CN115078706A - 一种磁微粒化学发光免疫检测系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁微粒化学发光免疫检测系统，具有：电极芯片，其用于通过电润湿作用移动配置在该电极芯片上的样品和试剂；固定单元，其用于固定所述试剂中的磁微粒的位置；光学检测单元，其用于检测所述磁微粒上的发光反应。本公开可以与市面上常规的磁微粒化学发光免疫检测试剂盒兼容，并避免人为误差，减少人工时间成本的同时提高了检测的准确率和效率。该系统空间体积小，检测速度快，可用于现场快速检测。而且使用的试剂体系小，能够明显减少对于试剂的消耗。还可以针对不同的需求进行合理地扩增设计，实现更大规模的免疫检测流程，而不必受限于传统的96孔板的结构和布局设计。

Description

一种磁微粒化学发光免疫检测系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体而言，涉及一种磁微粒化学发光免疫检测系统及其使用方法。

背景技术

化学发光免疫测定(Chemiluminescent Immunoassay,CLIA)是将具有高灵敏度的化学发光测定技术与高特异性的免疫反应相结合，用于各种抗体、抗原、酶、等的检测和分析技术。由于其灵敏度高、选择性好等优点而受到广泛的应用。现在化学发光免疫分析仪已经成为临床免疫学检验中不可或缺的检测设备。

化学发光免疫分析分析仪是通过检测患者血清，对人体进行各种免疫分析的一种医学检验仪器。检测方法是将一定量的患者血清，加入到带有固相化包被抗体的白色96孔板中，患者血清中的待测分子，与微孔板孔壁上包被的抗体或抗原进行反应，结合在固相载体(微孔板孔底)上，结合反应后分离洗去未结合的待测分子。然后将酶标记的第二抗体再加入孔板中，与待测分子结合后，再次进行清洗，最后加入发光底物，反应结合物在反应剂激发下会生成处于激发态的中间体，当这种激发态中间体回到稳定的基态时，同时发射出光子，采用光子计数仪测量该光信号。光子信号测试仪器是将96孔板置于测试仪的托盘上，利用三轴系统传动，光子传感器测出各微孔的光子数值。通过检测标准品建立的数学模型，对患者血清中的待测分子浓度进行定性或定量分析，为临床诊断提供可靠的依据。

目前市面上全自动化学发光免疫分析仪器一般采用磁微粒化学发光免疫分析夹心法，其检测原理如下：将抗体包被的磁微粒、样本和酶标记的抗体加到反应管中，孵育后，样本中抗原的不同位点分别于磁微粒上的抗体和酶标记的抗体结合，形成夹心复合物，结合在磁微粒上的物质被磁场吸引，而未结合的物质被冲洗除去，然后将化学发光底物添加到反应管内，发光底物在酶的催化作用下产生化学发光，所产生的光子量与样本中的抗原浓度成正比。全自动化学发光仪能够实现自动取样加样、自动洗涤分离、自动温育、自动检测、自动计算，最终输出免疫分析医学报告单。仪器测试速度快，重复性好，批次之间差异小。大大提高了工作效率，避免了手工操作的误差，从而提高了测试的准确性。但是体积庞大，试剂消耗量大等问题依然存在。

发明内容

因此，本公开的目的是针对上述问题中至少一个，提供一种磁微粒化学发光免疫检测系统及其使用方法，能够减少在进行CLIA流程操作时的人为误差、人工时间成本和试剂的消耗，同时提高了检测的准确率和效率。

在第一方面，本公开涉及一种磁微粒化学发光免疫检测系统，具有电极芯片，其用于通过电润湿作用移动配置在该电极芯片上的样品和试剂；固定单元，其用于固定所述试剂中的磁微粒的位置；光学检测单元，其用于检测所述磁微粒上的发光反应。

由于市面上的全自动化学发光免疫分析仪的体积大，而且试剂消耗量高。为了解决该问题，本公开提供了一种将微流控芯片、固定单元和光学检测单元结合的磁微粒化学发光免疫检测系统。通过程序设计控制微流控芯片的电极有序的开闭，可以使配置在微流控芯片上的样品和试剂可以在电润湿的作用下在微流控芯片上实现移动以及混合，通过固定单元将带有磁微粒的试剂(如抗体包被的磁微粒试剂)中的磁微粒吸附住，保持其位置固定，再次利用电润湿作用将磁微粒与剩余的混合液分离，此时由于磁微粒被吸附，因此不会受电润湿作用影响而一同被转移。在磁微粒上的反应流程完成后，此时的磁微粒上结合有发光底物，并且在反应剂激发下会生成处于激发态的中间体，当这种激发态中间体回到稳定的基态时，同时发射出光子，采用光学检测单元(如光子计数仪)对其进行光信号的检测，便可以根据光信号的大小对前述反应进行定性或定量的判断。

在一些可能的实施方式中，所述电极芯片包括试剂区、样品区、反应区和连通所述试剂区、样品区、反应区的通路，所述试剂区、样品区、反应区和通路均为电极分布区域，使得所述试剂和样品在电润湿作用下在电极分布区域上移动。

在一些可能的实施方式中，所述反应区内配置有固定位点，其用于与所述固定单元配合将所述试剂中的磁微粒的固定于所述固定位点处。将固定位点设置在反应区内，可以在样品和试剂混合后原位进行孵育、清洗和检测，避免在反应完成后还需要移动磁微粒等操作过程。

在一些可能的实施方式中，还包括具有盖板，所述盖板和电极芯片之间具有间隙用于容纳和移动所述样品和试剂，所述间隙的大小由间隙控制结构控制。本公开的磁微粒化学发光免疫检测系统针对不同的检测需求进行合理地扩增设计用于实现更大规模的免疫检测流程，因此盖板和基板之间的间隙的大小需要根据实际情况由间隙控制结构进行调整。

在一些可能的实施方式中，所述盖板上还配置有排气孔和进样孔。该排气孔用于平衡所述盖板和电极芯片之间的间隙与外界的压力，进样孔是为了方便将试剂和样品注入至特定的区域。

在一些可能的实施方式中，所述反应区的电极被配置为回字形，所述固定位点位于所述反应区内。通过将反应区的电极设置为回字形，可以通过控制实现如下操作：在所述磁微粒被固定于所述固定位点后，通过电润湿作用控制所述混合液移动并混匀，再向所述固定位点所在电极两侧的电极通电、同时使所述固定位点所在电极不通电，使得所述混合液在电润湿作用下移出所述固定位点所在电极与被固定的所述磁微粒分离。前述过程可降低磁微粒的流失和液体残留，进而减少洗涤次数以提高洗涤效率。

在一些可能的实施方式中，所述固定单元为由直线升降机控制的磁铁。磁铁可位于配置有电极芯片的下方，通过直线升降电机控制磁铁与电极芯片的距离调整对固定位点处的磁微粒的吸附力大小，进而实现对磁微粒的位置的控制，磁铁上升极限高度为电极芯片的下表面，下降高度可根据具体实际情况设置。

在第二方面，本公开涉及一种磁微粒化学发光免疫检测方法，该方法包括：提供前述磁微粒化学发光免疫检测系统；

通过电润湿作用控制所述样品和试剂在所述电极芯片上移动并混匀，将混匀后获得的混合液中的磁微粒固定并对该磁微粒进行清洗，在清洗完成后对所述磁微粒进行发光检测。

在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在所述磁微粒被固定于所述固定位点后，通过电润湿作用控制所述混合液移动并混匀，再向所述固定位点所在电极两侧的电极通电、同时使所述固定位点所在电极不通电，使得所述混合液在电润湿作用下移出所述固定位点所在电极与被固定的所述磁微粒分离。

在一些可能的实施方式中，该方法包括：

将酶标抗体试剂、发光底物试剂、清洗缓冲液、抗体包被的磁微粒试剂和样品注入所述盖板和电极芯片之间的空隙内；

将酶标抗体试剂、抗体包被的磁微粒试剂与样品转移至所述反应区混匀形成混合液并孵育；

将磁铁配置在所述固定位点下方使得所述磁微粒被吸附于该固定位点，再利用电润湿作用将混合液与该磁微粒分开；

保持所述磁微粒被所述磁铁吸附，将清洗缓冲液转移至所述反应区对所述磁微粒进行洗涤，并在洗涤完成后利用电润湿作用将所述清洗缓冲液与该磁微粒分开；

将发光底物试剂转移至所述反应区与洗涤后的磁微粒混匀，获得磁微粒混合物；

通过光学检测单元检测获得的所述磁微粒混合物的发光强度。

从以上技术方案可以看出，本公开具有以下优点：

1.本公开可以与市面上常规的磁微粒化学发光免疫检测试剂盒兼容，并避免进行CLIA流程操作时的人为误差，减少人工时间成本的同时提高了检测的准确率和效率。

2.本公开提供的磁微粒化学发光免疫检测系统空间体积小，检测速度快，可用于现场快速检测。

3.本公开提供的磁微粒化学发光免疫检测系统所使用的试剂体系小，相较市面上的全自动化学发光仪，能够明显减少对于试剂的消耗。

4.本公开提供的磁微粒化学发光免疫检测系统可以针对不同的需求进行合理地扩增设计，实现更大规模的免疫检测流程，而不必受限于传统的96孔板的结构和布局设计。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本公开一个实施例的微流控芯片的纵向截面示意图；

图2为本公开一个实施例的电极芯片和盖板的配合示意图；

图3为本公开一个实施例的盖板的平面示意图；

图4为本公开一个实施例的电极芯片的平面示意图；

图5为本公开一个实施例的固定单元与微流控芯片的组合示意图；

图6为本公开一个实施例的试剂和样品在电极芯片上的分布示意图；

图7为本公开一个实施例的试剂和样品混合的示意图；

图8为本公开一个实施例的混合液的液体操控示意图；

图9为本公开一个实施例的磁微粒与混合液分离的示意图；

图10为本公开一个实施例的磁微粒与清洗缓冲液混合的示意图；

图11为本公开一个实施例的磁微粒与清洗缓冲液分离的示意图；

图12为本公开一个实施例的磁微粒与发光底物试剂混合的示意图；

图13为本公开一个实施例的反应原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本公开的优点：

本公开可以兼容市面上常规的磁微粒化学发光免疫检测试剂盒，可以大大的减少在进行CLIA流程操作时的人为误差、人工时间成本和试剂的消耗，同时提高了检测的准确率和效率。

本公开提供的系统和检测芯片体积小，检测速度快，可用于现场快速检测。

本公开通过对芯片电极和对应检测点的合理扩增设计，实现更多组的一对多、多对一和多对多的免疫检测反应，而不受限于96孔板的结构和布局设计。

本公开的实施例

一个实施例的磁微粒化学发光免疫检测系统的微流控芯片的结构如图1所示，微流控芯片包括基板1、电极芯片2、介电层3、疏水层4、上盖疏水层5、盖板6、间隙控制结构7、液体移动空间8。

具体地，基板1上配置有电极芯片2，电极芯片2上方还设置有介电层3和疏水层4，盖板6位于电极芯片2的上方与电极芯片2相对设置(如图2所示)。

盖板6上设置有多个注样孔10，用于将不同类型的试剂以及样品分别由该注样孔10注入到基板1和电极芯片2之间。盖板6上还设置有排气孔11，用于避免试剂在疏水层4和上盖疏水层5之间移动时产生气泡(如图3所示)。

盖板6的下表面配置有上盖疏水层5，疏水层4和上盖疏水层5能够使液体的移动更加流畅和平滑。疏水层4和上盖疏水层5之间具有间隙，即液体移动空间8，该液体移动空间8用于容纳待检测的试剂和样品等。根据不同的实验要求和目的，在同一微流控芯片上进行的实验组的数目会有差别，本实施例通过间隙控制结构7来调整液体移动空间8的大小以适应不同的要求。

一个实施例的电极芯片的平面结构如图4所示，包括废液区13，样本存储区14，反应检测区15，抗体包被的磁微粒试剂存储区16，清洗液存储区17，发光底物存储区18，酶标抗体试剂存储区19和固定位点20。

一个实施例的固定单元如图5所示，固定单元包括直线升降电机27和磁铁28。固定单元配置于电极芯片2的下方，在不需要对磁微粒进行位置固定时，直线升降电机27离电极芯片2较远，磁铁28不足以吸附磁微粒。当需要固定试剂中的磁微粒时，直线升降电机27上升，其上的磁铁28靠近固定位点20将磁微粒吸附于固定位点20处。磁铁28上升极限高度为基板1的下表面。其中，直线升降电机27上的磁铁28的数量可以根据电极芯片2上设置的反应检测区15的数量设置。

前述废液区13，样本存储区14，反应检测区15，抗体包被的磁微粒试剂存储区16，清洗液存储区17，发光底物存储区18，酶标抗体试剂存储区19分别与多个注样孔10相对应，不同的试剂或样品会注入至相应的区域内(图6)，各个区域是独立分布在电极芯片上的，再配置通路用于将各个区域连接起来。各个区域和通路均为电极的分布区，在电极通电后可利用电润湿作用并结合程序设计按照预设的顺序控制电极，实现控制电极分布区上的各种试剂的有序移动。

在本实施例中配置有5个反应检测区15，因此配置了5条与其他区域相连接的通路。具体地，5个反应检测区15并排设置，样本存储区14和废液区13位于反应检测区15的一侧，且样本存储区14位于废液区13与反应检测区15之间。抗体包被的磁微粒试剂存储区16、清洗液存储区17、发光底物存储区18和酶标抗体试剂存储区19位于反应检测区的另一侧。每个反应检测区的电极均配置为回字形电极，且位于中心的电极内配置有一固定位点20。但反应检测区15的数量并不限于5个，可据实际情况进行设置。

如图6～7所示，抗体包被的磁微粒试剂存储区16的抗体包被的磁微粒试剂24和酶标抗体试剂存储区19的酶标抗体试剂21在电润湿的作用下五等份后分别进入反应检测区15，与同样五等份后进入反应检测区15的样品25混合，反复移动至混合均匀后形成酶标抗体试剂21、抗体包被的磁微粒试剂24、样本试剂25的混合液26，孵育5分钟。

反应检测区15的电极如图8所示，S1-S5为实现磁微粒和混合液分离的操作过程，灰色代表给电电极。当混合液26孵育完成后，在电润湿作用下混合液26以固定位点20处附近反复移动，最终磁铁28将磁微粒吸附于固定位点。具体地，先向固定位点20所在的电极和该固定位点20一侧的电极通电，后向固定位点20所在的电极和该固定位点20另一侧的电极通电，使固定位点20与混合液充分混合，然后仅向固定位点20所在的电极通电，使含有磁微粒的混合液26停留在固定位点20所在的电极上。再控制磁铁28上升并对混合液26中的磁微粒产生吸附力，使磁微粒固定于固定位点20处，同时向该固定位点20两侧的电极通电而不向固定位点20所在的电极通电，使得磁微粒与混合液26发生分离。该过程可明显降低磁微粒的流失和液体残留，进而减少洗涤次数提高洗涤效率。

剩余混合液26在与磁微粒分离后受电润湿作用影响，由反应检测区15转移至废液区13中(图9)，剩余微量混合液26的液体残留与磁微粒混合物29。再控制清洗缓冲液23移动至反应检测区15内用于清洗磁微粒混合物29，清洗完成后磁铁28将磁微粒吸附于固定位点20并将废液移至废液区13(图10～11)，剩余微量清洗缓冲23液体残留与磁微粒混合物29。实际操作时，根据实际情况将该清洗步骤重复2～3次。将发光底物试剂22转移至反应检测区15内与磁微粒混合物29混合，并反复移动以致混合均匀，形成磁微粒与发光底物混合物32(图12)。等待该混合物32反应五分钟，利用三轴系统传动光电倍增管，光子计数仪测量反应位点的光信号，通过光信号的大小对该磁微粒与发光底物混合物32中待测物质进行定性或定量的判断。

本公开的试剂反应原理示意如图13所示，其中33为抗体包被的磁微粒，34为样本中的待测物，35为酶标抗体，36为发光底物。

本公开还涉及一种磁微粒化学发光免疫检测方法，该方法包括：提供前述磁微粒化学发光免疫检测系统；

通过电润湿作用控制所述样品和试剂在所述电极芯片上移动并混匀，将混匀后获得的混合液中的磁微粒固定并对该磁微粒进行清洗，在清洗完成后对所述磁微粒进行发光检测。

在一些可能的实施方式中，该方法还包括：在所述磁微粒被固定于所述固定位点后，通过电润湿作用控制所述混合液移动并混匀，再向所述固定位点所在电极两侧的电极通电、同时使所述固定位点所在电极不通电，使得所述混合液在电润湿作用下移出所述固定位点所在电极与被固定的所述磁微粒分离。

在一些可能的实施方式中，该方法包括：

将酶标抗体试剂、发光底物试剂、清洗缓冲液、抗体包被的磁微粒试剂和样品注入所述盖板和电极芯片之间的空隙内；

将酶标抗体试剂、抗体包被的磁微粒试剂与样品转移至所述反应区混匀形成混合液并孵育；

将磁铁配置在所述固定位点下方使得所述磁微粒被吸附于该固定位点，再利用电润湿作用将混合液与该磁微粒分开；

保持所述磁微粒被所述磁铁吸附，将清洗缓冲液转移至所述反应区对所述磁微粒进行洗涤，并在洗涤完成后利用电润湿作用将所述清洗缓冲液与该磁微粒分开；

将发光底物试剂转移至所述反应区与洗涤后的磁微粒混匀，获得磁微粒混合物；

通过光学检测单元检测获得的所述磁微粒混合物。

尽管已经通过优选实施例进一步详细说明和描述了本发明，但是本发明不限于所公开的示例，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围的情况下从其中得出其他变型。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，具有：

电极芯片，其用于通过电润湿作用移动配置在该电极芯片上的样品和试剂；

固定单元，其用于固定所述试剂中的磁微粒的位置；

光学检测单元，其用于检测所述磁微粒上的发光反应。

2.根据权利要求1所述的磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，所述电极芯片包括试剂区、样品区、反应区和连通所述试剂区、样品区、反应区的通路，所述试剂区、样品区、反应区和通路均为电极分布区域，使得所述试剂和样品在电润湿作用下在电极分布区域上移动。

3.根据权利要求2所述的磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，所述反应区内配置有固定位点，其用于与所述固定单元配合将所述试剂中的磁微粒固定于所述固定位点处。

4.根据权利要求2所述的磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，还具有盖板，所述盖板和电极芯片之间具有间隙用于容纳和移动所述样品和试剂，所述间隙的大小由间隙控制结构控制。

5.根据权利要求4所述的磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，所述盖板上还配置有排气孔和进样孔。

6.根据权利要求2所述的磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，所述反应区的电极被配置为回字形，所述固定位点位于所述反应区内。

7.根据权利要求1所述的磁微粒化学发光免疫检测系统，其特征在于，所述固定单元为由直线升降机控制的磁铁。

8.一种磁微粒化学发光免疫检测方法，其特征在于，该方法包括：

提供如权利要求1～7任一所述磁微粒化学发光免疫检测系统；

通过电润湿作用控制所述样品和试剂在所述电极芯片上移动并混匀，将混匀后获得的混合液中的磁微粒固定并对该磁微粒进行清洗，在清洗完成后对所述磁微粒进行发光检测。

9.根据权利要求8所述的磁微粒化学发光免疫检测方法，其特征在于，该方法还包括：在所述磁微粒被固定于所述固定位点后，通过电润湿作用控制所述混合液移动并混匀，再向所述固定位点所在电极两侧的电极通电、同时使所述固定位点所在电极不通电，使得所述混合液在电润湿作用下移出所述固定位点所在电极与被固定的所述磁微粒分离。

10.根据权利要求9所述的磁微粒化学发光免疫检测方法，其特征在于，该方法包括：

将酶标抗体试剂、发光底物试剂、清洗缓冲液、抗体包被的磁微粒试剂和样品注入所述盖板和电极芯片之间的空隙内；

将酶标抗体试剂、抗体包被的磁微粒试剂与样品转移至所述反应区混匀形成混合液并孵育；

将磁铁配置在所述固定位点下方使得所述磁微粒被吸附于该固定位点，再利用电润湿作用将混合液与该磁微粒分开；

保持所述磁微粒被所述磁铁吸附，将清洗缓冲液转移至所述反应区对所述磁微粒进行洗涤，并在洗涤完成后利用电润湿作用将所述清洗缓冲液与该磁微粒分开；

将发光底物试剂转移至所述反应区与洗涤后的磁微粒混匀，获得磁微粒混合物；

通过光学检测单元检测获得的所述磁微粒混合物的发光强度，进而判定待测物的浓度。

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