CN114966003A - 一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸 - Google Patents

一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸 Download PDF

Info

Publication number
CN114966003A
CN114966003A CN202210623495.8A CN202210623495A CN114966003A CN 114966003 A CN114966003 A CN 114966003A CN 202210623495 A CN202210623495 A CN 202210623495A CN 114966003 A CN114966003 A CN 114966003A
Authority
CN
China
Prior art keywords
micro
chromatographic
chromatographic membrane
surface structure
arrow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210623495.8A
Other languages
English (en)
Inventor
周建华
刘廙人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sun Yat Sen University
Original Assignee
Sun Yat Sen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sun Yat Sen University filed Critical Sun Yat Sen University
Priority to CN202210623495.8A priority Critical patent/CN114966003A/zh
Publication of CN114966003A publication Critical patent/CN114966003A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/558—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor using diffusion or migration of antigen or antibody
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531—Production of immunochemical test materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/569—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor for microorganisms, e.g. protozoa, bacteria, viruses
    • G01N33/56983—Viruses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明提供了一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸。本发明的层析膜表明结构所述层析膜的表面结构由一系列平行排布的对称沟槽组成；所述沟槽由连续的箭头状三角组成。所述箭头状三角的尾端通过笔直微流道与下一个箭头三角的箭头端相连接，微流道与箭头状三角尾端的连接处之间存在夹角，形成箭头状三角的两翼。这种微纳表面结构大幅增强了毛细作用，同时阻止液体向与指定方向相反或相切的方向流动。基于表面微纳表面结构模具的复制制造，可在塑料或金属薄片表面制造这种结构，从而批量化制作具有该结构的免疫检测层析膜。该层析膜可解决已有层析膜对纤维丝材料的依赖，并解决已有层析膜的流动速度较低、流动性能的均一性及样本损失的问题。

Description

一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸
技术领域
本发明属于生物医学技术领域。更具体地，涉及一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸。
背景技术
层析检测技术是近代医学诊断领域的重要检测技术之一。其系统由通常两个相组成：其中一相是携带并运输目标物质的流动相，另一相是用于筛选分离目标物质的固定相。层析技术可将流动相中的多种混合组分从流动相中分离并在固定相中重新分配或固定，从而提供物质定性定量分析的依据。层析技术有多种分类，本质的运作原理基本一致；较为人熟知的包括纸层析、柱层析、薄层层析等，已在生物医学领域广泛应用。
驱动流动相运动通过固定相表面，是层析技术的重要实施基础。为了实现这一目的，在传统大型层析设备中(如高效液相色谱仪)，将细长软管与多组精密高压泵组合，形成层析设备的流体控制系统。这种通过机械运动实现的层析技术，能够为长程流动的样品流体提供充足的连续输送动力，能够实现多种混合组分的精细分析；但是，其依赖额外设备、流动相运动速度缓慢的特点，导致较难开展低成本、便携的少量分析物快速分析方面的应用。
为了解决这一问题，技术研发人员利用毛细作用能够牵引液体自然流动的特性，制造了层析膜。层析膜无需额外的控制设备即可使用，具备便携、易用的特点。因此，目前大多数层析膜均采用以毛细作用为液体流动驱动力的实施方案。如目前大多数采用的是利用密集排布的、直径为亚毫米或微米尺度的纤维丝构建层析膜，纤维丝之间的微小间隙构成了层析膜内部的毛细流动空间。这种层析膜的产品包括：硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、尼龙纤维膜、聚酯纤维膜等，能够将液体从层析膜表面堆叠的其他固定相中牵引出来，在毛细作用下自发流动。但是，这种基于纤维丝的层析膜，其纤维间隙难以均一控制，导致层析膜的液体流动性能存在批间、批内差异，且这种差异难以克服；此外，这种毛细流动形式的流动速度较为缓慢，而且没有流动方向的限制能力，不利于液体的快速、定向流动。
近年来，技术研发人员愈发关注表面结构对毛细流动的引导和增强作用，以及其在液体快速定向运输方面的应用潜力。在自然界中，研究发现了如猪笼草的唇部叶片、南洋杉的锯齿状叶片、蚂蚁的下颚、蜘蛛丝的关节等，这些表面结构不仅具备增强毛细作用的能力，而且具有能够限制液体流动方向的特殊形貌。但是，在人造层析膜表面直接复制这种自然结构存在较难突破的问题。一方面，自然生物表面的形态多样，如拱形弯曲的猪笼草唇部、棒状延伸的南洋杉叶片、弧形弯曲的蚂蚁下颚，通过强行压平生物表面以直接复制其结构的做法，会改变其表面结构特征，使其失去已有的毛细作用特性。另一方面，这些自然表面通常具备有序、重复堆叠的多层三维形貌，各层形貌之间还存在层层包含、层层叠套的空间分布关系，这些三维结构难以通过工业化的压印技术直接复制到人造表面。
因此，为了克服现有人造层析膜中出现的问题，亟需根据上述表面结构自发定向连续搬运液体的原理，研发、设计出可供液体快速定向流动的表面结构并将其复制到人造表面，制成具有该结构的层析膜。这种层析膜需要具备流动取向可控、流动性能优秀且均一、液体残留低的能力。所述层析膜将有望取代已有的基于纤维丝的层析膜，为新一代层析技术奠定基础。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述问题的缺陷和不足，提供一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸，解决现有层析膜对纤维丝材料的依赖问题，并进一步解决已有层析膜的流动取向不可控、流动较慢、流动均一性不足的问题。
本发明的目的是提供一种具有微纳表面结构的层析膜。
本发明另一目的是提供所述层析膜的制备方法。
本发明的再一目的是提供一种具有微纳表面结构的层析试纸。
本发明的再一目的是提供所述层析膜和层析试纸的应用。
本发明上述目的通过以下技术方案实现：
本发明设计出一种能使液体快速定向流动的微纳表面结构的层析膜。所述层析膜的表面具有由一系列平行排布的对称沟槽组成的微纳表面结构；所述沟槽由连续的箭头状三角组成，箭头状三角通过笔直微流道首尾连通，笔直微流道与箭头状三角尾端的连接处之间存在尖锐夹角
Figure BDA0003677782140000021
形成箭头状三角的两翼；所述箭头状三角的轴向长度为截面宽度的5～10倍，箭头状三角的截面宽度控制在微米尺度水平，据此构造狭长的毛细流动空间，以显著增强毛细作用；这种增强的毛细作用，可牵引液体快速流动。所述尖锐夹角
Figure BDA0003677782140000031
其中γGS为气固界面表面能，γSL为固液界面表面能，γGL为气液界面表面能，θc为液体在尖锐夹角边界保持稳定的极限接触角；以表面润湿理论和表面张力分析为依据进行设计，发挥限制流体流动方向的作用，可用于阻止液体反向回归到流动起点，实现液体的快速定向流动。
这种微纳表面结构引导液体快速定向流动的原理分为两个部分。液体进入箭头状三角组成的狭长毛细流动空间后，微米尺度的流动通道大幅增强了毛细作用，从而驱动液体快速流动。此时，沟槽阻止液体向轴向以外的方向流动，液体同时向箭头状三角的尾端方向、箭头方向毛细流动。
1)向尾端方向流动的情况下，液体到达箭头状三角尾端与微流道形成的尖锐夹角处并与尖锐夹角接触；尖锐夹角提供的强剪应力将液体分开，迫使液体沿尖锐夹角两侧作快速的绕物运动；由于箭头状三角的两翼空间较少，大部分液体绕物运动之后流入与箭头状三角连通的笔直微流道中，在增强的毛细作用下，流入下一个箭头状三角空间；以此类推，液体持续进行快速流动的过程。
2)向箭头方向流动的情况下，液体沿宽度逐渐缩小的流道做毛细流动，进入连接上一个箭头状三角空间的笔直微流道中，并到达笔直微流道与上一个箭头状三角空间尾端形成的尖锐夹角边界处。由于液体的表面张力，此处尖锐夹角边界对液体流动形成限制。根据表面润湿理论和表面张力分析，液体需要持续进行体积做功、并使接触角增大到某个极限阈值后，方可突破尖锐夹角限制，进一步流入上一个箭头状三角空间中。由于液体整体流动方向朝向箭头状三角的尾端，尖锐夹角边界处的液体接触角将无法通过体积做功达到该极限阈值，因此实现了限制液体定向流动的流动行为控制。
本发明制备的微纳表面结构的层析膜，在微纳表面结构增强的毛细作用辅助下，所述层析膜具备以下流动行为控制能力：1)具备液体快速流动的能力；2)由于液体的流动性和连续性，层析膜可通过毛细作用将液体从膜表面叠放的其他固定相中牵引到层析膜表面微纳表面结构中；3)在所述微纳表面结构的特殊形貌辅助下，层析膜具备锁定膜上液体的能力，阻止液体向与指定流向相反或相切的其他方向流动，实现液体的定向流动。所述层析膜的流动行为控制可阻止液体在层析膜上的无效扩散和外溢；同时，阻止液体向这些吸水介质向流动起点方向回流，减少液体的流动损失。另一方面，所述层析膜成型后进行亲水化和功能化处理，可阻止因疏水作用导致的物质非特异性吸附，进而在上述有益效果的基础上，减少液体中携带物质的流动损失。
本发明提供的微纳表面结构引导液体快速定向流动的原理分为两个部分，第一部分为在液体进入箭头状三角组成的狭长毛细流动空间后，微米尺度的流动通道大幅增强了毛细作用，从而驱动液体快速流动。第二部分为，在沟槽阻止液体向轴向以外的方向流动，液体同时向箭头状三角的尾端方向、箭头方向毛细流动。
进一步地，所述箭头状三角的横向长度为100～2000μm；箭头状三角的截面宽度为20～400μm。
进一步地，所述微流道的长度约为箭头状三角轴向长度L1的0.5～0.6倍。
进一步地，所述沟槽之间的最小间距约为箭头状三角截面宽度的0.5～0.6倍。
进一步地，所述尖锐夹角
Figure BDA0003677782140000041
的设计值根据表面润湿理论和表面张力分析进行推演，满足
Figure BDA0003677782140000042
其中γGS为气固界面表面能，γSL为固液界面表面能，γGL为气液界面表面能，θc为液体在尖锐夹角边界保持稳定的极限接触角。
更进一步地，尖锐夹角
Figure BDA0003677782140000043
优选地，本发明提供的层析膜材料为金属材料、塑料材料或热塑性或热固性材料。
更优选地，所述金属材料为铝型材、铜板、铁板或合金板中的一种；塑料材料为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯中的一种；所述热塑性或热固性材料聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等的其中一种。
本发明提供所述层析膜的制备方法，包括以下步骤：
S1、通过激光切割、精密机械加工、光刻或热压成型方式，在金属或塑料材料的平整表面制造权利要求1所述微纳表面结构，得到具有所述微纳表面结构的层析膜；
或在材料的平整表面制造权利要求1所述微纳表面结构的反结构，得到具有权利要求1所述微纳表面结构的反结构的制造模具；再将热塑性或热固性材料固相薄膜加热至熔融温度，将微纳表面结构的反结构的制造模具压至固相薄膜表面，并在一定压力下保持模具对固相薄膜的印制，维持一段时间；印制结束后，将固相薄膜与模具进行冷却，分离固相薄膜与模具，得到具有所述微纳表面结构的层析膜。
优选地，所述金属材料为铝型材、铜板、铁板或合金板中的一种。
优选地，所述塑料材料为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯中的一种。
优先地，所述热塑性或热固性材料聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等的其中一种。
优选地，步骤S1中印制压力为1～300kPa；印制时间为2～200s。
优选地，所述亲水化和功能化处理的方法为物理处理法或化学处理法。
更优选地，所述物理处理法，包括激光氧化、等离子体处理。
更优选地，所述化学处理法，包括亲水涂料处理(采用水性丙烯酸聚氨酯面漆、二氧化硅涂料)、亲水基团修饰(采用吐温-20、聚乙烯亚胺)或溅镀蒸镀处理(采用SiO2、TiO2、Al2O3)。
本发明提供所述层析膜在制备层析试纸中的应用。
本发明提供一种具有微纳表面结构的层析试纸，包括上述层析膜。
进一步地，所述层析试纸还包括层析试纸其他组件；如包括支撑底板、结合垫、吸水垫和样品垫的免疫层析试纸。
更近一步地，所述层析膜直接固定在支撑底板表面，在所述层析膜两端分别放置吸水垫和结合垫；其中，吸水垫、结合垫与所述层析膜部分重叠，其余部分与支撑底板表面固定；在结合垫的另一端，放置样品垫，样品垫与结合垫部分重叠，其余部分与支撑底板表面固定。
进一步地，所述层析膜应用于快速免疫检测的场景时，在层析膜表面设有用于捕获待测蛋白质分子的抗原或抗体的免疫结合区域；免疫结合区域的形成方式，包括将抗原或抗体直接固定在所述层析膜表面，或在所述层析膜表面新增构建额外的三维基底。
本发明提供所述免疫层析试纸的组装：将层析膜粘合固定在粘性支撑底板表面，在层析膜两端分别放置吸水垫和结合垫；其中，吸水垫、结合垫与层析膜重叠的长度为2～4mm，其余部分与粘性支撑底板表面粘合、固定；在结合垫的另一端，放置样品垫，样品垫与结合垫重叠的长度为2～4mm，其余部分与粘性支撑底板表面粘合固定。
优选地，所述试纸的宽度约为2.0～5.0mm。
优选地，所述样品垫的长度约为1.5～2.0cm。
优选地，所述结合垫的长度约为1.0～1.5cm。
优选地，所述层析膜的长度约为2.0～5.0cm。
优选地，所述吸水垫的长度约为1.5～2.5cm。
本发明提供所述的层析试纸在液体流动、层析、免疫检测、核酸检测、生物颗粒检测方面的应用。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸。通过对层析膜表面结构的特殊的形貌结构设计，大幅增强了毛细作用，同时阻止液体向与指定方向相反或相切的方向流动，从而实现液体的快速定向流动。这种微纳表面结构可复制到平整的人造表面，从而得到一种液体快速定向流动的层析膜。
与目前已有的基于纤维丝的层析膜相比，本发明提供的层析膜可解决已有层析膜对纤维丝材料的依赖问题，并进一步解决已有层析膜的流动取向不可控、流动较慢、流动均一性不足的问题。基于表面微纳表面结构模具的复制制造，可在塑料或金属薄片表面制造这种结构，从而批量化制作具有该结构的层析膜。其实施条件比已有层析膜的制作和改性更简单、更均一，制造工艺稳定性和重现性好。基于上述有益效果，本发明提供的所述层析膜具备取代已有层析膜的应用潜力，增强层析膜对液体的牵引能力，改善当前层析膜技术中流动性能均一性不足及样本损失的问题，成为新一代层析技术的突破口。
附图说明
图1为本发明提供的液体快速定向流动的微纳表面结构的示意图与实物图；
图2为本发明提供的微纳表面结构的液体快速定向流动的示意图；
图3为对比例1中，本发明所述层析膜与基于纤维丝的层析膜在液体定向流动的对比结果图；
图4为对比例2中，本发明所述层析膜与基于纤维丝的层析膜在液体快速流动方面的对比结果图；
图5为对比例2中，本发明所述层析膜与基于纤维丝的层析膜在液体牵引方面的的对比结果图；
图6为本发明提供的具有微纳表面结构的层析试纸条用于新冠病毒核衣壳蛋白检测的结果图(其中，1-样品垫，2-标记抗体结合垫，3-具备所述微纳表面结构的层析膜，31-嵌入在所述层析膜的亲水纤维层(作为免疫结合区域)、4-吸水垫、5-支撑底板)。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1具有微纳表面结构的层析膜的设计
本发明设计得到一种微纳表面结构，能引导液体快速定向流动。本发明的微纳表面结构由一系列平行排布的对称沟槽组成，沟槽由连续的箭头状三角组成，具体结构的俯视图如图1a所示，每条平行的对称沟槽形状大小相同，箭头状三角的尾端的截面右视图如图1a所示。其中，箭头状三角的尾端截面宽度L2控制在微米尺度水平，其箭头的轴向长度L1设计为箭头尾端截面宽度L2的数倍以上，据此构造狭长的毛细流动空间，来增强的毛细作用，可牵引液体快速流动。而箭头状三角的尾端由一个短而窄的笔直微流道首尾连通，笔直微流道与箭头状三角的连接处形成尖锐夹角，如图1中b所示，笔直微流道与箭头尾端组合形成箭头状三角的两翼。设计的尖锐夹角发挥限制流体流动方向的作用，可用于阻止液体反向回归到流动起点，实现液体的快速定向流动，所述微纳结构的实物图如图1中c所示。
液体快速定向流动的示意图如图2所示，在液体进入箭头状三角的箭头端组成的狭长毛细流动空间后，微米尺度的流动通道大幅增强了毛细作用，从而驱动液体快速流动。此时，沟槽阻止液体向轴向以外的方向流动，液体同时向箭头状三角的箭头方向向尾端方向毛细流动。
本发明设计的箭头状三角的横向长度L1为100～2000μm；箭头状三角尾端的截面宽度L2为20～400μm；首尾连通箭头状三角的笔直微流道，长度约为箭头状三角横向长度L1的0.5～0.6倍；箭头状三角的两翼与连通两个箭头状三角的笔直微流道之间，形成的尖锐夹角定义为
Figure BDA0003677782140000072
尖锐夹角
Figure BDA0003677782140000073
的设计值根据表面润湿理论和表面张力分析进行推演，满足
Figure BDA0003677782140000071
其中γGS为气固界面表面能，γSL为固液界面表面能，γGL为气液界面表面能，θc为液体在尖锐夹角边界保持稳定的极限接触角，发挥限制流体流动方向的作用，可用于阻止液体反向回归到流动起点，实现液体的快速定向流动。在连续的箭头状三角形成的沟槽之间，沟槽的最小间距L3约为箭头状三角截面宽度L2的0.5～0.6倍。
液体向尾端方向流动时，液体到达箭头状三角尾端与微流道形成的尖锐夹角处并与尖锐夹角接触；尖锐夹角提供的强剪应力将液体分开，迫使液体沿尖锐夹角两侧作快速的绕物运动；由于箭头状三角的两翼空间较少，大部分液体绕物运动之后流入与箭头状三角连通的笔直微流道中，在增强的毛细作用下，流入下一个箭头状三角空间；以此类推，液体持续进行快速流动的过程。
液体向箭头方向流动时，液体沿宽度逐渐缩小的流道做毛细流动，进入连接上一个箭头状三角空间的笔直微流道中，并到达笔直微流道与上一个箭头状三角空间尾端形成的尖锐夹角边界处。由于液体的表面张力，此处尖锐夹角边界对液体流动形成限制。根据表面润湿理论和表面张力分析，液体需要持续进行体积做功、并使接触角增大到某个极限阈值后，方可突破尖锐夹角限制，进一步流入上一个箭头状三角空间中。由于液体整体流动方向朝向箭头状三角的尾端，尖锐夹角边界处的液体接触角将无法通过体积做功达到该极限阈值，因此实现了限制液体定向流动的流动行为控制。
实施例2具有微纳表面结构的层析膜制备
S1、将平整的铝板送入激光打标机，在50mm/s的速度下连续打标2个周期。设备载入所述微纳表面结构的图纸，程序控制激光打标机在平整铝板表面构建微纳表面结构，得到表面带有所述微纳表面结构的层析膜；
S2、清洗步骤S1得到的所述层析膜，并开展亲水化和功能化处理。具体做法是，用氧气作为气体源，对所述层析膜进行等离子体处理，得到亲水化的微纳表面结构层析膜。
实施例3具有微纳表面结构的层析膜制备
S1、将平整的聚苯乙烯(PS)薄膜加热至熔融温度，及时将用于制作所述微纳表面结构的模具压至平整PS薄膜表面，加热温度为150℃；
S2、保持模具对PS薄膜的印制，维持2s，印制压力不超过30kPa；
S3、印制结束后，将PS薄膜与模具冷却至室温；
S4、待PS薄膜恢复硬度后，分离PS薄膜与模具，即可制得所述的表面带有所述微纳表面结构的层析膜。
S5、所述层析膜进行亲水化和功能化处理。具体做法是，首先将压缩空气作为气体源，对带有仿生结构的新型层析膜进行等离子体处理；随后马上加入聚乙二醇水溶液，加热数小时；取出后纯水快速冲洗，得到亲水化的微纳表面结构层析膜。
实施例4具有微纳表面结构的层析膜制备
S1、将平整的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜加热至熔融温度，及时将用于制作微纳表面结构的模具压至平整PMMA薄膜表面，加热温度为165℃；
S2、保持模具对PMMA薄膜的印制，维持2s，印制压力不超过30kPa；
S3、印制结束后，将PMMA薄膜与模具冷却至室温；
S4、待PMMA薄膜恢复硬度后，分离PMMA薄膜与模具，即可制得所述的表面带有所述微纳表面结构的层析膜；
S5、将上述步骤制备得到的层析膜进行亲水化和功能化处理。具体做法是，首先将压缩空气作为气体源，对所述层析膜进行等离子体处理；随后马上加入丙烯酸聚氨酯水溶液，加热数小时；取出后纯水快速冲洗，得到亲水化的微纳表面结构层析膜。
实施例5具有微纳表面结构的免疫层析试纸
本实施例提供的具有微纳表面结构的免疫层析试纸条包括支撑底板、层析膜、结合垫、吸水垫、样品垫；其中，层析膜采用本发明实施例2～4制备的，其支撑底板、结合垫、吸水垫和样品垫等均可通过市售买到。层析膜直接固定在支撑底板表面，在层析膜两端分别放置吸水垫和结合垫；吸水垫、结合垫与层析膜部分重叠，其余部分与支撑底板表面固定；在结合垫的另一端，放置样品垫，样品垫与结合垫部分重叠，其余部分与支撑底板表面固定。
在层析膜表面设有捕获待测蛋白质分子的抗原或抗体，并以此形成免疫结合区域，应用于快速免疫检测中。
上述免疫层析试纸的组装方法为：将层析膜粘合固定在粘性支撑底板表面，在层析膜两端分别放置吸水垫和结合垫；吸水垫、结合垫与层析膜重叠的长度为2～4mm，其余部分与粘性支撑底板表面粘合、固定；在结合垫的另一端，放置样品垫，样品垫与结合垫重叠的长度为2～4mm，其余部分与粘性支撑底板表面粘合固定。其中，试纸条的宽度约为2.0～5.0mm，样品垫的长度约为1.5～2.0cm，结合垫的长度约为1.0～1.5cm，层析膜的长度约为2.0～5.0cm，吸水垫的长度约为1.5～2.5cm。
在使用免疫层析试纸时，需将样本溶液体添加在样品垫上；经毛细流动后，样本溶液充分渗入结合垫，释放结合垫上的标记抗体并与样本溶液中的待测样本结合；同时，样本溶液浸润结合垫与层析膜的重叠部分，此时，层析膜表面的微纳表面结构将牵引样本溶液、使其从结合垫中释放，并继续沿层析膜向前流动；液体流动过程中，样本溶液与层析膜中部的免疫结合区域逐一充分接触，完成免疫反应；最后，样本溶液到达流动终点，即吸水垫。在吸水垫的吸水作用下，最终使所有(或大部分)携带检测物的样本溶液流经免疫结合区域。此时，免疫层析反应过程结束。通过多种手段对所述层析膜表面的检测信号进行判读，即可获取实时检测结果。
对比例1
本对比例提供实施例2中制备得到的亲水化的微纳表面结构层析膜与常用的试纸商品上原装的基于纤维丝的层析膜进行液体定向流动性能的对比。分别在两种层析膜的两侧加入5μL纯水，同时进行计时并观察流动情况。
液体定向流动的对比结果如图3所示，如图所示，在亲水化的微纳表面结构层析膜的流动终点滴加5μL纯水液滴，纯水液滴无法流动；维持6秒后，在所述层析膜的流动起点滴加5μL纯水液滴，在6秒内即可沿所述层析膜的表面结构快速流动超过2cm的距离。在上述过程中(11s)，在流动终点滴加的液滴始终保持无法流动的状态，表明所述层析膜对液滴产生了限制流动方向的作用。而在基于纤维丝的层析膜两端滴加的液滴，都出现了明显的流动行为。
综上所述，显然，本发明提供的层析膜拥有基于纤维丝的层析膜不具备的液体定向流动的能力。
对比例2
本对比例提供实施例3中制备得到的亲水化的微纳表面结构层析膜与试纸商品上原装的基于纤维丝的层析膜进行液体快速流动和牵引液体流动的性能对比。同时在两种层析膜的流动起点加入5μL红墨水，通过观察流动情况来比较液体快速流动性能。并在两种膜的流动起点各叠放1片玻璃纤维膜，同时向两片玻璃纤维膜加入等体积液体，观察流动情况比较牵引液体流动性能。
液体快速流动性能的对比结果如图4所示。由图可知，在3秒内，红墨水液滴可在本发明所述层析膜表面流动1cm距离；相对地，基于纤维丝的层析膜在相同时间内，流动距离约只有所述层析膜的2/3。
牵引液体流动性能的对比结果如图5所示。由图可知，在相同时间内，所述层析膜从叠放的玻璃纤维膜上释放、牵引液体流动的距离，显著大于基于纤维丝的层析膜。此外，将层析结束后的层析膜上残留红墨水的状态，与层析开始前的层析膜表面无液体的状态进行比较，以此对比所述层析膜与基于纤维丝的层析膜的流动牵引能力。由图可知，所述层析膜在层析前后的红墨水颜色差异，明显小于基于纤维丝的层析膜。
综上所述，显然，本发明提供的层析膜具有如下优势：1)液体流动速度明显优于基于纤维丝的层析膜；2)更容易将液体从叠放在层析膜表面的固定相中牵引到层析膜上；3)层析结束后，所述层析膜上的液体残留量更少。
实施例6新冠病毒核衣壳蛋白的检测
采用实施例4中制备得到的层析膜制备免疫层析试纸条用于新冠病毒核衣壳蛋白的检测，具体方法如下所示：
1、亲水纤维层的涂覆：
为了满足抗原-抗体结合的需要，在所述层析膜表面增设亲水三维基底，以提高捕获抗体的载量。捕获抗体用于捕获样本溶液中的待测新冠病毒核衣壳蛋白。
先用二甲基亚砜-丙酮溶液溶解醋酸纤维素粉末，并加入丙烯酸聚氨酯作为亲水添加剂，制成制膜液；将制膜液涂覆在实施例4中制备得到的亲水化的微纳表面结构层析膜表面，随后马上浸入水中。此时，含有醋酸纤维素的制膜液会在亲水化的微纳表面结构表面快速成型，并嵌入到微纳表面结构中。至此，制得表面微纳表面结构上固定有亲水纤维层的亲水层析膜。
2、核衣壳蛋白抗体在层析膜上的固定化：
取1-2μL交联剂浸润上述步骤1中亲水层析膜的亲水纤维层上，并立即加入1-2μL核衣壳蛋白抗体(采购自菲鹏生物股份有限公司)。37℃反应过夜，完成亲水纤维层交联核衣壳蛋白抗体的过程。
3、将上述步骤2中固化后的层析膜3粘合固定在粘性支撑底板5表面，其中，将嵌入在层析膜的亲水纤维层31作为免疫结合区域。
4、在固定了层析膜的支撑底板5表面上，在层析膜3两端分别放置吸水垫4、固载了标记抗体的结合垫2；其中，吸水垫4、结合垫2与层析膜3重叠的长度为2-3mm，其余部分与粘性支撑底板5表面粘合、固定。
4、在结合垫的另一端，放置样品垫1，样品垫1与结合垫2重叠的长度为2-3mm，其余部分与粘性支撑底板5表面粘合、固定。
5、新冠病毒核衣壳蛋白的检测
在缓冲溶液介质中，将所述核衣壳蛋白抗体稀释至工作浓度，配制成模拟样本溶液。在所述层析试纸样品垫上滴加模拟样本溶液，等待溶液在所述层析试纸上完成层析流动，5分钟后读取检测结果。
检测结果如图6所示，采用本发明提供的亲水化的微纳表面结构层析膜制备得到的试纸条能应用于层析检测中，且能够提供正确的阳性结果。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有微纳表面结构的层析膜，其特征在于，所述层析膜的表面具有由一系列平行排布的对称沟槽组成的微纳表面结构；所述沟槽由连续的箭头状三角组成，箭头状三角通过笔直微流道首尾连通，笔直微流道与箭头状三角尾端的连接处之间存在尖锐夹角
Figure FDA0003677782130000011
形成箭头状三角的两翼；
所述箭头状三角的轴向长度为截面宽度的5～10倍，箭头状三角的截面宽度控制在微米尺度水平；
所述尖锐夹角
Figure FDA0003677782130000012
其中γGS为气固界面表面能，γSL为固液界面表面能，γGL为气液界面表面能，θc为液体在尖锐夹角边界保持稳定的极限接触角；优选地尖锐夹角
Figure FDA0003677782130000013
大小10°～20°。
2.根据权利要求1所述层析膜，其特征在于，其微纳表面结构的箭头状三角的轴向长度L1为100～2000μm；箭头状三角的截面宽度L2为20～400μm；笔直微流道长度为箭头状三角轴向长度L1的0.5～0.6倍；每条箭头状三角形沟槽的最小间距L3为箭头状三角截面宽度L2的0.5～0.6倍。
3.权利要求1或2所述层析膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过激光切割、精密机械加工、光刻或热压成型方式，在金属或塑料材料的平整表面制造权利要求1所述微纳表面结构，得到具有所述微纳表面结构的层析膜；
或在材料的平整表面制造权利要求1所述微纳表面结构的反结构，得到具有权利要求1所述微纳表面结构的反结构的制造模具；再将热塑性或热固性材料固相薄膜加热至熔融温度，将微纳表面结构的反结构的制造模具压至固相薄膜表面，并在一定压力下保持模具对固相薄膜的印制，维持一段时间；印制结束后，将固相薄膜与模具进行冷却，分离固相薄膜与模具，得到具有所述微纳表面结构的层析膜；
S2、将步骤S1中得到具有微纳表面结构的层析膜，进行亲水化和功能化处理，得亲水化的微纳表面结构的层析膜。
4.根据权利要求3所述的层析膜制备方法，其特征在于，所述金属材料为铝型材、铜板、铁板、合金板中一种；塑料材料为聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯中一种。
5.根据权利要求3所述的层析膜制备方法，其特征在于，所述热塑性或热固性材料聚二甲基硅氧烷、聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等的其中一种。
6.根据权利要求5所述的层析膜制备方法，其特征在于，步骤S1中印制压力为1～300kPa；印制时间为2～200s。
7.权利要求1或2所述层析膜在制备层析试纸中的应用。
8.一种具有微纳表面结构的层析试纸，其特征在于，包括权利要求1或2所述层析膜。
9.根据权利要求8所述层析试纸，其特征在于，还包括层析试纸其他组件。
10.权利要求1或2所述层析膜或权利要求8或9所述层析试纸在液体流动、层析、免疫检测、核酸检测、生物颗粒检测方面的应用。
CN202210623495.8A 2022-06-02 2022-06-02 一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸 Pending CN114966003A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210623495.8A CN114966003A (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210623495.8A CN114966003A (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114966003A true CN114966003A (zh) 2022-08-30

Family

ID=82959929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210623495.8A Pending CN114966003A (zh) 2022-06-02 2022-06-02 一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114966003A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115856284A (zh) * 2022-12-15 2023-03-28 西交利物浦大学 一种具有仿生流道的层析试纸条及其应用

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115856284A (zh) * 2022-12-15 2023-03-28 西交利物浦大学 一种具有仿生流道的层析试纸条及其应用
CN115856284B (zh) * 2022-12-15 2023-11-28 西交利物浦大学 一种具有仿生流道的层析试纸条及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108414773B (zh) 一种微流控检测芯片及其制备方法、固定装置和离心式检测装置
Delamarche et al. Microfluidics for processing surfaces and miniaturizing biological assays
US9588027B2 (en) Mixing of fluids in fluidic systems
Hartwell et al. Flow based immuno/bioassay and trends in micro-immuno/biosensors
CN107828651B (zh) 一种用于单细胞微液滴样品制备的微流控芯片
Dziomba et al. Solid supports for extraction and preconcentration of proteins and peptides in microfluidic devices: A review
JP2013515953A (ja) 診断用ゲル組成物、前記診断用ゲル組成物の製造方法
Tu et al. Development of micro chemical, biological and thermal systems in China: a review
CN114966003A (zh) 一种具有微纳表面结构的层析膜及层析试纸
JPWO2015083829A1 (ja) バルブ、流体制御構造、流体デバイス及びバルブの製造方法
JP5661795B2 (ja) 診断用素子、及び診断用素子を含む診断装置
CN114367321A (zh) 基于编码微球的可复用多指标微流控检测系统及使用方法
JP2017078664A (ja) 免疫学的測定デバイス
TW200842350A (en) A novel method and control devices for changing wettability on solid surface by electric or magnetic field
CN113804658B (zh) 微流控流道结构、检测系统及其使用方法
CN116712752A (zh) 一种具有流体二极管结构的层析膜及多指标免疫层析试纸
CN220590063U (zh) 一种具有试剂预存功能用于化学发光检测的微流控芯片
CN114621477B (zh) 一种基于表面液体单向流动的免疫层析膜及其制备方法和应用
Cheng et al. In-vitro diagnostic devices: introduction to current point-of-care diagnostic devices
KR101412777B1 (ko) 다성분 동시 정량 분석용 측방 유동 디바이스
CN212275775U (zh) 微流控检测结构及包括该结构的微流控检测卡和离心式免疫检测盘
JP5579871B2 (ja) 診断用素子の製造方法及びその使用方法
TWI726945B (zh) 一種加速在有孔性材質上均勻反應之方法與設備
CN114260036B (zh) 一种基于惯性聚焦分选的微流控芯片
CN109985681A (zh) 一种微液滴产生装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination