CN112986554B - 基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法及其专用芯片 - Google Patents

基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法及其专用芯片 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法及其专用芯片，将包括前处理和试纸条检测的整个检测过程通过离心式微流控系统完成，实现了用机械化操作代替人工操作，大大的提高了检测的效率，简化了操作步骤，降低了引起误差的来源。能够有效的简化实验步骤，通过机械操作代替手动操作，减少了人为操作的带来的误差，提高了检测的精度。在离心式微流控系统中，微流控芯片配合双轴离心平台的使用，微流控芯片的特殊结构与双轴离心平台的转动轴和离心轴配合，流体的定向驱动，同时利用磁铁能够实现磁珠与液体的有效分离，此外，双轴离心平台的红外光源加热功能，能够加热液体实现小分子的释放。

Description

基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法及其专用芯片
技术领域
本发明属于生物检测方法领域，具体说，涉及一种基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法及其专用芯片。
背景技术
传统的检测牛奶中小分子有毒有害物质残留的方法为：先将待检测的牛奶进行牛奶的磁珠法前处理：包括样品与磁珠的混合，分离，洗脱液洗脱，磁珠的再次分离，最后得到待测样品液；再将经过前处理后的待测样品液，使用快速检测试纸条(例如喹诺酮类快速检测试纸条)进行快速定性检测。
上述前处理的步骤复杂，需要多次人工操作，不仅造成了人力资源上的时间和经历的浪费，也会因人为操作的误差，影响前处理的效果，进而影响实验结果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对目前的传统检测方案均为手动操作，操作复杂，步骤繁琐，容易引起误差的问题，提供一种能够实现机械操作的基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法及其专用芯片。
为了解决上述问题中的至少一项，本发明提供一种微流控芯片，所述芯片上设置有：
样品池，所述样品池中装有免疫磁珠液体，所述样品池的上表面设有加样孔；
洗脱液池，所述洗脱液池中装有洗脱液，所述洗脱液池与样品池通过微流道相连通；
废液池，所述废液池与样品池通过微流道相连通；所述废液池与洗脱液池位于样品池的两侧；
样本洗脱池，所述样本洗脱池与样品池通过微流道相连通；所述样本洗脱池与废液池位于样品池的两侧；
试纸检测区，所述试纸检测区内嵌设有检测试纸，所述试纸检测区与样品洗脱池相连通；
磁铁定位孔，所述磁铁定位孔为用于容纳磁铁的环形孔，所述磁铁定位孔与样品池相对设置。
其中，所述磁铁定位孔的圆心位于芯片的纵轴线上，所述样品池相对于所述纵轴线对称设置，所述废液池与洗脱液池位于纵轴线的两侧。
其中，所述洗脱液为磷酸盐吐温缓冲液(PBST)，即在pH7.2的PBS磷酸盐缓冲液内添加体积分数0.1％的吐温20(Tween-20)。
其中，所述检测试纸为喹诺酮类快速检测试纸。
其中，所述微流道的宽度为0.5mm，所述微流道的深度为0.5mm。
其中，所述微流控芯片上设有至少两个与离心平台相匹配的定位孔，至少两个所述定位孔分布在磁铁定位孔两侧。
其中，所述磁铁定位孔的圆心角为120°。
本发明还提供一种离心式微流控系统，包括所述的微流控芯片和双轴离心平台，所述双轴离心平台包括与微流控芯片相匹配的芯片底座，所述芯片底座上固定设置有定位柱，磁铁穿过芯片底座在微流控芯片的磁铁定位孔内往复运动。
本发明还提供一种基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法，包括：
1)将待测样品加入微流控芯片的样品池中；
2)将微流控芯片置于离心平台上，正反向旋转芯片，使样品与免疫磁珠液体混合，得到第一混合液；
3)旋转微流控芯片至磁铁位于磁铁定位孔靠近废液池一侧的顶端，使步骤2)中第一混合液中的液体与磁珠分离，将芯片固定在这一位置上进行离心，使分离液流至废液池；
4)旋转微流控芯片至初始位置(磁铁位于磁铁定位孔中部)，离心，使洗脱液池中的洗脱液流至样品池中，按照步骤2)的方法旋转芯片，得到第二混合液；
5)旋转微流控芯片至磁铁位于磁铁定位孔靠近样品洗脱池一侧的顶端，使步骤4)中第二混合液中的液体与磁珠分离，将芯片固定在这一位置上进行离心，使分离后的液体流至样品洗脱池，并与检测试纸相接触，实现样品的检测。
其中，所述步骤2和步骤4中，正反向旋转芯片的角度为磁铁相对于微流控芯片的纵轴线±45°的旋转。
当所述所述磁铁定位孔的圆心角为120°时，分别转动±60°使所述磁铁位于磁铁定位孔的两端。
上述步骤3)-5)中的离心速度为1000rpm。
本发明的有益效果在于：将包括前处理和试纸条检测的整个检测过程通过离心式微流控系统完成，实现了用机械化操作代替人工操作，大大的提高了检测的效率，简化了操作步骤，降低了引起误差的来源。能够有效的简化实验步骤，通过机械操作代替手动操作，减少了人为操作的带来的误差，提高了检测的精度。
在离心式微流控系统中，微流控芯片配合双轴离心平台的使用，微流控芯片的特殊结构与双轴离心平台的转动轴和离心轴配合，流体的定向驱动，同时利用磁铁能够实现磁珠与液体的有效分离，此外，双轴离心平台的红外光源加热功能，能够加热液体实现小分子的释放。
附图说明
图1为本发明的微流控芯片的结构示意图；
图2为微流控芯片的震荡混合工作示意图；
图3位微流控芯片工作时与离心轴的结构示意图；
图4位微流控芯片工作时与离心轴的结构示意图。
附图标记说明：
1.样品池，3.洗脱液池，2.废液池，4.样本洗脱池，6.试纸检测区，5.磁铁定位孔，7.定位孔，8.磁铁，9.微流道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种微流控芯片，所述芯片上设置有：样品池1，所述样品池1中装有免疫磁珠液体，所述样品池1的上表面设有加样孔10；洗脱液池3，所述洗脱液池3中装有洗脱液，所述洗脱液池3与样品池1通过微流道9相连通，所述洗脱液池3位于样品池1的上方，所述洗脱液池3流向样品池1的出液口31位于洗脱液池3的下端；废液池2，所述废液池2与样品池1通过微流道9相连通；所述废液池2与洗脱液池3位于样品池1的上下两侧；并且所述废液池2位于样品池1的左下侧，所述样品池1流向废液池2的出液口11位于样品池1的左下角处。
样本洗脱池4，所述样本洗脱池4与样品池1通过微流道9相连通；所述样本洗脱池4与废液池2位于样品池1的左右两侧，所述样本洗脱池4位于样品池1的右下侧，所述样品池1流向样品洗脱池4的出液口12位于样品池的右下角处。
上述出液口的设计方式，使得在旋转微流控芯片后，配合离心力作用，实现液体的转移。同时，所述洗脱液池与样品池之间的微流道、所述样本洗脱池与样品池之间的微流道以及、所述废液池与样品池之间的微流道均为开口向下的U型流道，这样的设计，能是得液体在离心力的作用下，有着一定的驱动力才会实现液体转移，避免在混合摇动或者其他实验过程中出现液体转移的问题，从而影响实验的准确性。
试纸检测区6，所述试纸检测区6内嵌设有检测试纸，所述试纸检测区6与样品洗脱池4相连通；所述检测试纸为喹诺酮类快速检测试纸，所述喹诺酮类快速检测试纸的样品垫位于靠近样品洗脱池4的一侧。
磁铁定位孔5，所述磁铁定位孔5为用于容纳磁铁的环形孔，所述磁铁定位孔5与样品池1相对设置。
所述微流控芯片为大小为58mm*70mm，厚度约为4mm的长方体板，所述样品池1、废液池2和样品洗脱池4的深度为3mm，所述洗脱液池3的深度为2mm，所述试纸检测区6的深度为1mm，所述微流道9的深度为0.5mm，所述微流道9的宽度为0.5mm。
其中，所述磁铁定位孔5的圆心位于芯片的纵轴线上，所述圆心处可以设有一个定位孔，用于与芯片底座上的定位柱相匹配；芯片转动时磁铁可以在扇形的磁铁定位孔中往复运动。所述样品池1的对称轴与芯片的纵轴相重合，所述样品池1的侧壁与磁铁定位孔5的端面共用一个侧壁，便于当磁铁运动至磁铁定位孔5的一端时靠近样品池1并隔着侧壁吸附住样品池中的磁珠。所述废液池2与样品洗脱池4位于纵轴线的两侧，便与通过区分方向，分别将分离后的废液和洗脱液导向废液池2和样品洗脱池4。
其中，所述洗脱液为磷酸盐吐温缓冲液(PBST)，即在pH7.2的PBS磷酸盐缓冲液内添加体积分数0.1％的吐温20(Tween-20)，洗脱池中封装有150μL洗脱液，样品池中封装有90μL免疫磁珠液体，样品洗脱池中封装有5μL胶体金溶液。上述液体的封装是通过在加好液体的芯片表面加设压敏膜，使压敏膜贴合芯片，完成封装。
其中，所述微流控芯片上设有至少两个与离心平台相匹配的定位孔，至少两个所述定位孔分布在磁铁定位孔两侧。
其中，所述磁铁定位孔的圆心角为120°。
实施例2
本发明还提供一种离心式微流控系统，包括所述的微流控芯片和双轴离心平台，所述双轴离心平台包括与微流控芯片相匹配的芯片底座(如图2所示)，所述芯片底座上固定设置有定位柱，所述磁铁可以在微流控芯片的磁铁定位孔内往复运动。
所述双轴离心平台是指同时包括转动轴和离心轴的平台，离心轴驱动转动轴、芯片底座和的微流控芯片离心，转动轴驱动芯片底座和的微流控芯片转动，所述芯片底座上固定设置有定位柱，磁铁穿过芯片底座在微流控芯片的磁铁定位孔内往复运动，当转动轴驱动芯片底座和的微流控芯片转动时，磁铁在磁铁定位孔内运动。
所述双轴离心平台可以采用CN108380250A中记载的双轴离心式微流控系统中的平台，兼具可利用双轴离心平台来驱动流体，可利用磁铁实现磁珠的有效分离，可利用红外光源加热液体实现小分子释放的功能。
实施例3
使用上述离心式微流控系统进行基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法，包括：
1)将500uL待检奶样待微流控芯片的样品池中；
2)将微流控芯片置于离心平台上，正反向旋转芯片，使样品与免疫磁珠液体混合，得到第一混合液；
3)双轴离心平台的转动轴逆时针旋转60°(-60°)，微流控芯片旋转至磁铁位于磁铁定位孔靠近废液池一侧的顶端，此时，废液池位于芯片远离离心轴101中心的位置上，将芯片固定在这一位置上进行离心，在离心力的作用下，分离液体流至废液池内，此时微流控芯片与离心轴的位置关系如图3所示；
4)旋转微流控芯片至初始位置(磁铁位于磁铁定位孔中部)，离心，在离心力的作用下，洗脱液池中的洗脱液流至样品池中，按照步骤2)的方法旋转芯片，得到第二混合液；
5)双轴离心平台的转动轴顺时针旋转60°(+60°)，旋转微流控芯片至磁铁位于磁铁定位孔靠近样品洗脱池一侧的顶端，使步骤4)中第二混合液中的液体与磁珠分离，将芯片固定在这一位置上进行离心，使分离后的液体流至样品洗脱池，并与检测试纸相接触，实现样品的检测。
其中，所述步骤2和步骤4中，正反向旋转芯片的角度为磁铁相对于微流控芯片的纵轴线±45°的旋转，如图2所示。
当所述所述磁铁定位孔的圆心角为120°时，分别转动±60°(即逆时针或者顺时针转动60°)，可以使所述磁铁位于磁铁定位孔的两端。
上述步骤3)-5)中的离心速度为1000rpm。
5)旋转微流控芯片至磁铁位于磁铁定位孔靠近样品洗脱池一侧的顶端，使步骤4)中第二混合液中的液体与磁珠分离，分离后的液流至样品洗脱池，并与检测试纸相接触，实现样品的检测，此时微流控芯片与离心轴的位置关系如图4所示。
其中，所述步骤2和步骤4中，正反向旋转芯片的角度为磁铁相对于微流控芯片的纵轴线±45°的旋转。
喹诺酮类快速检测试纸条包括样品垫、检测区域(T线)和质控区(C线)，试纸检测时，先保证样品液体通过样品垫，反应5分钟，使液体通过层析试纸条检测区域(T线)和质控区(C线)；按照喹诺酮类快速检测试纸条的检测和判断规则判定检测结果，即C线显色，T线比C线颜色深或者一致，检测结果为阴性；C线显色，T线比C线颜色浅或者无色，检测结果为阳性；C线不显色，无论T线是否显色，检测结果均判定为无效。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微流控芯片，其特征在于，所述芯片上设置有：
样品池，所述样品池中装有免疫磁珠液体，所述样品池的上表面设有加样孔；
洗脱液池，所述洗脱液池中装有洗脱液，所述洗脱液池与样品池通过微流道相连通；
废液池，所述废液池与样品池通过微流道相连通；所述废液池与洗脱液池位于样品池的两侧；
样本洗脱池，所述样本洗脱池与样品池通过微流道相连通；所述样本洗脱池与废液池位于样品池的两侧；
试纸检测区，所述试纸检测区内嵌设有检测试纸，所述试纸检测区与样品洗脱池相连通；
磁铁定位孔，所述磁铁定位孔为用于容纳磁铁的环形孔，所述磁铁定位孔与样品池相对设置；
所述微流控芯片上设有至少两个与离心平台相匹配的定位孔，至少两个所述定位孔分布在磁铁定位孔两侧；
所述磁铁定位孔的圆心角为120°。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述磁铁定位孔的圆心位于芯片的纵轴线上，所述样品池相对于所述纵轴线对称设置，所述废液池与洗脱液池位于纵轴线的两侧。
3.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述洗脱液为磷酸盐吐温缓冲液。
4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测试纸为喹诺酮类快速检测试纸。
5.根据权利要求1-4任一所述的微流控芯片，其特征在于，所述微流道的宽度为0.5mm，所述微流道的深度为0.5mm。
6.一种基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法，其特征在于，包括：
1)将待测样品加入微流控芯片的样品池中；
2)将微流控芯片置于离心平台上，正反向旋转芯片，使样品与免疫磁珠液体混合，得到第一混合液；
3)旋转微流控芯片至磁铁位于磁铁定位孔靠近废液池一侧的顶端，使步骤2)中第一混合液中的液体与磁珠分离，分离液流至废液池；
4)旋转微流控芯片至初始位置，离心，使洗脱液池中的洗脱液流至样品池中，按照步骤2)的方法旋转芯片，得到第二混合液；
5)旋转微流控芯片至磁铁位于磁铁定位孔靠近样品洗脱池一侧的顶端，使步骤4)中第二混合液中的液体与磁珠分离，离心，使分离后的液流至样品洗脱池，并与检测试纸相接触，实现样品的检测。
7.根据权利要求6所述的基于离心式微流控的牛奶中小分子检测方法，其特征在于，所述步骤2)和步骤4)中，正反向旋转芯片的角度为磁铁相对于微流控芯片的纵轴线±45°的旋转。
8.一种离心式微流控系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一所述的微流控芯片和双轴离心平台，所述双轴离心平台包括与微流控芯片相匹配的芯片底座，所述芯片底座上固定设置有定位柱，磁铁穿过芯片底座在微流控芯片的磁铁定位孔内往复运动。
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