CN115112640A - 一种检测系统和检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种采用免疫层析法的检测系统和检测方法，所述检测系统包括侧向横流的试纸和孵育管，孵育管内包含有与被分析物特异性结合的标记物。本发明所述检测系统和检测方法可以提升产品的灵敏度和操作空间，且可以实现多重检测。

Description

一种检测系统和检测方法
技术领域
本发明属于生物检测技术领域，特别涉及检测试纸的结构和检测试纸的制备方法，以及检测方法。
背景技术
严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARS-CoV-2)是一种包膜非片段阳性RNA病毒，研究发现，SARS-CoV-2S蛋白的RBD与人ACE2受体有强烈的相互作用，导致细胞内吞进入深部肺的宿主细胞，病毒复制。感染SARS-CoV-2会引发免疫反应，免疫反应的结果是在血液中产生具有中和病毒的中和抗体。中和抗体是免疫系统产生的一种保护性抗体，能够识别并阻止病原体结合到宿主细胞上，发挥保护效应。对于新冠来说，新冠中和抗体就是竞争结合病毒表面S蛋白，阻断S蛋白阻止病毒侵入细胞的抗体。中和抗体作为有抗病毒活性的抗体，仅占抗病毒抗体中的少部分。疫苗接种被公认为是控制病毒流行最经济、有效的方法。为应对新冠疫情，世界各国在加紧研制使人产生中和抗体的新冠疫苗，使接种者产生中和抗体以抵御病毒。
疫苗接种后如何准确快速评价接种效果，一直是科学家研究的重点。传统的PNRT、CPE和假病毒中和实验是病毒疫苗评价中最常用的中和抗体检测方法，虽然这些传统的中和抗体检测的方法学可靠，但是操作步骤严苛，标准化过程要求严格，耗时长，效率低，通常需要2-4天才能完成评估。这给大规模开展人群接种效果评价带来很大不便。因此，迫切需要一种简单快速的替代方法，以适用于大规模人群保护性抗体的评估。基于此，一款小型化、方便携带、方便操作、成本低且可以即时检测中和抗体的检测方法亟待开发。
侧向横流检测试纸(Lateral Flow Test Strip)是目前常用的即时检测产品，是利用层析原理实现样品在试纸上的传递并获得检测结果。侧向横流检测试纸一般包括支撑板，在支撑板上从上游到下游依次相互叠加的粘附有加样垫、标记结合物释放垫(可简称标记垫)、检测垫和吸水垫。标记垫上包括能与被分析物结合的标记物，例如标记了抗原或抗体的乳胶、胶体金、荧光微球等。检测垫上一般设有检测线和参照线。根据反应原理的不同，随着样本在试纸上的流动，标记物会在检测线上聚集或不聚集。根据标记物的信号，例如颜色信号或荧光信号，判断被分析物是否存在或其浓度。参照线可用于判断试纸是否有效、仪器读取检测结果时的定位等作用。侧向横流检测试纸常会出现灵敏度偏低的情况，如何提高灵敏度，以更好地利用侧向横流检测试纸实现中和抗体或其他被分析物的评估，也是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种检测系统，包括侧向横流的试纸和孵育管，孵育管内包含有与被分析物特异性结合的标记物。
进一步的，所述试纸安装在测试板中。
进一步的，孵育管和测试板为检测系统中相互独立设置的两个装置。
进一步的，孵育管安装在测试板上。
进一步的，试纸从上游至下游依次包括相互层叠的加样垫、检测垫和吸收垫。
进一步的，所述试纸还包括导流垫，所述导流垫位于加样垫和检测垫之间。
进一步的，所述试纸不含有能与被分析物特异性结合的标记物。
本发明还提供了一种检测被分析物的检测方法，采用本发明所述检测系统；检测步骤包括，将样品加入孵育管中，形成样品与标记物的复溶物，孵育；将经孵育后的复溶物添加到试纸上；根据试纸上检测线得出检测结果。
进一步的，将样品加入孵育管内时，将缓冲液加入孵育管中，或者在复溶物添加到试纸上时，加入缓冲液。
进一步的，所述被分析物为所述的被分析物可以是抗原、抗体或DNA/RNA核酸适配体。
本发明还提供了一种检测系统的制备方法，包括制备检测试纸和带有标记物的孵育管。
进一步的，标记物以干燥试剂、液态试剂、粉末状试剂或凝胶状试剂的形态存放在孵育管内。
进一步的，标记物以烘干或冻干的方式制备在孵育管内。
进一步的，标记物上的标记颗粒选自乳胶、胶体金、荧光素、量子点、上转换荧光纳米颗粒。
进一步的，检测试纸从上游至下游依次包括相互层叠的加样垫、检测垫和吸收垫。
进一步的，所述试纸还包括导流垫，所述导流垫位于加样垫和检测垫之间。
进一步的，所述试纸上不包括标记物。
进一步的，所述试纸安装在测试板中。
进一步的，孵育管和测试板为检测系统中相互独立设置的两个装置。
进一步的，孵育管安装在测试板上。
本发明将标记物从试纸的标记垫转移至试纸之外的孵育管中，让其在试纸之外与样品一起孵育，这样的操作能大大提升产品的灵敏度和准确性。和现有技术中带有标记垫的试纸相比，可以降低试纸的要求以及简化试纸的组装工序。可以实现多重检测，不仅方便操作，也可减少因通过标记垫混合不同复合物后产生的交叉影响，影响检测的准确性。
附图说明
图1本发明检测系统，测试板和孵育管连接分开独立设置。
图2本发明所述测试板的分解图。
图3本发明所述不带导流垫的试纸示意图。
图3-1本发明所述带有多条检测线的试纸示意图。
图3-2本发明仅包括测试线的试纸示意图。
图4本发明所述带有导流垫的试纸示意图。
图5利用本发明的检测系统，进行样品分析的操作步骤。
图5-1利用本发明的检测系统，进行样品分析的另一种操作步骤。
图6本发明的检测系统，测试板和孵育管组装在一起。
图7是图6另一个角度的示意图。
图8孵育管未安装在测试板上的示意图。
图9孵育管一个角度的示意图。
图10孵育管的上部开口示意图。
图11孵育管旋转后的示意图。
图12测试板测试结果与色卡比对的示意图。
具体实施方式
如图1所示的利用免疫层析法的检测系统，包括测试板100和独立于测试板的孵育管200。测试板包括壳体和容纳在壳体内的试纸。如图2、图3和图3-1所示，壳体包括上盖111和下板112，上盖和下板相互扣合，将试纸120扣合在所述壳体内。壳体的上盖开设有加样孔101和观察窗102。试纸120、120a为侧向横流形式的检测试纸，从上游至下游依次包括相互层叠的加样垫121、检测垫122和吸收垫123。所述相互层叠是指加样垫的一端与检测垫一端部分重叠；吸收垫的一端与检测垫另一端部分重叠。在一些优选的方案中，试纸还包括底卡124，所述加样垫、检测垫和吸收垫粘贴在所述底卡上，以增加试纸的刚性。如图4所示的试纸120b，其与图3所示试纸基本相同，只是在加样垫和检测垫之间还设有导流垫125。在一个实施例中，导流垫上没有试剂，即为空白垫。
检测垫122上设有检测线301，检测线上包括能与被分析物特异性结合的试剂，或与标记物特异性结合的试剂。根据检测项目的不同，检测垫上可以包括多条检测线，如图3-1所示的试纸120a，包括检测线301a、301b、301c和301d。
根据检测的需要，在检测垫上还可以包括参照线302，参照线的作用包括但不限于，判断试纸是否有效；检测线呈现的颜色可以与参照线呈现的颜色比对，从而判断出是否存在被分析物，或仪器读取检测结果时的定位。所述试纸对样品的测定结果可以通过检测线和/或参照线给出的信号得出，例如但不限于以下方式：将检测线和/或参照线与配套的色卡进行比对；将检测线与参照线通过目测进行比对或通过仪器进行比对；根据试纸与样品接触前的检测线颜色与接触后的检测线颜色的变化进行判断；将检测线与试纸检测垫上的空白区进行目测比对或通过仪器进行比对，所述空白区是指检测垫上的非检测线和参照线的区域。
所述试纸120、120a、120b上并不包括能与被分析物特异性结合的标记物，所述标记物放置在孵育管200内。标记物可以预先存放在孵育管内；也可以在检测时，由操作者放入孵育管内。孵育管内的标记物可以以干燥试剂、液态试剂、粉末状试剂或凝胶状试剂等各种形态存放在孵育管内。标记物还可以预先处理在一种载体上后，再放入孵育管中，例如，将包含有标记物的试剂喷涂在玻纤上，待干燥后，将具有一定含量的玻纤放入孵育管内。当孵育管内预先存放了标记物试剂时，优选的，孵育管还包括一密封件，密封件可以是铝箔、塑料盖、塑料塑封等。如图1所示，孵育管200包括管身211、管内预装有标记物303，孵育管的管底是封闭的，孵育管的管口加盖了密封件212，例如用铝箔作为密封件。在一些实施例中，孵育管又可称为反应管。
如图5和图5-1所示的检测步骤中，取出孵育管的密封件，将样品先与孵育管内的标记物混合形成复溶物，然后将孵育管内的复溶物添加在试纸的加样垫上。根据反应原理的不同，随着样本在试纸上的流动，标记物会在检测线上聚集或不聚集。根据检测线上标记物的信号，例如颜色信号或荧光信号，判断被分析物是否存在或被分析物的浓度。
加样垫为吸水性材料制成，吸水性材料可选自玻璃纤维、聚脂膜、无纺布、聚醚砜或聚砜类等材质，优选薄膜材质。检测垫的材料选自硝酸纤维素、玻璃纤维、聚醚砜和尼龙等，优选硝酸纤维素膜。吸收垫为吸水性材料制成，例如选自滤纸等。底卡的材料可以是聚氯乙烯等疏水性材料制成，确保样品不能从底部支撑物中渗漏出去。孵育管为乙烯塑料、玻璃等可用于存放试剂的材料。
如图6至11所示的利用免疫层析法的检测系统，包括测试板100a和安装于测试板上的孵育管400。图6和7所示测试板与图1实例中的测试板基本相同，测试板内装有试纸。测试板100a和孵育管400可以一体成型，测试板100a和孵育管400也可以是独立的两个部件，经后期加工而组装在一起。如图8所示，测试板的加样孔101a处设有孵育管安装座103。如图9和10所示，孵育管为上端和底部均有开口401的管子，将孵育管的底部安装在加样座上。若孵育管400内预存有标记物303时，可以在孵育管的上开口和/或底部开口用密封件密封，待将向孵育管内添加样本时除去密封件。
样品在孵育管内孵育时，或者在将标记物和样品的混合物通过测试板的加样孔添加到加样垫之前，测试板上的孵育管底部开口并不与测试板的加样孔液体相通。只有在孵育完成并将孵育的混合物添加到加样垫上时，孵育管底部开口与测试板的加样孔液体相通，混合物经加样垫流至检测垫后完成检测。在一个设计方案中，孵育管底部开口用铝箔等密封件密封。将孵育管安装在测试板上后，孵育管底部开口即与测试板的加样孔是对齐，并通过铝箔密封件阻断两者的液体相通。待孵育完成，通过带尖头的利器将铝箔密封件戳破，让孵育管内的液体流入测试板。在另一个设计方案中，孵育管下端出口的外围安装有O型圈，将孵育管安装在测试板上后，孵育管底部开口并不与测试板的加样孔对齐，而是相互错开，并通过O形圈阻断孵育管出口与加样孔之间的液体流通。当转动孵育管后，使得孵育管底部开口与测试板加样孔对齐，释放出液体，进入测试板，到达加样垫。如图6和图11所示，将孵育管安装在测试板上后，孵育管底部开口并不与测试板的加样孔是对齐，而是相互错开，孵育管与加样孔之间液体不流通。待孵育完成，通过旋转孵育管400，孵育管从图6的孵育位置变动到图11所示的检测位置，此时孵育管的底部开口与测试板的加样孔对齐，孵育管内的液体流入测试板。
孵育管除了前面介绍的形式之外，还可以是离心管，并以离心管自带的盖子作为离心管管口的密封件。
在另一些实施例中，添加了能与被分析物特异性结合的标记物的孵育管管口不用密封件密封，例如将管口不带密封件的装有所述标记物的孵育管与试纸或测试板一起封装在铝箔袋中待用。
所述的被分析物可以是抗原、抗体或DNA/RNA核酸适配体。用于标记抗原，抗体或DNA/RNA核酸适配体核酸适配体的标记颗粒(标记试剂)，可以选自乳胶、胶体金、荧光素(荧光微球)、量子点、上转换荧光纳米颗粒等。
所述标记物是一种复合物，是能与被分析物特异性结合的物质和具有指示信号的标记颗粒结合所形成的复合物。例如，将特异性抗原，抗体或DNA/RNA核酸适配体用上述的标记试剂乳胶、胶体金、荧光素(荧光微球)、量子点、上转换荧光纳米颗粒等进行标记而形成的复合物，即为标记物。例如胶体金与抗原的复合物，即为标记物，简称为金标。
本发明所述设备和方法用于检测的临床样本，可以是血液(血清、血浆或全血)，也可以是尿液、脊髓液等临床样本，还可以是需要事先经过预处理的粪便等临床样本。
本发明所述检测系统，还可以采用试纸和孵育管组合的方式，所述试纸并不安装在测试板内。所述试纸为侧向横流形式的检测试纸，从上游至下游依次包括相互层叠的加样垫121、检测垫122和吸收垫123。试纸还包括底卡124，加样垫、检测垫和吸收垫粘贴在所述底卡上。试纸还可以包括不干胶的贴纸，分别覆盖住加样垫和吸收垫的上表面。在另一个实施方式的试纸，还可以包括导流垫，导流垫125设置在加样垫和检测垫之间。在一个实施例中，导流垫上没有试剂，即为空白垫。当样品与孵育管中标记物完成孵育后，将所述试纸直接放入孵育管中，使加样垫接触到孵育后的样品，或将孵育管中孵育后的样品滴加在试纸的加样垫上。孵育后的样品经加样垫流入检测垫完成检测，试纸上多余的样品被吸收垫吸收。
实施例1分析样品中SARS-COV-2中和抗体的检测系统和检测方法
一、检测反应原理：
在试纸的检测垫上包被有两条线，一条是检测线，其包被的是ACE-2抗原，另一条线是质控线(又可称为参照线)。检测垫的材料是NC膜。孵育管内为干燥的金标，其为胶体金和SARS-COV-2的S重组抗原的复合物，所述金标为标记物的一种。当样本中无中和抗体时，胶体金和S重组抗原的金标复合物会在毛细作用下沿NC膜侧向迁移，当此金标复合物经过检测线时，由于S抗原与ACE-2的高亲和力，其会被NC膜上固定的ACE-2捕获，此时检测线就会显色；当样本中有中和抗体时，样本中的中和抗体首先与金标复合物接触，S抗原首先与中和抗体结合，其就不与NC膜上固定的ACE-2结合，这样检测线处就不会显色。不管样本中有无中和抗体，参照线处都会显色。
二、检测系统的制备
步骤1.将作为检测垫的NC膜黏贴到底卡上，用点膜机将稀释到一定浓度的ACE-2抗原包被到NC膜上，形成检测线，C线成分为二抗，制作成片材，片材37℃过夜烘干；
步骤2.将加样垫和吸收垫粘贴在烘干后的片材上，与片材组成大卡；加样垫的材料是玻纤并包含亲水性的表面活性剂，吸收垫的材料是滤纸。
步骤3.将组装好的大卡切成规定尺寸的试纸，然后试纸组装到测试板的卡壳中，制作完成图1所示的测试卡，待用；
步骤4.将胶体金与抗原的复合(简称金标复合物或金标)物稀释到所需用量后包被到孵育管中烘干或者冻干；
步骤5.将步骤4中烘干或者冻干后的孵育管管口用铝箔进行热封封口后，制作完成图1所示孵育管，待用。
步骤3中的测试卡和步骤5中的孵育管相配套，形成了本发明所述检测系统。并封装在铝箔袋内。
二、检测步骤
检测步骤1.检测时，将测试板和孵育管从铝箔袋中取出；
检测步骤2.每个样品使用一个孵育管，孵育管底部有干燥的金标复合物，有必要时给每个试管贴上适当的标签；
检测步骤3.如图5中a所示，样品加入前撕掉孵育管200上的密封件212；如图5中b所示，将滴管垂直放入孵育管中，向孵育管中加入3滴待测样品11；如图5的c和d所示，晃动至底部金标复合物完全溶解混合后，形成复溶物12；启动秒表，反应5分钟，(若加入缓冲液或者样本时有液体附着在管壁，务必晃动反应孵育管使所加溶液至管底)；
检测步骤4.如图5中的e所示，将新的滴管垂直放入孵育管中，吸取步骤3中的复溶物12；
检测步骤5.如图5中的f所示，将测试板放在平整干净的表面，向测试板的加样孔内滴加1滴缓冲液304和2-3滴复溶物12；
检测步骤6.读取检测结果，若检测线出现颜色，则样品中没有中和抗体，若检测线没有出现颜色，则样品中已具有中和抗体。
滴管中滴出的一滴液体约为20至30微升，例如25微升。
样品和缓冲液的添加顺序是可以根据需要调整的。例如，在步骤3中，滴管向孵育管滴加了待测样品后，再向孵育管中加入2滴缓冲液304。例如，检测步骤3为向孵育管中滴加待测样品，然后晃动至底部金标复合物完全溶解混合后，反应一定时间后，吸取孵育管中已加了样品的复溶物并将所述复溶物滴加到测试板的加样孔中，同时向加样孔中滴加缓冲液，所述复溶物和缓冲液在试纸上流动，完成检测。又例如，检测步骤3为向孵育管中滴加待测样品，然后晃动至底部金标复合物完全溶解混合后，反应一定时间后，吸取孵育管中已加了样品的复溶物并将所述复溶物滴加到测试板的加样孔中，所述复溶物在试纸上流动，完成检测。
转移复溶物的检测步骤4还采用其他方式，例如，将一个滴头装在孵育管的管口，待孵育管底部的金标复合物充分复溶后，挤压孵育管底部，使复合物与样品均匀混合，使混合物反应5分钟后，挤压孵育管，孵育管内的复溶物通过滴头滴加在测试板内。
检测步骤5中，在向加样孔滴加复溶物时，应该尽量避免加样孔内有气泡。
在读取检测结果的步骤6中，一个优选的方案是，结果应在15分钟读取，30分钟后不要读取结果。检测线信号的强弱可以通过与配套色卡进行比较，判断出样品中是否存在中和抗体。
实施例2灵敏度试验
实验组：是利用本发明所述方法和设备开展检测。采用本发明图1至5所示的检测系统，以及实施例1所述的制备方法和检测步骤。
对照组：是利用现有技术的方式开展检测，采用传统的测试板和检测步骤。所述传统的测试板内的检测试纸与实施例1中的检测试纸基本一样，只是在加样垫和检测垫之间设有标记垫。并将实验组孵育管内的能的标记物转移至所述标记垫上。检测步骤是将待测样品直接滴加在测试板的加样孔内，样品经加样孔进入试纸的加样垫上。
实验组和对照组的测试板和试纸均采用相同厂家的同一批次的材料，实验组和对照组选用的试剂均采用相同厂家的同一批次的试剂。
样品：经过ELISA方法分析并确认为含有SARS-COV-2中和抗体的阳性样品，共24例，样品编号分别是P-1至P-24。
表1：
样本编号 P-1 P-2 P-3 P-4 P-5 P-6 P-7 P-8
ELISA方法抑制率 60％ 61％ 39％ 64％ 39％ 42％ 87％ 76％
对照组测试结果 阴性 阴性 阴性 阴性 阴性 阴性 阳性 阳性
实验组测试结果 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性
样本编号 P-9 P-10 P-11 P-12 P-13 P-14 P-15 P-16
ELISA方法抑制率 36％ 96％ 91％ 55％ 53％ 41％ 89％ 90％
对照组测试结果 阴性 阳性 阳性 阴性 阴性 阴性 阳性 阳性
实验组测试结果 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性
样本编号 P-17 P-18 P-19 P-20 P-21 P-22 P-23 P-24
ELISA方法抑制率 45％ 88％ 79％ 40％ 85％ 88％ 37％ 49％
对照组测试结果 阴性 阳性 阳性 阴性 阳性 阳性 阴性 阴性
实验组测试结果 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性 阳性
注：ELISA方法抑制率>30％为阳性。
灵敏度试验结果如表1所示。试验结果表明，本发明所述检测系统和检测方法相比于现有技术可以获得较高的灵敏度。本发明中主要是将传统检测试纸中喷点在标记垫上的金标移至于单独的孵育管中，让金标在试纸之外与样品进行孵育，这样的操作能大大提升产品的灵敏度。
实施例3
检测系统采用图1、图2和图3-2所示的检测系统，图3-2所述试纸120c的检测垫上包括流感A检测线，其中流感A的检测线包被了合格的流感A的包被抗体1。
为了能快速筛选出和已合格的流感A包被抗体1匹配的流感A标记抗体2，将流感A标记抗体2标记在合格的胶体金上形成抗体金标复合物(即标记物)，将所述复合物溶液按照不同的稀释浓度加到不同的孵育管中，比如一次性需要评估同一个批号原料的5个浓度，需五个孵育管，每个孵育管对应一个评估浓度即可。
具体操作过程见图5-1。样品加入前撕掉孵育管200上的密封件212，如图5-1中a所示；将缓冲液304滴加在带有标记物303的孵育管中，如图5-1中的b所示；将含有流感A病毒的样品11加入含标记物的孵育管中，如图5-1中的c所示；将缓冲液、样品和标记物混合，混合后形成复溶物12，如图5-1中的d和e所示；孵育所需时间后，用干净的吸管取出孵育管中的复溶物12，并滴加在测试板100的加样孔中，如图5-1中的f和g所示。例如，为评估同一批号原料的5个浓度中哪些浓度合适采用，可将5个浓度的原料分别放入5个不同孵育管中，按图5-1的操作过程操作，5个不同孵育管中的复溶物分别滴加在同批号的5个测试板的加样孔中。然后根据不同的孵育管对应的测试板上检测线的不同颜色强度，即可选出合适的评估浓度。检测线颜色的强弱，可以通过将测试板的检测线与色卡500比较而获得结果，如图12所示。
这样操作可以短时间内实现一次性评估多家原料及同一家原料的不同批号以及同一批号的不同浓度，不需要将标记物喷在结合垫上烘干方可使用，这样可以很大程度的提高评估效率，另一方面，因整个评估过程中用的大卡不需要黏贴标记垫，可以降低组装成本继而降低整个评估成本。

Claims (11)

1.一种检测系统，包括侧向横流的试纸和孵育管，其特征在于，与被分析物特异性结合的标记物被放置在孵育管内。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述试纸安装在测试板中。
3.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，孵育管和测试板为检测系统中相互独立设置的两个装置。
4.根据权利要求2所述的检测系统，其特征在于，孵育管安装在测试板上。
5.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，试纸从上游至下游依次包括相互层叠的加样垫、检测垫和吸收垫。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，所述试纸还包括导流垫，所述导流垫位于加样垫和检测垫之间。
7.根据权利要求1至6之一所述的检测系统，其特征在于，所述试纸不含有能与被分析物特异性结合的标记物。
8.一种检测被分析物的检测方法，其特征在于，包括提供权利要求1至6之一所述的检测系统；将样品加入孵育管中，形成样品与标记物的混合物，孵育；将经孵育后的混合物添加到试纸上；根据试纸检测线的信号指示得出检测结果。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，将样品加入孵育管内时，将缓冲液加入孵育管中，或者在混合物添加到试纸上时，加入缓冲液。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述试纸不含有能与被分析物特异性结合的标记物。
11.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，所述的被分析物可以是抗原、抗体或DNA/RNA核酸适配体。
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