯微球、壳聚糖微球、葡聚糖微球、二氧化硅微球等生物学上常用的微型小球，粒径在0.1μm至100μm之间，优选1μm至50μm，例如5、10、15、20、25、30、35、40、或45μm。
反应腔203的内径可以为0.2至20mm。其形状通常为圆柱形，也可以是其他规则形状，如长方体或正方体等，只要方便容纳和结合多孔滤膜204即可。
多孔滤膜204为具有一定孔径(通常为0.05至50μm，并小于微球粒径)的滤膜，其材质可以是硝酸纤维素(NC)、醋酸纤维素(CA)、尼龙(Nylon)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜树脂(PES)等。多孔滤膜204的形状通常为圆形或正方形等规则形状，其厚度可以为0.02-2mm。多孔滤膜204与反应腔203底部的连接方法有超声焊接、热压焊接或双面胶黏贴等方式，优选的方法为超声焊接。多孔滤膜204所在的平面与其上游的限速通道202b基本上是垂直的，方便检测样品均匀流过。多孔滤膜204偶联有捕获分子，例如抗体、抗原和链霉亲合素等蛋白分子，偶联方法通常包括物理吸附、共价连接等方式。这些捕获分子用于将样品中的待测物质(或靶分子)捕获至多孔滤膜204，然后使用相应的表征方法进行定性或定量分析。
废液通道205的宽和高分别可以为50至1000μm，长度为0.1至50mm。其横切面可以是正方形、长方形、圆形或其他形状。
废液腔206的容积可以为5至500mm3，可为任意适合于容纳液体的形状。
上层1和下层3的厚度一般为0.1至5mm。
上样孔101和气孔102通常为圆形，也可以为其它任意形状，其内径一般为0.1至5mm。
上层1、中层2和下层3的材料可以是环烯烃共聚物(COC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)等塑料材料。其中，下层3的材料一般为无色透明的，上层1和中层2的材料颜色可以是透明的，也可以是黑色、白色等不透明颜色。
上层1、中层2和下层3的制作方法可以是机械加工、刻蚀、模具注塑等，优选的方法，是通过模具注塑方式制作。
中层2和上层1、下层3之间可以采用胶水粘接、超声焊接或者激光焊接等方式连接。需要指出的是，在中层2与上层1和下层3组合成成品后，或者可能采用其他方式(如高精度3D打印)加工成成品后，在成品中难以继续区分这三层。因此，本发明的微流控免疫检测结构4并不必然地为三层结构组合。
在一些实施方案中，本发明的微流控免疫检测结构4可作为独立的试剂卡或检测卡存在。参见图6，本发明的微流控免疫检测结构4可以作为独立检测卡对称地安装在一个具有预留有相应空间大小的圆形托盘5上，安装方向为加样腔201靠近托盘轴心501位置，废液腔206远离托盘轴心501位置。通过离心力使含有待测物的样品由加样腔201经限速通道202、反应腔203、废液通道205，进入废液腔206，待测物则在反应腔203内的多孔滤膜204上完成免疫反应。显然，本发明的微流控免疫检测结构4在离心力的驱动下可实现高通量免疫反应。
参见图7，在另一些实施方案中，可以将本发明的微流控免疫检测结构4制作为离心式免疫检测盘6的一部分。该离心式免疫检测盘6可对称地包括多个微流控免疫检测结构4。
在另一些实施方案中，本发明的微流控免疫检测结构4可以与其他的微流控腔室和通道结合使用。参见图8，可以在本发明的微流控免疫检测结构4的加样腔201上游连接全血分离结构701和标记物释放腔702，形成全自动离心式微流控免疫即时检测试剂盘7。全血分离结构701可用于将血液中的细胞成分与其他成分分开。标记物释放腔702可用于预先保存诸如荧光标记的抗体分子等，以方便对样品中特定靶分子(如抗原)的检测。该即时检测试剂盘7可直接加入全血样品，在离心力的驱动下，全自动完成血浆分离、定量、标记物释放和反应等全部流程，具有操作方便、灵敏度高、检测通量高等优点。
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不应作为对本发明范围的限定。
实施例1链霉亲和素微流控检测结构的制备
参见图1-5，本实施例的微流控检测结构是一个由上层1、中层2和下层3拼接而成的结构(也可以称为微流控检测卡)，这三个部分均以透明PMMA为原料，通过模具注塑制成。其中，上层1和下层3的长度为30mm，宽度为12mm，厚度为0.5mm。中层2的长度为30mm，宽度为12mm，厚度为4mm。
加样腔201的体积为60mm3。
限速通道202a的形状为长方体结构，其长度、宽度和深度分别为3mm、0.3mm和0.3mm。限速通道202b的形状为圆柱形，其内径和深度分别为0.3mm和3.5mm。
反应腔203的形状为圆柱形，其内径为3mm，深度为0.5mm。
多孔滤膜204为硝酸纤维素膜(Whatman)，孔径为5μm，厚度为0.1mm。多孔滤膜204是由机械模切方式制成的2mm直径的圆形滤膜，将切割好的滤膜放入1mg/ml链霉亲和素溶液(R&D systems)中浸泡过夜，然后将浸泡后的滤膜在常温干燥过夜，最后使用超声焊接将干燥后的滤膜焊接至反应腔203底部。
废液通道205的形状为长方体结构，其长度、宽度和深度分别为3mm、0.3mm和0.3mm。
废液腔206的形状为长方体结构，其体积为160mm3。
上样孔101和气孔102的形状均为圆形，直径为1mm。
将上层1和下层3分别置于已装配有多孔滤膜204的中层2的表面和底面，分别通过超声焊接将上层1、中层2和下层3连接为一体形成本发明的微流控检测结构4。
将焊接完成的检测结构4装入预留有卡槽的圆形托盘5中，托盘直径为13cm，微流控检测结构4放置方向为加样腔201靠近托盘轴心501，废液腔206位于远离托盘轴心501。
将0.5g粒径为20μm的PS微球悬浮液(中科雷鸣科技有限公司)经上样孔101加至加样腔201，通过离心力将该微球输送至限速通道202而在其中形成微球柱。
同时，制备一个对照组，即区别仅在于无微球柱(不含PS微球装配步骤)的链霉亲和素微流控检测结构。
实施例2微流控检测结构检测降钙素原(PCT)
分别取20μL PCT血浆样本(带值人混合血浆，共6组不同浓度样本，每组设置1个复孔)、20μL生物素化的PCT抗体6B3(浓度：3μg/mL，抗体购自中科安体生物科技有限公司)和20μL时间分辨荧光微球标记的抗体1D9(浓度：5μg/mL，抗体购自中科安体生物科技有限公司)加入到1.5mL离心管中，混匀后，用移液器取50μL混合物加入到实施例1制备的链霉亲和素微流控检测结构的加样腔201中。同时，对无微球柱的对照组微流控检测结构进行同样操作。
将上述加有混合物的微流控检测结构放入适配离心机(QIAGEN)的托盘上，设置离心速度为1800rpm，离心时间为500s。
离心结束，从托盘上取下反应后的微流控检测结构，将它们放入荧光检测设备(Biotek)中，使底部朝上，多孔滤膜处于检测探测器的正下方。荧光检测设备的激发波长设置为360nm、发射波长设置为615nm、延迟时间设为2ms，记录数据。
结果见表1，经四参数曲线拟合分析，使用本发明微流控检测结构检测PCT的线性范围为0.22ng/mL至70.07ng/mL，r2＝0.999，符合PCT线性范围指标(图9)，而使用对照组的线性范围为4.38ng/mL至70.07ng/mL，说明有本发明微流控检测结构的PCT检测灵敏度比没有微球柱进行限速的对照组高约20倍。
表1 PCT检测结果
通过以上的详细说明可知，本发明的微流控检测结构包括但不限于以下优点：
1.不同的免疫反应快慢不同，需要相应地调整液体流速来实现充分反应。使用本发明的微流控检测结构，可通过改变微球粒径、微柱填充量(或者微球柱长度)、限速通道的内径等多种方式来灵活调整。
2.填充的微珠能够通过疏松的结构而实现液体的扩散，让多孔滤膜能够充分和均匀地接触检测样品，保证了检测结果的均一性。类似CN105675859A和CN209188809U中描述的细小的通道无法保证液体和多孔滤膜的表面均匀接触，容易造成接触面不均一、局部浓度高而影响检测结果的情况。
3.采用本发明的微流控检测结构可显著提高免疫检测灵敏度。
4.本发明的微流控检测结构可方便地作为检测卡或离心式检测盘的一部分，或者可与其他的微流控结构(如全血分离结构)结合，具有多种多样的应用场景。
Claims (15)
1.微流控检测结构，包括反应腔和与之相通的限速通道，其中所述反应腔与所述限速通道的交接处设置有多孔滤膜，并且所述限速通道内具有微球形成的微球柱。
2.如权利要求1所述的微流控检测结构，按液体在其中的流动顺序依次包括加样腔、所述限速通道、所述反应腔、废液通道、和废液腔。
3.如权利要求1或2所述的微流控检测结构，其中所述微流控检测结构还包括与所述加样腔相通的上样孔以及与所述废液腔相通的气孔。
4.如权利要求1-3任一项所述的微流控检测结构，其中所述限速通道由两个相互垂直的部分构成。
5.如权利要求1-4任一项所述的微流控检测结构，其中所述限速通道的内径为50μm至1000μm。
6.如权利要求1-5任一项所述的微流控检测结构，其中所述微球的粒径为1μm至50μm。
7.包括权利要求1-6任一项所述的微流控检测结构的微流控检测卡。
8.如权利要求7所述的微流控检测卡，其中所述微流控检测卡在所述微流控检测结构上游还包括全血分离结构和/或标记物释放腔。
9.包括权利要求1-6任一项所述的微流控检测结构的离心式免疫检测盘。
10.如权利要求9所述的离心式免疫检测盘，其中所述离心式免疫检测盘在所述微流控检测结构上游还包括全血分离结构和/或标记物释放腔。
11.权利要求1-6任一项所述的微流控检测结构、权利要求7或8所述的微流控检测卡、权利要求9或10所述的离心式免疫检测盘在免疫检测中的应用。
12.如权利要求11所述的应用，其中所述多孔滤膜偶联有捕获分子，用于将样品中的靶分子捕获至所述多孔滤膜。
13.如权利要求11所述的应用，其中所述微流控检测结构、所述微流控检测卡或所述离心式免疫检测盘的至少一部分是透明的，以方便定性或定量检测所述多孔滤膜上所捕获的靶分子。
14.在微流控检测卡中控制液体流速的方法，包括在所述微流控检测卡的反应腔上游设置限速通道，在所述反应腔与所述限速通道的交接处设置多孔滤膜，并且在所述限速通道内填充微球以形成微球柱。
15.如权利要求14所述的方法，其中通过调整所述限速通道的内径大小、所述微球的粒径大小、和/或所述微球柱的长度来控制通过所述多孔滤膜的液体流速。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010526065.5A CN111537708A (zh) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | 微流控检测结构及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010526065.5A CN111537708A (zh) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | 微流控检测结构及其应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111537708A true CN111537708A (zh) | 2020-08-14 |
Family
ID=71980948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010526065.5A Pending CN111537708A (zh) | 2020-06-11 | 2020-06-11 | 微流控检测结构及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111537708A (zh) |
Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090111190A1 (en) * | 2005-04-14 | 2009-04-30 | Gyros Patent Ab | Meander |
| CN101817495A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-09-01 | 湖南大学 | 微流控芯片及其制备方法和应用 |
| US20100261205A1 (en) * | 2005-12-25 | 2010-10-14 | Masaya Kakuta | Microchips, kits, and methods for immunoassays |
| US20110189701A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Centrifugal micro-fluidic device and method for detecting analytes from liquid specimen |
| CN103018224A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于离心微流控技术的稀少细胞分离检测系统及方法 |
| US20180264471A1 (en) * | 2015-11-26 | 2018-09-20 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | Determining a quantity of an analyte in a blood sample |
| CN108686727A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-10-23 | 宁波奥丞生物科技有限公司 | 快速定量检测PLGF和sFLT-1的微流控芯片 |
| CN109507414A (zh) * | 2018-07-30 | 2019-03-22 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 腔体内固定有微珠的微柱及其制备方法和应用 |
| CN109884328A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-14 | 清华大学 | 基于离心式微流控系统的侧向流免疫检测系统 |
| CN109917123A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-21 | 广州安诺科技股份有限公司 | 一种基于delfia的农残检测装置及检测方法 |
| CN209576718U (zh) * | 2018-12-28 | 2019-11-05 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 离心式微流控试剂盘 |
| CN209901312U (zh) * | 2019-05-13 | 2020-01-07 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 一种离心式微流控试剂盘 |
| CN111068798A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 上海快灵生物工程有限公司 | 微孔膜截留集聚微球的微流控芯片及其检测方法 |
| CN212275775U (zh) * | 2020-06-11 | 2021-01-01 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 微流控检测结构及包括该结构的微流控检测卡和离心式免疫检测盘 |
-
2020
- 2020-06-11 CN CN202010526065.5A patent/CN111537708A/zh active Pending
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090111190A1 (en) * | 2005-04-14 | 2009-04-30 | Gyros Patent Ab | Meander |
| US20100261205A1 (en) * | 2005-12-25 | 2010-10-14 | Masaya Kakuta | Microchips, kits, and methods for immunoassays |
| US20110189701A1 (en) * | 2010-01-29 | 2011-08-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Centrifugal micro-fluidic device and method for detecting analytes from liquid specimen |
| CN101817495A (zh) * | 2010-03-25 | 2010-09-01 | 湖南大学 | 微流控芯片及其制备方法和应用 |
| CN103018224A (zh) * | 2012-12-14 | 2013-04-03 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 基于离心微流控技术的稀少细胞分离检测系统及方法 |
| US20180264471A1 (en) * | 2015-11-26 | 2018-09-20 | Roche Diagnostics Operations, Inc. | Determining a quantity of an analyte in a blood sample |
| CN108686727A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-10-23 | 宁波奥丞生物科技有限公司 | 快速定量检测PLGF和sFLT-1的微流控芯片 |
| CN109507414A (zh) * | 2018-07-30 | 2019-03-22 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 腔体内固定有微珠的微柱及其制备方法和应用 |
| CN111068798A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 上海快灵生物工程有限公司 | 微孔膜截留集聚微球的微流控芯片及其检测方法 |
| CN209576718U (zh) * | 2018-12-28 | 2019-11-05 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 离心式微流控试剂盘 |
| CN109884328A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-06-14 | 清华大学 | 基于离心式微流控系统的侧向流免疫检测系统 |
| CN109917123A (zh) * | 2019-04-19 | 2019-06-21 | 广州安诺科技股份有限公司 | 一种基于delfia的农残检测装置及检测方法 |
| CN209901312U (zh) * | 2019-05-13 | 2020-01-07 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 一种离心式微流控试剂盘 |
| CN212275775U (zh) * | 2020-06-11 | 2021-01-01 | 烟台芥子生物技术有限公司 | 微流控检测结构及包括该结构的微流控检测卡和离心式免疫检测盘 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10159978B2 (en) | Flow control in microfluidic systems | |
| US11016108B2 (en) | Microfluidic devices and methods for performing serum separation and blood cross-matching | |
| JP5663574B2 (ja) | 微小流体分析プラットホーム | |
| Wei et al. | Particle sorting using a porous membrane in a microfluidic device | |
| CN113088446B (zh) | 一种全自动化核酸快速检测装置及检测方法 | |
| US20090035872A1 (en) | Fluidics system | |
| US20070113908A1 (en) | Valve for microfluidic chips | |
| WO2003048736A2 (en) | Microfluidic device and surface decoration process for solid phase affinity binding assays | |
| JP7011865B2 (ja) | アッセイ装置 | |
| US20210154662A1 (en) | Apparatus and method for directing a liquid through a porous medium | |
| US9931630B2 (en) | Autonomous and programmable sequential flow of solutions in capillary microfluidics | |
| JP2006292472A (ja) | マイクロ総合分析システム | |
| WO2008047875A1 (fr) | Appareil de mesure de microanalyse et procédé de mesure de microanalyse utilisant cet appareil | |
| US9383355B2 (en) | Methods and related devices for continuous sensing utilizing magnetic beads | |
| JP6281945B2 (ja) | 多孔質媒体を利用したアッセイ装置 | |
| CN212275775U (zh) | 微流控检测结构及包括该结构的微流控检测卡和离心式免疫检测盘 | |
| CN111537708A (zh) | 微流控检测结构及其应用 | |
| CN109746060B (zh) | 微液滴生成芯片 | |
| JP2013509578A (ja) | 異種アッセイの洗浄方法及び装置としてのサイフォン吸引 | |
| RU200301U1 (ru) | Микрофлюидный чип для проведения многопараметрического иммуноанализа | |
| JP2019144133A (ja) | アッセイ装置 | |
| JP2006125990A (ja) | 生体物質検査デバイスおよびマイクロリアクタ | |
| WO2022149518A1 (ja) | アッセイ装置 | |
| Chen et al. | A fluorescence-based centrifugal microfluidic system for parallel detection of multiple allergens | |
| WO2013158631A1 (en) | Methods and related devices for continuous sensing utilizing magnetic beads |
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 |