CN113075133B - 一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪 - Google Patents

一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪 Download PDF

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Abstract

本发明属于传感器技术领域，提供一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，用以实现蛋白质超低浓度检测。本发明包括：辅助光路模块、样品检测模块和光谱测量模块，辅助光路模块发出输入激光入射到样品检测模块上表面，光谱测量模块测量样品检测模块的输出激光的光谱、并计算得到积分光强，实现浓度传感。本发明通过样品检测模块的创新设计，采用相互平行的上、下反射镜构成法珀腔，使得法珀腔中光子被多次反射并与免疫复合物粒子发生强烈的散射作用，使粒子散射信号显著放大，进而实现超低浓度传感；本发明适用于多种抗原或抗体蛋白质的浓度传感，且具有操作简便、检测耗时短、及试剂消耗量少等优点。

Description

一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体涉及一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪及其使用方法。
背景技术
粒子增强型免疫比浊分析是临床生物标志物分析中检测低分子量蛋白质的有效方式，它利用抗原抗体免疫反应使免疫微球聚集后增强了对光的散射，从而起到信号放大的作用；但是，超低浓度检测始终是该技术亟待突破的方面，在某些疾病早期，体内相关生物标志物含量往往很低，因此低浓度检测有利于提前诊断疾病；低浓度检测仪器一直是生化检测领域的发展重点和难点。光微流激光生化传感技术是一种结合了光子学和微流控学的新兴传感技术，其原理是在光学谐振腔的光反馈作用下，腔内光子与检测物发生强烈的光散射和光吸收作用，增强激光输出信号对检测物的敏感性。将光微流激光技术与粒子增强型免疫比浊分析技术结合，使粒子聚集后的散射信号被光学谐振腔进一步放大，是一种有效解决蛋白质低浓度传感的新方法。
发明内容
本发明的目的在于针对传统生化检测方式在超低浓度检测方面遇到的问题，提供一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪；本发明将粒子增强型免疫比浊分析与光微流激光技术相结合，并通过样品检测模块的创新设计，实现蛋白质超低浓度检测，同时具有检测时间快、试剂消耗量小等优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，包括：辅助光路模块、样品检测模块和光谱测量模块；其中，辅助光路模块发出输入激光入射到样品检测模块上表面，光谱测量模块测量样品检测模块的输出激光的光谱、并计算得到积分光强；其特征在于，所述样品检测模块包括：由部分反射的上反射镜与全部反射的下反射镜构成的法珀腔、以固定于上反射镜和下反射镜之间的微流通道；所述微流通道采用矩形石英玻璃管，用于容纳包含免疫微球溶液、激光染料与待测样品的免疫复合物溶液。
一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，包括：辅助光路模块、样品检测模块和光谱测量模块；其中，辅助光路模块发出输入激光入射到样品检测模块上表面，光谱测量模块测量样品检测模块的输出激光的光谱、并计算得到积分光强；其特征在于，所述样品检测模块包括：由部分反射的上反射镜与全部反射的下反射镜构成的法珀腔、以及固定于上反射镜和下反射镜之间的第一微流通道与第二微流通道；所述第一微流通道堆叠于第二微流通道上方、且二者均采用矩形石英玻璃管，所述第一微流通道用于容纳激光染料溶液，所述第二微流通道用于容纳包含免疫微球溶液与待测样品的免疫复合物溶液。
更进一步的，上述两个基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪中，所述辅助光路模块包括：用于提供泵浦光的脉冲激光源1，以及沿光路依次设置的第一扩束透镜2、第二扩束透镜3、小孔光阑4、可调衰减5、分束镜6、汇聚透镜7、激光反射镜8，以及能量计9；所述能量计9测量分束镜6分出泵浦光的光强，所述激光反射镜出射激光作为输入激光。
更进一步的，上述两个基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪中，所述光谱检测模块包括：探头10、光谱仪11及数据处理单元12，探头与光谱仪通过光纤连接，所述探头正对样品检测模块13(上反射镜)的上表面，所述光谱仪测量得到样品检测模块的输出激光的光谱，并由数据处理单元12计算得到积分光强。
更进一步的，上述两个基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪中，所述输入激光的入射角度为10°～20°。
本发明的有益结果在于：
1.本发明通过样品检测模块的创新设计，采用相互平行的上反射镜与下反射镜构成法珀腔，法珀腔中光子被多次反射并与免疫复合物粒子发生强烈的散射作用，使粒子散射信号显著放大；同时，免疫复合物溶液中，将抗原抗体免疫反应复合物作为微球间的一种交联剂，使小的微球聚集成大颗粒，进一步增强对光的散射；进而大大提高了本发明蛋白分析仪的灵敏度，尤其适用于超低浓度传感；
2.本发明有单微流通道和双微流通道两种模式可选择，双通道模式可以将检测物和激光染料分开，避免了激光染料及其溶剂与检测物的反应，也方便了激光染料及其溶剂的选择；
3.本发明可用于多种抗原或抗体蛋白质的传感，能够根据不同的蛋白质选用不同粒径的微球粒子和激光染料，操作简便、耗时短，且试剂消耗量少、低至微升量级；
4.本发明中微流通道内发生的是抗原抗体的均相反应，有利于微流通道的清洗。
附图说明
图1为本发明基于微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白分析仪结构示意图，其中，1为脉冲激光源，2、3为扩束透镜，4为小孔光阑，5为可调衰减，6为分束镜，7为汇聚透镜，8为激光反射镜，9为能量计，10为探头，11为光谱仪，12为数据处理单元，13为样品检测模块，13-1为上反射镜，13-2为下反射镜，13-3、13-4为微流通道。
图2为本发明实施例1中样品检测模块结构示意图。
图3为本发明中免疫微球聚集原理图。
图4为本发明实施例1中基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪对β2-微球蛋白浓度的传感曲线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，包括：辅助光路模块、样品检测模块和光谱测量模块；其中，辅助光路模块发出输入激光入射到样品检测模块上表面，光谱测量模块测量样品检测模块的输出激光的光谱、并计算得到积分光强；更为具体的讲：
本实施例中，所述辅助光路模块包括：用于提供泵浦光的脉冲激光源1，以及沿光路依次设置的第一扩束透镜2、第二扩束透镜3、小孔光阑4、可调衰减5、分束镜6、汇聚透镜7、激光反射镜8，以及能量计9；所述能量计9对分束镜6分出泵浦光进行实时测量、以保证输入激光的光强保持不变；激光反射镜8反射的泵浦光即为输入激光，入射到样品检测模块的入射角度为15°；
本实施例中，所述样品检测模块13采用单通道模式，其结构如图2所示，具体包括：由部分反射的上反射镜13-1与全部反射的下反射镜13-2构成的法珀腔、以及固定于上反射镜和下反射镜之间的微流通道13-3；所述微流通道13-3采用外径为1.4×1.4mm、内径为1.1×1.1mm的方形石英玻璃管，两端用紫外胶与软管连接，用于容纳免疫复合物溶液；另外，为保证本实施例进行验证测试过程中构成法珀腔的上反射镜13-1与下反射镜13-2相互平行，本实施例中，还设置了另一根尺寸与微流通道13-3相同的方形石英玻璃管作为支撑件，该支撑件并无其他任何功能；
本实施例中，所述光谱检测模块包括：探头10、光谱仪11及数据处理单元12，探头与光谱仪通过光纤连接，所述探头正对样品检测模块13(上反射镜)的上表面，所述光谱仪测量得到样品检测模块的输出激光的光谱，并由数据处理单元12计算得到积分光强。
采用上述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪对β2-微球蛋白浓度进行传感，具体包括以下步骤：
步骤1：免疫复合物溶液配制
采用三羟基甲基氨基甲烷作为缓冲液，罗丹明B作为激光染料，β2-微球蛋白稀释液作为待测液，免疫微球采用羊抗人β2-微球蛋白抗体包被的聚苯乙烯微球；
往840μL缓冲液中加入9μL待测液，37℃水浴孵育5分钟；再加入52.5μL免疫微球溶液，37℃水浴孵育10分钟；最后加入106μL浓度为1.2mM的罗丹明B水溶液，混合均匀得到免疫复合物溶液；所述免疫微球溶液中免疫微球聚集原理如图3所示，当加入检测物β2-微球蛋白后，免疫微球表面的羊抗人β2-微球蛋白抗体与加入的β2-微球蛋白发生免疫反应，生成的免疫复合物作为微球间的交联剂使小的微球聚集成大的颗粒物。
步骤2：将免疫复合物溶液吸入微流通道13-3；
步骤3：打开脉冲激光源，记录样品检测模块13的输出激光的光谱，并计算得到积分光强。
本实施例中，保持输入激光的光强、入射角度不变，分别测量浓度为2×10-1g/L、2×10-2g/L、2×10-3g/L、2×10-4g/L和2×10-5g/L的β2-微球蛋白稀释液的积分光强，并进行拟合得到如图4所示的传感曲线；将采用上述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪对未知浓度的β2-微球蛋白进行测量，得到的积分光强带入传感曲线，则可得到待测液中β2-微球蛋白浓度。
同理，采用上述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪能够实现其他蛋白质浓度的传感，而所述激光染料、泵浦光波长、以及免疫复合物溶液的配比均可以根据检测样品进行匹配调节；所述免疫微球采用聚苯乙烯微球或胶体金颗粒。
实施例2
本实施例提供一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，其结构如图1所示，其与实施例1的唯一区别在于：所述样品检测模块13采用双通道模式，即样品检测模块13的法珀腔中还设置有微流通道13-4，所述微流通道13-4同样采用矩形石英玻璃管、其尺寸与微流通道13-3可以相同也可以不同；所述微流通道13-4堆叠于微流通道13-3的上方、用于单独容纳染料分子溶液，则微流通道13-3中容纳的免疫复合物溶液中则不再包含染料分子。
本实施例中通过样品检测模块13的双通道模式设计，将染料分子溶液从免疫复合物溶液中分离出来，避免了激光染料及其溶剂与检测物的反应，也方便了激光染料及其溶剂的选择。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本说明书中所公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换；所公开的所有特征、或所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以任何方式组合。

Claims (4)

1.一种基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，包括：辅助光路模块、样品检测模块和光谱测量模块；其中，辅助光路模块发出输入激光入射到样品检测模块上表面，光谱测量模块测量样品检测模块的输出激光的光谱、并计算得到积分光强；其特征在于，所述样品检测模块包括：由部分反射的上反射镜与全部反射的下反射镜构成的法珀腔、以及固定于上反射镜和下反射镜之间的第一微流通道与第二微流通道；所述第一微流通道堆叠于第二微流通道上方、且二者均采用矩形石英玻璃管，所述第一微流通道用于容纳激光染料溶液，所述第二微流通道用于容纳包含免疫微球溶液与待测样品的免疫复合物溶液。
2.按权利要求1所述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，其特征在于，所述辅助光路模块包括：用于提供泵浦光的脉冲激光源（1），以及沿光路依次设置的第一扩束透镜（2）、第二扩束透镜（3）、小孔光阑（4）、可调衰减（5）、分束镜（6）、汇聚透镜（7）、激光反射镜（8），以及能量计（9）；所述能量计（9）测量分束镜（6）分出泵浦光的光强，所述激光反射镜出射激光作为输入激光。
3.按权利要求1所述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，其特征在于，所述光谱测量模块包括：探头（10）、光谱仪（11）及数据处理单元（12），探头与光谱仪通过光纤连接，所述探头正对样品检测模块（13）的上表面，所述光谱仪测量得到样品检测模块的输出激光的光谱，并由数据处理单元（12）计算得到积分光强。
4.按权利要求1所述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪，其特征在于，所述基于光微流激光的粒子增强型免疫比浊蛋白质分析仪中，输入激光的入射角度为10°~20°。
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