CN113484283B - 一种同时测定多重生物信息的检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物医药技术领域，尤其是一种同时测定多重生物信息的检测系统及方法，现提出如下方案，所述系统包括取样模块、微流控模块、激光发射阵列、三棱镜阵列和检测模块，所述取样模块与微流控模块连接，所述微流控模块包括多个微流控通道，每个微流控通道均连接有生物芯片，多个所述生物芯片的下方设有三棱镜阵列，所述激光发射阵列发射出的激光经三棱镜阵列折射进入多个生物芯片表面再反射进入检测模块。本发明可实现多重样品生物信息同时测定、高通量测定，提高了检出率和检测效率，可实现生物芯片的原位活化与再生，降低了检测成本和检测时间；同时利用智能控制器实现样品进样、捕获和检测的自动化集成，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物医药技术领域，尤其是一种同时测定多重生物信息的检测系统及方法。
背景技术
现阶段病毒的主要检测方法为荧光RT-PCR核酸检测法，此方法已广泛应用于病毒检测的过程中，但荧光RT-PCR操作过程复杂且准确度低，导致病毒的检测出现检测周期长且易漏诊等缺陷，难以满足需求。
表面等离子共振(SPR)技术是一种光学效应，通过生物传感器上生物分子相互结合产生的光的折射变化测量生物分子间的相互作用，已应用于研究生物分子的结合特异性、抗体选择、疾病机制和生物治疗等，由于这种方法对生物分子无任何损伤，且不需任何标记物，因此将SPR技术应用于病毒的检测具有广阔的应用前景，现有的SPR技术虽具有较高的检测准确度，但依然存在样品检测效率低、检测成本高和检测时间长等问题，需要进行进一步的研究开发，为此，本发明提出了一种同时测定多重生物信息的检测系统及方法。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提出了一种同时测定多重生物信息的检测系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种同时测定多重生物信息的检测系统及方法，包括取样模块、微流控模块、激光发射阵列、三棱镜阵列和检测模块；
所述取样模块与微流控模块连接，所述微流控模块包括多个微流控通道，每个微流控通道均连接有生物芯片，多个所述生物芯片的下方设有三棱镜阵列；
所述激光发射阵列发射出的激光经三棱镜阵列折射进入多个生物芯片表面再反射进入检测模块。
进一步地，所述检测系统包括洗脱装置，所述洗脱装置和取样模块通过三通阀与微流控模块连接，所述洗脱装置中装有用于清洗生物芯片的洗脱剂。
进一步地，所述生物芯片均包括受体层、镀膜层和基质层，所述基质层在镀膜层下方，所述受体层在镀膜层上方。
进一步地，所述受体层为经过巯基聚乙二醇修饰的互补单链RNA。
进一步地，所述取样模块包括多组取样器；
所述取样模块包括多组能够进行定量取样的取样器；
每组所述取样器与每个微流控通道均通过单独的连接管相连通。
进一步地，所述检测系统包括缓冲剂罐，所述取样模块包含恒流泵，所述缓冲剂罐与恒流泵相连通，所述恒流泵分别与每个所述连接管相连通；
所述缓冲剂罐中装有缓冲剂，所述缓冲剂为-(-羟乙基)--哌嗪乙磺酸、氯化钠和吐温的混合液，比值为1～5：3：1。
进一步地，所述检测模块包含传感器和信号放大器，所述传感器和信号放大器相连；
所述传感器可接收通过生物芯片表面反射过来的激光，并通过信号放大器完成光电信号转换。
进一步地，所述检测系统包括回收罐，所述回收罐用于回收缓冲液、洗脱液和待测样品。
进一步地，所述检测系统包括智能控制器和数据处理系统，所述智能控制器与取样模块、三通阀、洗脱装置、激光发射阵列和检测模块电性相连；
所述数据处理系统与智能控制器电性相连，所述数据处理系统能够接收智能控制器内采集的数据进行分析处理。
基于上述检测系统，一种同时测定多重生物信息的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
缓冲剂经过恒流泵和微流控模块流入到多个生物芯片对生物芯片进行活化，然后进入回收罐；
开启激光发射阵列和检测模块，取样模块内的取样器取定量待测样品进入取样模块内部管路，并随缓冲剂进入生物芯片表面，与生物芯片表面的受体层进行结合反应；
激光发射阵列通过内部光栅发射出的激光经三棱镜阵列折射进入生物芯片表面的镀膜层，然后反射进入检测模块内的传感器；
控制取样模块的取样器停止取样，洗脱装置中的洗脱剂进入微流控模块并经过微流控通道对生物芯片进行洗脱再生，然后进入回收罐。
本发明的有益效果：
本发明的检测系统，通过反射激光发射阵列对于光栅角度的自动控制及进样单元和微流控模块的组合，可实现多重样品生物信息同时测定、高通量测定，提高了检出率和检测效率；
此外，通过三通阀自动切换缓冲剂和洗脱液并集成于同一管路，实现了生物芯片的原位活化与再生，降低了检测成本和检测时间；同时利用智能控制器实现样品进样、捕获和检测的自动化集成，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明检测系统的结构示意图；
图2为本发明的生物芯片的结构示意图；
图3本发明的激光发射与检测模块结构示意图。
图中标号：缓冲剂罐101、取样模块102、恒流泵103、取样器104、样品台105、三通阀106、洗脱装置107、微流控模块108、回收罐109、样品池201、生物芯片202、受体层203、镀膜层204、基质层205、激光发射阵列301、三棱镜阵列302、检测模块303、传感器304、信号放大器305、智能控制器306、数据处理系统307。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
参照图1-3，在一个实施例中，一种同时测定多重生物信息的检测系统，包括进样单元、捕获单元和检测单元；
所述进样单元包括缓冲剂罐101，取样模块102，三通阀106，洗脱装置107，微流控模块108和回收罐109；
所述取样模块102位于缓冲剂罐101与三通阀106之间，取样模块102包括恒流泵103、多组取样器104和样品台105；
所述缓冲剂罐101在取样模块102前端且与取样模块102内的恒流泵103相连，缓冲剂罐中的缓冲剂可以为4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸、氯化钠和吐温的混合液，其比值为(1～5)：3：1；
所述恒流泵103与缓冲剂罐101和三通阀106相连；
所述取样器104均可从样品台105内进行定量取样；
所述三通阀106分别与取样模块102、洗脱装置107和微流控模块108相连，通过切换三通阀106不同的通道可实现取样模块102与微流控模块108连通或洗脱装置107和微流控模块108连通；
所述洗脱装置107位于三通阀106前端，洗脱装置107中装有洗脱剂，所述洗脱剂可以为双链特异性核酸酶的三羟甲基氨甲烷缓冲液，其浓度可以为0.5％，可用于生物芯片202的再生；
所述微流控模块108位于样品池201内，分别与三通阀106和回收罐109相连，所述微流控模块108包含多个微流控通道，微流控通道均可实现缓冲液、洗脱液和待测样品的微量运输；
所述回收罐109位于样品池后端，用于回收缓冲液、洗脱液和待测样品；
所述捕获单元包括样品池201，所述样品池201位于三通阀106和回收罐109之间，样品池201包括微流控模块108和生物芯片202；
所述生物芯片202位于微流控模块108的微流控通道中间，生物芯片202包括受体层203，镀膜层204和基质层205，其中基质层205为玻片，位于镀膜层204下方，镀膜层204为碳基杂化金膜，受体层203为经过巯基聚乙二醇修饰的互补单链RNA，例如SEQIDNo.1～10，其与SARS-CoV-2的S基因、E基因、M基因、ORF3基因和ORF1ab基因具有对应关系，受体层203位于镀膜层204上方；
所述检测单元包括激光发射阵列301，三棱镜阵列302，检测模块303，智能控制器306和数据处理系统307；
所述激光发射阵列301位于三棱镜阵列302的前端，包含多个光栅和分光器，其中每个光栅的角度均可0-180°自动调节；
所述三棱镜阵列302位于生物芯片202下方，包含多个三棱镜，每个三棱镜顶部对应一个生物芯片202；
所述检测模块303包含传感器304和信号放大器305；
所述传感器304可接收通过生物芯片202表面反射过来的激光，并通过与之相连的信号放大器305完成光电信号转换；
所述智能控制器306位于检测模块303和数据处理系统307之间，并分别与取样模块102、三通阀106、洗脱装置107、激光发射阵列301和检测模块303相连并控制其运行状态；
所述数据处理系统307与智能控制器306相连，通过接收智能控制器306内采集的数据进行分析处理。
基于上述实施例，一种同时测定多重生物信息的检测方法，包括以下步骤：如图所示，接通三通阀106的b-c端，缓冲剂罐101中的缓冲剂通过取样模块102的恒流泵103进入微流控模块108，并通过内部的微流控通道流入生物芯片202对其进行活化，然后进入回收罐109；
开启激光发射阵列301、检测模块303和取样模块102，取样模块102内的取样器104从样品台105中提取定量待测样品进入取样模块内部管路，并随缓冲剂进入微流控通道和生物芯片202表面，与生物芯片202表面的受体层203进行结合反应，产生SPR(表面等离子共振)效应；
同时，激光发射阵列301通过内部光栅发射出的激光经三棱镜阵列302折射进入生物芯片202表面的镀膜层204，然后反射进入检测模块303内的传感器304，由于生物芯片202产生SPR(表面等离子共振)效应时会造成镀膜层204附近折射率的变化，因此检测模块303可实时监测并记录生物芯片202表面与待测样品的结合程度，实现微量目标物质的实时检测；
接通三通阀106的a-c端，控制取样模块102的取样器104停止取样，洗脱装置107中的洗脱剂进入微流控模块108，并通过内部的微流控通道流入生物芯片202对其进行洗脱再生，然后进入回收罐109；
当进行下一个样品测试时再次接通三通阀106的b-c端，重复以上步骤。
在一个实施例中，参考图3所示，所述取样模块102内的多个取样器104进行取样时，样品可在取样模块102内分为多个支路单独进入微流控模块108，即每个取样器104与每个微流控通道均通过单独的连接管相连通，恒流泵分别与每个所述连接管相连通，与多组生物芯片202同时进行结合反应。同时，所述三棱镜阵列302内的每个三棱镜均可接收和反射激光发射阵列301相应光栅发射的激光，并传递给检测模块303中相应传感器304，传感器304通过信号放大器305进行光电信号转换，并通过智能控制器306将数据传输至数据处理系统307，实现微量待测样品的同时检测和高通量检测。
基于上述实施例，本发明通过反射激光发射阵列对于光栅角度的自动控制及进样单元和微流控模块的组合，可实现多重样品生物信息同时测定、高通量测定，提高了检出率和检测效率；
此外，通过三通阀自动切换缓冲剂和洗脱液并集成于同一管路，实现了生物芯片的原位活化与再生，降低了检测成本和检测时间；同时利用智能控制器实现样品进样、捕获和检测的自动化集成，具有广阔的应用前景
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种同时测定多重生物信息的检测系统，其特征在于：包括取样模块(102)、微流控模块(108)、激光发射阵列(301)、三棱镜阵列(302)和检测模块(303)；
所述取样模块(102)与微流控模块(108)连接，所述微流控模块(108)包括多个微流控通道，每个微流控通道均连接有生物芯片(202)，多个所述生物芯片(202)的下方设有三棱镜阵列(302)；
所述激光发射阵列(301)包含多个光栅和分光器，其中每个光栅的角度均在0-180°自动调节；
所述激光发射阵列(301)发射出的激光经三棱镜阵列(302)折射进入多个生物芯片(202)表面再反射进入检测模块(303)；
所述生物芯片(202)均包括受体层(203)、镀膜层(204)和基质层(205)，所述基质层(205)在镀膜层(204)下方，所述受体层(203)在镀膜层(204)上方；
所述受体层(203)为经过巯基聚乙二醇修饰的互补单链RNA；
所述取样模块(102)包括多组能够进行定量取样的取样器(104)，每组所述取样器(104)与每个微流控通道均通过单独的连接管相连通；
所述检测模块(303)包含传感器(304)和信号放大器(305)，所述传感器(304)和信号放大器(305)相连；
所述传感器(304)可接收通过生物芯片(202)表面反射过来的激光，并通过信号放大器(305)完成光电信号转换。
2.根据权利要求1所述的一种同时测定多重生物信息的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括洗脱装置(107)，所述洗脱装置(107)和取样模块(102)通过三通阀(106)与微流控模块(108)连接，所述洗脱装置(107)中装有用于清洗生物芯片(202)的洗脱剂。
3.根据权利要求2所述的一种同时测定多重生物信息的检测系统，所述检测系统包括缓冲剂罐(101)，所述取样模块(102)包含恒流泵(103)，所述缓冲剂罐(101)与恒流泵(103)相连通，所述恒流泵(103)分别与每个所述连接管相连通；
所述缓冲剂罐(101)中装有缓冲剂，所述缓冲剂为4-(2-羟乙基)-1-哌嗪乙磺酸、氯化钠和吐温的混合液，比值为(1～5)：3：1。
4.根据权利要求3所述的一种同时测定多重生物信息的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括回收罐(109)，所述回收罐(109)用于回收缓冲液、洗脱液和待测样品。
5.根据权利要求4所述的一种同时测定多重生物信息的检测系统，其特征在于，所述检测系统包括智能控制器(306)和数据处理系统(307)，所述智能控制器(306)与取样模块(102)、三通阀(106)、洗脱装置(107)、激光发射阵列(301)和检测模块(303)电性相连；
所述数据处理系统(307)与智能控制器(306)电性相连，所述数据处理系统(307)能够接收智能控制器(306)内采集的数据进行分析处理。
6.根据权利要求5所述的一种同时测定多重生物信息的检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
缓冲剂经过恒流泵(103)和微流控模块(108)流入到多个生物芯片(202)对生物芯片(202)进行活化，然后进入回收罐(109)；
开启激光发射阵列(301)和检测模块(303)，取样模块(102)内的取样器(104)取定量待测样品进入取样模块内部管路，并随缓冲剂进入生物芯片(202)表面，与生物芯片(202)表面的受体层(203)进行结合反应；
激光发射阵列(301)通过内部光栅发射出的激光经三棱镜阵列(302)折射进入生物芯片(202)表面的镀膜层(204)，然后反射进入检测模块(303)内的传感器(304)；
控制取样模块(102)的取样器(104)停止取样，洗脱装置(107)中的洗脱剂进入微流控模块(108)并经过微流控通道对生物芯片(202)进行洗脱再生，然后进入回收罐(109)。
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