CN114371137A - 基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于生物医学检测技术领域，提供了一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统及微纳结构光芯片的制备方法，该检测系统包括：硬件检测系统、后台服务系统和远程终端系统；硬件检测系统，用于检测微纳结构芯片表面反射谷的波谷数据，根据波谷数据计算微纳结构芯片表面反射谷的偏移量数据；后台服务器包括对偏移量数据进行传输的云服务器、对偏移量数据进行存储的数据库以及向用户分发数据的互联网平台；远程终端系统，用于向用户呈现可视化检测结果。本发明提供的基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，不但成本低廉、便携性更好，且对早期癌症的检测更加精准化、智能化、快捷化。
Description
技术领域
本发明属于生物医学检测技术领域，尤其涉及一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统及微纳结构光芯片的制备方法。
背景技术
世界卫生组织2017年癌症统计报告中指出：早期筛查可以降低癌症发病率和死亡率。目前我国各地医院首次诊断的病人中，患早期癌症的比例仅占10％左右，90％以上的病人错失了战胜癌症的关键时机。因此，提高癌症早期发现率刻不容缓。
现在市场上应用的普遍是德国西门子化学发光仪，其价格为200万元以上，目前在国内只有三甲医院能够购买使用，且这些检测仪器成本高昂、体积庞大，无法满足低成本、便携式的体外诊断要求，难以在社区医院等即时诊断市场开展大规模生产和普及化应用。
发明内容
本发明实施例提供一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，旨在解决现有技术中的检测仪器成本高昂、体积庞大，无法满足低成本、便携式的体外诊断要求，难以在社区医院等即时诊断市场开展大规模生产和普及化应用的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，所述检测系统包括：硬件检测系统、后台服务系统和远程终端系统；
所述硬件检测系统，用于检测微纳结构芯片表面反射谷的波谷数据，根据所述波谷数据计算所述微纳结构芯片表面反射谷的偏移量数据；
所述后台服务器包括对所述偏移量数据进行传输的云服务器、对所述偏移量数据进行存储的数据库以及向用户分发数据的互联网平台；
所述远程终端系统，用于向所述用户呈现可视化检测结果。
优选的，所述硬件检测系统具体包括：
树莓派主控板、STM32开发板、驱动电机、微型光源、微型光谱仪、所述微纳结构芯片、集成光纤探头、转盘、开关电源以及散热风扇，其中，
所述树莓派主控板发送指定格式的命令给所述STM32开发板；
所述STM32开发板控制所述驱动电机带动所述转盘的转动，实现多通道检测；
所述微型光源提供光源，所述光源从所述集成光纤探头入射到所述微纳结构芯片；
所述微型光谱仪接收来自所述集成光纤探头的反射光并对所述反射光的光谱进行分析；
检测过程中所述波谷数据从所述微型光谱仪传入所述树莓派主控板中，所述树莓派主控板将计算出的所述偏移量数据上传到所述云服务器。
优选的，所述微纳结构芯片包括：进样区、纳米结构检测区、表面等离激元检测芯片、微流通道、废液池，所述表面等离激元检测芯片设置在所述纳米结构检测区中；其中，
所述进样区用于注入待测血清；
所述纳米结构检测区，用于检测所述表面等离激元检测芯片上的所述待测血清，得到所述表面等离激元检测芯片表面反射谷的所述波谷数据；
所述微流通道，用于连通所述进样区、纳米结构检测区、废液池，使所述待测血清从所述进样区注入，流经所述纳米结构检测区检测过后，流入所述废液池；
所述废液池，用于接收在所述纳米检测区检测后的所述待测血清排放的溶液。
优选的，所述表面等离激元检测芯片的直径为5mm。
优选的，所述远程终端系统包括：智能手机APP客户端、网页Web客户端。
本发明实施例还提供一种微纳结构芯片的制备方法，所述制备方法包括：分别制备所述表面等离激元检测芯片、所述微流通道；其中，
所述制备表面等离激元检测芯片的步骤具体包括：
采用热压印将微纳结构转印到耐冲击聚苯乙烯上；
采用紫外压印将所述耐冲击聚苯乙烯上的所述微纳结构转印到旋涂有光刻胶的硅基底上，形成压印胶；
使用电子束蒸镀仪依次在所述压印胶的表面蒸镀铬和金，制成表面等离激元检测芯片；
所述制备微流通道的步骤具体包括：
步骤一：将直径为150um的微丝固定在模具上，浇筑聚二甲基硅氧烷后在预设温度下固化2.5-3.5h；
步骤二：将上述固化后的所述聚二甲基硅氧烷在无水乙醇中浸泡8-12min 后抽出微丝；并将上述抽出微丝后的所述聚二甲基硅氧烷放入60℃烘箱中烘干 25-35min；
步骤三：用打孔器分别在微流通道的入口、出口以及中间打孔，入口孔洞作为所述进样区，中间孔洞作为所述纳米结构检测区，出口孔洞作为所述废液池；
步骤四：通过等离子清洗机将上述步骤二中烘干后的所述聚二甲基硅氧烷与玻璃底片键合，将所述表面等离激元检测芯片清洗、吹干后，粘贴到所述纳米结构检测区底面的玻璃上；
步骤五：用玻璃盖片键合在所述纳米结构检测区的上部，并将重新配置的未固化的聚二甲基硅氧烷点在所述微流通道的末端，在毛细作用力下进入所述微流通道，60℃固化2.5-3.5h，使所述微流通道两侧的末端封闭。
优选的，所述预设温度范围为60℃-70℃。
优选的，所述中间孔洞的直径为6mm。
本发明实施例提供的基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统包括：硬件检测系统、后台服务系统和远程终端系统；硬件检测系统，用于检测微纳结构芯片表面反射谷的波谷数据，根据波谷数据计算微纳结构芯片表面反射谷的偏移量数据；后台服务器包括对偏移量数据进行传输的云服务器、对偏移量数据进行存储的数据库以及向用户分发数据的互联网平台；远程终端系统，用于向用户呈现可视化检测结果。该基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，不但成本低廉、便携性更好，且对早期癌症的检测更加精准化、智能化、快捷化。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的硬件检测系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的微纳结构芯片的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统包括：硬件检测系统、后台服务系统和远程终端系统；硬件检测系统，用于检测微纳结构芯片表面反射谷的波谷数据，根据波谷数据计算微纳结构芯片表面反射谷的偏移量数据；后台服务器包括对偏移量数据进行传输的云服务器、对偏移量数据进行存储的数据库以及向用户分发数据的互联网平台；远程终端系统，用于向用户呈现可视化检测结果。该基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，不但成本低廉、便携性更好，且对早期癌症的检测更加精准化、智能化、快捷化。
实施例一
参见图1和图2，本发明实施例提供了一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，其特征在于，该检测系统包括：硬件检测系统100、后台服务系统200和远程终端系统300；
硬件检测系统100，用于检测微纳结构芯片106表面反射谷的波谷数据，根据波谷数据计算微纳结构芯片106表面反射谷的偏移量数据；
后台服务器200包括对偏移量数据进行传输的云服务器201、对偏移量数据进行存储的数据库202以及向用户分发数据的互联网平台203；
远程终端系统300，用于向用户呈现可视化检测结果。
在本发明实施例中，硬件检测系统100具体包括：树莓派主控板101、STM32 开发板102、驱动电机103、微型光源104、微型光谱仪105、微纳结构芯片106、集成光纤探头107、转盘108、开关电源109以及散热风扇110，其中，树莓派主控板101发送指定格式的命令给STM32开发板102；STM32开发板102控制驱动电机103带动转盘108的转动，实现多通道检测；微型光源104提供光源，光源从集成光纤探头107入射到微纳结构芯片106；微型光谱仪105接收来自集成光纤探头107的反射光并对反射光的光谱进行分析；检测过程中波谷数据从微型光谱仪105传入树莓派主控板101中，树莓派主控板101将计算出的偏移量数据上传到云服务器201。
作为本发明的一个优选实施例，树莓派主控板101通过USB(Universal SerialBus，通用串行总线)串口发送指定格式的命令给STM32开发板102。
在本发明的一个实施例中，上述硬件检测系统100、后台服务系统200和远程终端系统300之间均通过蓝牙、Wi-Fi(Wireless-Fidelity，无线保真)或4G 无线网络进行通信。
在本发明实施例中，远程终端系300统包括：智能手机APP(Application，应用程序)客户端、网页Web(World Wide Web万维网)客户端。
在本发明实施例中，上述检测系统的工作原理具体如下：将样品注射到微纳结构芯片106上，将装有待测样品的微纳结构芯片106放在转盘108上，集成光纤探头107垂直入射到微纳结构芯片106上进行测量，通过微型光谱仪105 将其共振波长与标准金结构共振波长进行比较，通过驱动电机103驱动转盘108 的转动，进而驱动微纳结构芯片106的转动，实现多路检测。检测结果(即波谷数据)通过USB串口发送给树莓派主控板101，树莓派主控板101对波谷数据进行计算后得到反射谷的偏移量数据，将该偏移量数据通过4G网络上传至云服务器201，云服务器201将用户数据存储到数据库202中，当用户需要数据时，向云服务器201发送用户请求，云服务器201将数据发送至互联网平台 203，由互联网平台203分发给用户，用户在智能手机APP客户端或者网页Web 界面上可查看可视化的检测结果。
实施例二
参见图3，在本发明实施例中，上述微纳结构芯片106包括：进样区1061、纳米结构检测区1062、表面等离激元检测芯片1063、微流通道1064、废液池 1065，表面等离激元检测芯片1063设置在纳米结构检测区1062中；其中，进样区1061用于注入待测血清；纳米结构检测区1062用于检测表面等离激元检测芯片1063上的待测血清，得到表面等离激元检测芯片1063表面反射谷的波谷数据；微流通道1064用于连通进样区1061、纳米结构检测区1062、废液池 1065，使待测血清从进样区1061注入，流经纳米结构检测区1062检测过后，流入废液池1065；废液池1065用于接收在纳米检测区1062检测后的待测血清排放的溶液。
作为本发明的一个优选实施例，上述表面等离激元检测芯片1063的直径为 5mm。
可以理解，在本发明实施例中，上述待测血清流入纳米结构检测区1062 后，待测血清中的抗原与表面等离激元检测芯片1063上瞄定的抗体发生特异性结合，当集成光纤探头107照射到表面等离激元检测芯片1063时，得到的反射谱图的波谷值发生偏移，进而得出待测血清的反射谷的波谷数据。
实施例三
本发明实施例还提供的一种上述微纳结构芯片106的制备方法，该制备方法包括：分别制备表面等离激元检测芯片1063、微流通道1064；其中，上述制备表面等离激元检测芯片1063的步骤具体包括：
S1：采用热压印将微纳结构转印到耐冲击聚苯乙烯(IPS，Impact-resistant-polystyrene)上；
S2：采用紫外压印将耐冲击聚苯乙烯上的微纳结构转印到旋涂有光刻胶的硅基底上，形成压印胶；
S3：使用电子束蒸镀仪依次在压印胶的表面蒸镀铬和金，制成表面等离激元检测芯片1063。
作为本发明的一个优选实施例，上述蒸镀的铬的厚度为20nm，金的厚度为 200nm。
上述制备微流通道1064的步骤具体包括：
步骤一：将直径为150um的微丝固定在模具上，浇筑聚二甲基硅氧烷 (PDMS，Polydimethylsiloxane)后在预设温度下固化2.5-3.5h；
步骤二：将上述固化后的聚二甲基硅氧烷在无水乙醇中浸泡8-12min后抽出微丝；并将上述抽出微丝后的聚二甲基硅氧烷放入60℃烘箱中烘干 25-35min；
步骤三：用打孔器分别在微流通道1064的入口、出口以及中间打孔，入口孔洞作为进样区1061，中间孔洞作为纳米结构检测区1062，出口孔洞作为废液池1065；
步骤四：通过等离子清洗机将上述步骤二中烘干后的聚二甲基硅氧烷与玻璃底片键合，先将表面等离激元检测芯片1063用等离子水清洗，再将其吹干后，粘贴到纳米结构检测区1062底面的玻璃上；
步骤五：用玻璃盖片键合在纳米结构检测区1062的上部，并将重新配置的未固化的聚二甲基硅氧烷点在微流通道1064的末端，在毛细作用力下进入微流通道1064，60℃固化2.5-3.5h，使微流通道1064两侧的末端封闭。
作为本发明的一个优选实施例，上述预设温度范围为60℃-70℃。
在本发明实施例中，上述中间孔洞即纳米结构检测区1062的直接为6mm。
本发明实施例提供的基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统包括：硬件检测系统、后台服务系统和远程终端系统；硬件检测系统，用于检测微纳结构芯片表面反射谷的波谷数据，根据波谷数据计算微纳结构芯片表面反射谷的偏移量数据；后台服务器包括对偏移量数据进行传输的云服务器、对偏移量数据进行存储的数据库以及向用户分发数据的互联网平台；远程终端系统，用于向用户呈现可视化检测结果。该基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，不但成本低廉、便携性更好，且对早期癌症的检测更加精准化、智能化、快捷化。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于微纳结构光芯片的免标记肿瘤标志物检测系统，其特征在于，所述检测系统包括：硬件检测系统、后台服务系统和远程终端系统；
所述硬件检测系统，用于检测微纳结构芯片表面反射谷的波谷数据，根据所述波谷数据计算所述微纳结构芯片表面反射谷的偏移量数据；
所述后台服务器包括对所述偏移量数据进行传输的云服务器、对所述偏移量数据进行存储的数据库以及向用户分发数据的互联网平台；
所述远程终端系统，用于向所述用户呈现可视化检测结果。
2.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述硬件检测系统具体包括：
树莓派主控板、STM32开发板、驱动电机、微型光源、微型光谱仪、所述微纳结构芯片、集成光纤探头、转盘、开关电源以及散热风扇，其中，
所述树莓派主控板发送指定格式的命令给所述STM32开发板；
所述STM32开发板控制所述驱动电机带动所述转盘的转动，实现多通道检测；
所述微型光源提供光源，所述光源从所述集成光纤探头入射到所述微纳结构芯片；
所述微型光谱仪接收来自所述集成光纤探头的反射光并对所述反射光的光谱进行分析；
检测过程中所述波谷数据从所述微型光谱仪传入所述树莓派主控板中，所述树莓派主控板将计算出的所述偏移量数据上传到所述云服务器。
3.如权利要求2所述的检测系统，其特征在于，所述微纳结构芯片包括：进样区、纳米结构检测区、表面等离激元检测芯片、微流通道、废液池，所述表面等离激元检测芯片设置在所述纳米结构检测区中；其中，
所述进样区用于注入待测血清；
所述纳米结构检测区，用于检测所述表面等离激元检测芯片上的所述待测血清，得到所述表面等离激元检测芯片表面反射谷的所述波谷数据；
所述微流通道，用于连通所述进样区、纳米结构检测区、废液池，使所述待测血清从所述进样区注入，流经所述纳米结构检测区检测过后，流入所述废液池；
所述废液池，用于接收在所述纳米检测区检测后的所述待测血清排放的溶液。
4.如权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述表面等离激元检测芯片的直径为5mm。
5.如权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述远程终端系统包括：智能手机APP客户端、网页Web客户端。
6.一种如权利要求2-3中任一项所述的微纳结构芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：分别制备所述表面等离激元检测芯片、所述微流通道；其中，
所述制备表面等离激元检测芯片的步骤具体包括：
采用热压印将微纳结构转印到耐冲击聚苯乙烯上；
采用紫外压印将所述耐冲击聚苯乙烯上的所述微纳结构转印到旋涂有光刻胶的硅基底上，形成压印胶；
使用电子束蒸镀仪依次在所述压印胶的表面蒸镀铬和金，制成表面等离激元检测芯片；
所述制备微流通道的步骤具体包括：
步骤一：将直径为150um的微丝固定在模具上，浇筑聚二甲基硅氧烷后在预设温度下固化2.5-3.5h；
步骤二：将上述固化后的所述聚二甲基硅氧烷在无水乙醇中浸泡8-12min后抽出微丝；并将上述抽出微丝后的所述聚二甲基硅氧烷放入60℃烘箱中烘干25-35min；
步骤三：用打孔器分别在微流通道的入口、出口以及中间打孔，入口孔洞作为所述进样区，中间孔洞作为所述纳米结构检测区，出口孔洞作为所述废液池；
步骤四：通过等离子清洗机将上述步骤二中烘干后的所述聚二甲基硅氧烷与玻璃底片键合，将所述表面等离激元检测芯片清洗、吹干后，粘贴到所述纳米结构检测区底面的玻璃上；
步骤五：用玻璃盖片键合在所述纳米结构检测区的上部，并将重新配置的未固化的聚二甲基硅氧烷点在所述微流通道的末端，在毛细作用力下进入所述微流通道，60℃固化2.5-3.5h，使所述微流通道两侧的末端封闭。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述预设温度范围为60℃-70℃。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述中间孔洞的直径为6mm。
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