CN114431560A - 一种新冠病毒快速检测口罩及生物探针修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及口罩技术领域,尤其是涉及一种新冠病毒快速检测口罩及生物探针修饰方法,其口罩包括口罩本体、电阻抗生物传感器、基底板;电阻抗生物传感器包括电极基底、双电极、探针连接层和生物探针;双电极固定于电极基底的上表面,探针连接层固定于电极基底的上表面的双电极之间的区域,生物探针固定于探针连接层上表面;基底板中设置有阻抗测量模块和无线传输模块,阻抗测量模块和电阻抗生物传感器电性连接,无线传输模块和阻抗测量模块电性连接。解决了现有的新冠病毒检测技术存在的检测过程麻烦,出具检测结果时间长的问题。本申请具有使用者能够自行进行新冠病毒检测,且可以实时查看检测结果的效果。
Description
技术领域
本申请涉及口罩技术领域,尤其是涉及一种新冠病毒快速检测口罩及 生物探针修饰方法。
背景技术
目前,与呼吸道系统相关的病毒流传与蔓延开的情况很不乐观,有增 加的趋势。这些病毒中,如常见的流感性感冒病毒,又如SARS病毒,以及 新型冠状病毒(COVID-19),可以通过空气中的飞沫进行传播。由于这些病 毒的传染性及致病率高,对它们的检测对于切断其传播来说尤为重要。
现有的对新型冠状病毒的检测技术主要是核酸检测。每种病毒的核酸 内部都含有核糖核苷酸,不同的病毒所含的核糖核苷酸数量和排列顺序不 同,使得每种病毒都具有特异性。新冠病毒为RNA病毒,新冠病毒的核酸 检测即为检测受测者体内是否有新冠病毒的RNA。检测需要采集受测者的 痰液、咽拭子、肺泡灌洗液或者血液等样本进行核酸检测,将样本裂解提 纯,从中提取出可能存在的病毒核酸,再采用荧光定量PCR(PolymeraseChain Reaction,聚合酶链式反应)方法使用荧光定量PCR仪进行病毒核 酸浓度的测定。现有的新冠病毒检测技术须专业人员采样,并在有资质的 专业实验室进行检测,需要专业的设备以及具有资质的实验人员进行复杂 的实验操作。采集咽拭子样本取样比较麻烦,会消耗大量的医疗资源,由 于每天多人的咽拭子采集,也会造成医护人员很大的感染风险。
针对上述中的相关技术,发明人认为现有的新冠病毒检测技术存在有 检测过程麻烦,出具检测结果时间长的缺陷。
发明内容
本申请提供了一种新冠病毒快速检测口罩及生物探针修饰方法。
第一方面,本申请提供一种新冠病毒快速检测口罩,具有出具检测结 果时间更短的特点。
本申请是通过以下技术方案得以实现的:一种新冠病毒快速检测口罩, 包括:口罩本体、电阻抗生物传感器、阻抗测量模块和无线传输模块;所 述电阻抗生物传感器贯穿口罩设置,用于感应用户呼出的气体;
所述阻抗测量模块和所述电阻抗生物传感器电性连接,所述无线传输 模块和所述阻抗测量模块电性连接;
所述电阻抗生物传感器包括电极基底、双电极、探针连接层和生物探 针;
所述双电极固定于所述电极基底的上表面,所述探针连接层固定于所 述电极基底的上表面的双电极之间的区域,所述生物探针固定于所述探针 连接层上表面。
通过采用上述技术方案,使用者带上新冠病毒快速检测口罩,进行呼 气,呼出气体即为新冠病毒快速检测口罩的检测样本;新冠病毒快速检测 口罩中,电阻抗生物传感器能够对新冠病毒进行特异性检测;阻抗测量模 块检测电流信号的变化;当目标物质与生物探针结合,电阻抗生物传感器 表面的电阻会增加,阻抗测量模块检测电流信号的变化进而反映阻抗的变 化;检测信号经由无线传输模块传输至手机或电脑,即可以获得是否有新冠病毒的结果,无需先采集样本再将采集的样本送至实验室经专业人员进 行样本检测,省去了麻烦的检测过程及等待检测结果的时间,实现了使用 者能够自行进行新冠病毒检测,且可以实时查看检测结果的效果。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:所述双电极之间的距离为 1-10mm。
通过采用上述技术方案,可以控制电阻抗生物传感器的尺寸,进而保 证检测区域的面积以保证检测速度,同时检测模块体积不会过大。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:所述探针连接层的材料包 括戊二醛与链霉亲和素。。
通过采用上述技术方案,探针连接层中的戊二醛可在电极基底表面形 成一层稳定的膜作为生物探针的连接材料,其中混的链霉亲和素可以与生 物活性物质上标记的生物素通过共价键进行特异性结合,从而将生物探针 固定。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:所述双电极(23)之间的 区域的生物探针(21)的结合位点至少为2个。
通过采用上述技术方案,可以使探针在双电极之间的排布更加密集且 均匀,利于探针对目标物质进行特异性识别和结合。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:所述生物探针由生物素和 生物活性物质制成。
通过采用上述技术方案,生物活性物质为新冠病毒抗体,能够特异性 识别呼出气体样本中的新冠病毒,并且和新冠病毒进行特异性结合;生物 活性物质上标记的生物素通过共价键与探针连接层中的链霉亲和素进行特 异性结合,从而将生物探针固定于探针连接层的上表面。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:还包括多孔膜,所述多孔 膜覆盖电阻抗生物传感器的上表面,且所述电阻抗生物传感器正对多孔膜 上的孔。
通过采用上述技术方案,可以将非目标的大颗粒物质进行粗过滤,选 择性透过目标检测物质。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为:所述多孔膜材料为聚碳酸 酯。
通过采用上述技术方案,聚碳酸酯膜还可以防止传感器表面与外界摩 擦和接触,避免生物探针的脱落。
第二方面,本申请提供一种生物探针修饰方法,具有出具检测结果时 间更短,能够将生物探针修饰在电极基底表面,实现对微生物特异性识别 和结合的特点。
本申请是通过以下技术方案得以实现的:一种生物探针修饰方法,包 括以下步骤:
步骤S1:将生物素标记到生物活性物质,形成标记生物素的生物活性 物质;
步骤S2:用戊二醛和链霉亲和素配制探针连接层溶液;
步骤S3:在电极基底表面进行等离子体处理;
步骤S4:将探针连接层溶液均匀喷涂于双电极之间的等离子体处理的 电极基底表面,形成探针连接层;
步骤S5:将所述标记生物素的生物活性物质滴涂到探针连接层。
通过采用上述技术方案,将生物素标记到生物活性物质,生物素能够 和链霉亲和素特异性结合,可以将生物活性物质固定于探针连接层;用戊 二醛和链霉亲和素配制探针连接层溶液,戊二醛可在电极基底表面形成一 层稳定的膜作为生物探针的连接材料,链霉亲和素能够和生物素特异性结 合,可以将生物活性物质固定于探针连接层;对电机基底表面进行等离子 体处理,可以去掉电阻抗生物传感器双电极之间的修饰区域表面的细小颗粒,提供干净的表面以进行喷涂探针连接层溶液,使形成的连接层更加均 匀;将探针连接层溶液均匀喷涂于双电极之间,自然干燥预设时间至形成 半透明的薄膜,形成生物探针的连接层;将生物素标记的生物活性物质滴 涂到探针连接层,生物素能够和链霉亲和素特异性结合,可以将生物活性 物质固定于探针连接层,生物探针修饰完成。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:
1、使用者可自行进行检测;
2、出具检测结果时间更短;
3、检测过程简单,不需要专业设备以及专业人员。
附图说明
图1是本申请其中一实施例一种新冠病毒快速检测口罩的示意图。
图2是检测模块的结构示意图。
图3是电阻抗生物传感器结构示意图。
图4是生物探针的修饰方法的流程图。
图5是不同浓度S蛋白下低频交流电阻抗测试曲线图。
图6是不同浓度S蛋白与波峰电阻抗值的线性关系图。
附图标记说明:
1、多孔膜;2、电阻抗生物传感器;21、生物探针;22、探针连接层; 23、双电极;24、电极基底;3、基底板;4、外框。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种新冠病毒快速检测口罩。参照图1,新冠病毒 快速检测口罩包括口罩本体和检测模块,检测模块固定于口罩本体上且横 穿口罩本体。检测模块用于检测使用者呼出的气体是否含有新冠病毒。
参照图2,检测模块包括多孔膜1、电阻抗生物传感器2、基底板3和 外框4。使用者呼出的气体依次经过多孔膜1、电阻抗生物传感器2、基底 板3和外框4。
其中,多孔膜1的一面朝向使用者嘴部设置,用于粗过滤使用者呼出 的气体。电阻抗生物传感器2上表面朝向多孔膜1设置,且电阻抗生物传 感器2正对多孔膜1上的孔。基底板3的正面设有朝向电阻抗生物传感器 2的背面的凹槽,电阻抗生物传感器2卡接于基底板3的凹槽内。外框4 为框型,且外框4朝向多孔膜1的一面开设有安装槽,外框4朝向多孔膜 1的一面还设有卡接槽,卡接槽的槽口面积大于安装槽的槽口面积,卡接 槽衔接于安装槽的外周边,卡接槽和多孔膜1卡接配合,电阻抗生物传感 器2和基底板3安装于安装槽内。
参照图3,电阻抗生物传感器2包括叠层设置的电极基底24、双电极23、探针连接层22和生物探针21。双电极23于电极基底24的上表面间 隔平行设置,并与电极基底24固定连接。双电极23之间的距离为1-10mm, 双电极23之间的区域为探针连接层22和生物探针21提供附着空间。电极 基底24的材料为玻璃纤维环氧树脂覆铜板;双电极23的材料取自以下材料中的一种:金、铂金、铜、玻碳、FTO、ITO。
探针连接层22固定连接于双电极23之间的区域,探针连接层22的材 料包括戊二醛与链霉亲和素;生物探针21固定于探针连接层22的上表面, 生物探针21由生物素和生物活性物质组成。
探针连接层22中的戊二醛可在电极基底24表面形成一层稳定的膜作 为生物探针21的连接材料,其中混的链霉亲和素可以与生物活性物质上标 记的生物素通过共价键进行特异性结合,从而将生物探针21固定。
生物活性物质能够特异性识别目标物,并且和目标物特异性结合,本 实施例中,生物活性物质为新冠病毒抗体;生物活性物质上标记的生物素 通过共价键与探针连接层22中的链霉亲和素进行特异性结合,从而将生物 探针21固定于探针连接层22的上表面。
进一步地,基底板3内部设置有阻抗测量模块和无线传输模块,以及 给各模块进行供电的电源模块。阻抗测量模块用于检测电阻抗生物传感器 2输出的电信号的变化。
具体地,阻抗测量模块和双电极23电性连接;本实施例中,阻抗测量 模块使用AD5933阻抗测量芯片,当目标物质与生物探针21结合,电阻抗 生物传感器2表面的电阻会增加,通过给予特定的电压,检测电流变化可 反映阻抗的变化;若阻抗值上升,则表明样本中有新冠病毒,若无变化则 表明样本中没有新冠病毒。
无线传输模块的输入端和阻抗测量模块的输出端电性连接,用于将阻 抗测量模块输出的电信号以无线的方式传至终端;本实施例中,终端包括 手机或电脑,无线传输模块使用RFID芯片,将阻抗测量模块检测的阻抗数 据无线传输至手机或电脑的对应APP。
电源模块的输出端分别和阻抗测量模块的电源端、无线传输模块的电 源端以及电阻抗生物传感器2的双电极23电性连接,为阻抗测量模块、无 线传输模块以及电阻抗生物传感器2供电。在本实施例中,电源模块使用 小型纽扣电池,外框4外表面设置有电源开关,用来手动控制小型纽扣电 池与阻抗测量模块、无线传输模块和电阻抗生物传感器2的连通或断开。 使用者使用时,打开电源开关,小型纽扣电池与阻抗测量模块、无线传输 模块和电阻抗生物传感器2连通,为阻抗测量模块、无线传输模块和电阻 抗生物传感器2供电。
外框4外表面还设置有用于在检测到新冠病毒时报警的警报模块,警 报模块和阻抗测量模块的输出端电性连接,警报模块包括警报器;当阻抗 测量模块检测到的阻抗值达到或超过预设值时,即表示样本有新冠病毒时, 此时警报器鸣响及闪灯;当阻抗测量模块检测到的阻抗值小于预设值时, 表示样本没有新冠病毒时,警报器不工作。
本申请实施例一种新冠病毒快速检测口罩的实施原理为:使用者带上 该新冠病毒快速检测口罩,使用者呼出的气体经过多孔膜1的粗过滤后, 和电阻抗生物传感器2接触,若新冠病毒与生物探针21结合,电阻抗生物 传感器2表面的电阻就会增加,通过给予电阻抗生物传感器2的双电极23 特定的电压,检测电流变化可反映阻抗的变化。若阻抗值上升,则表明使 用者呼出的气体中有新冠病毒,若无变化则表明使用者呼出的气体中没有新冠病毒,无需将采集的样本送至实验室由专员进行检测,节省了检测环 节,缩短了检测时间。
本申请实施例还提供一种生物探针修饰方法,其过程如图4:
步骤S1:将生物素标记到生物活性物质;
向1mL1mg/mL抗体溶液加入120μL 1μg/μL NHS活化的生物素溶 液,在室温下搅拌,保温2~4h;向所得溶液中加入9.6μL1 mol/L氯化 铵溶液,在室温下搅拌10~30min;用PBS缓冲液对所得溶液进行透析;将 透析液上1mL分子筛柱进行柱层析,以PBS为洗脱液,收集1mL/管,带生 物素标记的抗体溶液在1~3mL之间洗下;
步骤S2:用戊二醛和链霉亲和素配制探针连接层溶液;
将浓度为2.5%的戊二醛和浓度为100μg/mL的链酶亲和素混合,在4 ℃静置8-10h,配制稳定均匀的探针连接层溶液;戊二醛可在电极基底24 表面形成一层稳定的膜作为生物探针21的连接材料,其中混的链霉亲和素 可以与生物活性物质上标记的生物素通过共价键进行特异性结合,从而将 生物探针1固定;
步骤S3:在电极基底21表面进行等离子体处理;
传感器表面用氧气或空气等离子体处理30s-60s,去掉传感器双电极 23之间的修饰区域表面的细小颗粒,提供干净的表面以进行喷涂探针连接 层溶液,使形成的连接层更加均匀。
步骤S4:将探针连接层22溶液均匀喷涂于双电极23之间的等离子体 处理的电极基底24表面,形成探针连接层22;
将40μL探针连接层溶液均匀喷涂于双电极23之间,自然干燥至形成 半透明的薄膜,形成生物探针的连接层。
步骤S5:将生物素标记的生物活性物质滴涂到探针连接层22。
将0.1μg/mL的抗体溶液(pH=7-8)均匀的滴涂到到探针连接层22, 与链酶亲和素特异性结合修饰5mins-30mins,生物探针连接层22牢固连 接生物探针21以及电极基底24,完成生物探针21的修饰。
如图5为不同S蛋白浓度下低频交流阻抗测试曲线图,图中a-e分别 为新冠病毒S蛋白浓度为0、100、200、300、400pg/ml时的低频交流阻抗 测试曲线。本实施例中,使用新冠病毒快速检测口罩对不同新冠病毒浓度 的样本进行检测时,通过给予特定的电压,检查阻抗的值,输出低频交流 阻抗曲线图。低频交流阻抗曲线为阻抗随频率变化的曲线,横坐标为频率, 纵坐标为阻抗。当样本中不含有新冠病毒的时候,会输出一个阻抗峰值, 当样本中含有新冠病毒时,该阻抗峰值会增大,新冠病毒的浓度越高,峰 值就会越大。
图6是不同浓度S蛋白与波峰电阻抗值的线性关系图。以新冠病毒S 蛋白浓度为横坐标值,低频交流阻数据为纵坐标值,将新冠病毒的S蛋白 浓度和对应低频交流阻抗的数据进行线性拟合,可以得到新冠病毒S蛋白 浓度和低频交流阻抗的关系符合公式y=0.0994x+17.114。在该公式中,x 即为新冠病毒S蛋白浓度的值,单位为pg/ml;y即为低频交流阻抗,单位 为K。使用者使用本口罩进行新冠病毒检测时,测试结果会通过无线传输 芯片传送至终端,终端的对应APP获取测量结果,将测得的低频交流阻抗 数据代入上述公式y=0.0994x+17.114的y值,计算出对应的x值,x值即 为新冠病毒的含量。若x值为0pg/ml,则显示为没有新冠病毒;若x值不 为0,则输出该x的值,显示含有新冠病毒,并显示新冠病毒的浓度。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故: 凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保 护范围之内。
Claims (8)
1.一种新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,包括:口罩本体、电阻抗生物传感器(2)、阻抗测量模块和无线传输模块;所述电阻抗生物传感器(2)贯穿口罩设置,用于感应用户呼出的气体;
所述阻抗测量模块和所述电阻抗生物传感器(2)电性连接,所述无线传输模块和所述阻抗测量模块电性连接;
所述电阻抗生物传感器(2)包括电极基底(24)、双电极(23)、探针连接层(22)和生物探针(21);
所述双电极(23)固定于所述电极基底(24)的上表面,所述探针连接层(22)固定于所述电极基底(24)的上表面双电极(23)之间的区域,所述生物探针(21)固定于所述探针连接层(22)上表面。
2.根据权利要求1所述的新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,所述双电极(23)之间的距离为1-10mm。
3.根据权利要求1所述的新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,所述探针连接层(22)的材料包括戊二醛与链霉亲和素。
4.根据权利要求1所述的新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,所述双电极(23)之间的区域的生物探针(21)的结合位点至少为2个。
5.根据权利要求1所述的新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,所述生物探针(21)由生物素和生物活性物质制成。
6.根据权利要求1所述的新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,还包括多孔膜(1),所述多孔膜覆(1)盖电阻抗生物传感器(2)的上表面,且所述电阻抗生物传感器(2)正对多孔膜(1)上的孔。
7.根据权利要求8所述的新冠病毒快速检测口罩,其特征在于,所述多孔膜(1)的材料为聚碳酸酯。
8.一种生物探针修饰方法,其特征在于,所述生物探针修饰方法用于如权利要求1-7任一项所述的新冠病毒快速检测口罩,所述生物探针修饰方法包括以下步骤:
将生物素标记到生物活性物质,形成标记生物素的生物活性物质;
用戊二醛和链霉亲和素配制探针连接层(22)溶液;
在电极基底(24)表面进行等离子体处理;
将探针连接层(22)溶液均匀喷涂于双电极(23)之间的等离子体处理的电极基底(24)表面,形成探针连接层(22);
将所述标记生物素的生物活性物质滴涂到探针连接层(22)。
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