CN115684576A - 一种定量免疫芯片及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定量免疫芯片及其检测方法，定量免疫芯片包括设置在芯片顶板上的多个功能腔室；所述多个功能腔室之间通过通道连接；所述功能腔室包括定量槽、荧光检测区、废液区和清洗池；所述通道包括检测通道和废液通道；所述定量槽、荧光检测区和清洗池依次设置在检测通道上；所述废液区设置在废液通道上；所述废液通道的入口与定量槽顶部的检测通道连接；所述检测通道的入口设置有进样口；所述废液通道的入口设置在进样口和定量槽之间；所述废液通道的末端设置有第二驱动力接口；所述检测通道的末端设置有第一驱动力接口。本发明可实现定量检测，且加工难度较低，便于量产和应用。

Description

一种定量免疫芯片及其检测方法

技术领域

本发明涉及体外诊断技术领域，特别涉及一种定量免疫芯片及其检测方法。

背景技术

现场快速检验(Point-of-Care Test，POCT)是体外诊断行业增长最快的领域，它具有集成化，小型化，随时随地进行样本检验，从而也具有价格实惠、操作简单，结果报告及时的优势，但是它的测试结果和中心实验室相比还存在精密度和稳定性不高的缺点。目前POCT主要的检测技术有免疫层析技术和微流控技术。免疫层析技术受制于原材料（如NC膜）制作工艺的限制，存在较大的批内差和批间差。相比之下，微流控芯片通过把样品准备，反应，分离和检测等基本操作集中在一块芯片上，实现对免疫检测的批内和批间差异的控制。现有POCT微流控芯片普遍存在生产效率低，样本不能定量，全血样本不适用，工艺复杂，成品合格率低且气囊液体控制不稳定等问题，很难真正定量。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开了一种定量免疫芯片及其检测方法，以解决现有技术中存在的定量困难，工艺复杂的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种定量免疫芯片，包括设置在芯片顶板上的多个功能腔室；所述多个功能腔室之间通过通道连接；所述功能腔室包括定量槽、荧光检测区、废液区和清洗池；所述通道包括检测通道和废液通道；所述定量槽、荧光检测区和清洗池依次设置在检测通道上；所述废液区设置在废液通道上；所述废液通道的入口与定量槽顶部的检测通道连接；所述检测通道的入口设置有进样口；所述废液通道的入口设置在进样口和定量槽之间；所述废液通道的末端设置有第二驱动力接口；所述检测通道的末端设置有第一驱动力接口。

进一步的，所述定量槽和清洗池的截面均为正六边形；所述荧光检测区的截面为矩形；所述进样口的截面为圆锥形。

进一步的，所述圆锥形的顶端直径为8~12 mm，下端直径为0.8~1.2 mm；所述定量槽的边长为3~4 mm，高度为1~3 mm；所述清洗池的边长为5 mm，高度为3~5 mm；所述荧光检测区的长度为12~15 mm，宽度为1~1.5 mm，高度为0.5~1 mm。

进一步的，所述荧光检测区为点阵式结构。

进一步的，所述荧光检测区固定有用于免疫检测的包被抗体、荧光标记抗体及抗抗体。

进一步的，所述芯片顶板的下方封接有芯片底板。

进一步的，所述芯片顶板及芯片底板的材料为PC、PDMA、PMMA或PET。

进一步的，所述清洗池和定量槽的底面高度均低于荧光检测区的底面高度。

一种定量免疫芯片的检测方法，包括如下步骤：

将检测液体加入至进样口；

将检测液体由进样口驱动至定量槽；

当定量槽内液体加满后，继续驱动定量槽内检测液体流动至检测反应区；

驱动检测液体在检测反应区内进行混合；

混合结束后将检测液体排入清洗池，并进行荧光信号检测。

进一步的，还包括，若检测液体的体积大于定量槽时，通过驱动力将定量槽中多余的检测液体驱动至废液区。

本发明采取以上技术方案，具有以下优点：

1、本发明提供的定量免疫芯片通过特定的定量槽结合液体驱动装置来实现液体的定量，同时精确控制液体与荧光标记物，包被抗体的孵育时间来，相比于现有的被动式微流控芯片或液囊挤压式芯片中试剂包来实现定量的技术，本发明的液体定量腔室，提高了定量的准确性，而且相对于现有技术中的多层芯片焊接，超声或键合处理的方式，本发明定量芯片采用单层加工降低芯片加工难度，提高了成品合格率。

2、本发明的定量免疫芯片主体包括带有多个功能腔室的顶板和底板，需要加工完成的结构功能腔室均可设置的顶板上，底板仅为光滑的PVC贴膜，这样可进一步降低芯片的制作工艺难度，提高生产效率，使其可实现定量检测，且加工难度较低，便于量产和应用。

附图说明

图1是本发明提供的定量免疫芯片的俯视图；

图2是本发明的荧光检测区结构放大图；

图3是本发明提供的定量免疫芯片的侧视图。

附图标记：1-第一驱动力接口；2-第二驱动力接口；3-清洗池；4-荧光检测区；5-废液区；6-定量槽；7-进样口；8-检测线；9-质控线；10-液体识别位点一；11-液体识别位点二；12-液体识别位点三；13-光电感应器；14-光源生成模块；15-芯片底板。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

定量免疫芯片的结构

如图1所示：一种定量免疫芯片，由集成了多个功能腔室的芯片顶板和光滑透明的芯片底板15封接而成。

芯片顶板上设置有检测通道和废液通道，功能腔室包括定量槽6、荧光检测区4、废液区5和清洗池3；定量槽6、荧光检测区4和清洗池3延检测通道顶端向下依次贯通设置在检测通道上，检测通道的顶端处设置有进样口7，检测通道的末端处设置有第一驱动力接口1；废液区5设置在废液通道上，废液通道的顶端设置在进样口7和定量槽6之间且与检测通道相通，废液通道的末端处设置有第二驱动力接口2。

功能腔室通过第一驱动力接口1和第二驱动力接口2外接驱动源的方式实现功能腔室之间空间结构的相互连通；第一驱动力接口1和第二驱动力接口2与外接驱动源相连接，进而可抽走检测通道和废液通道中的空气，通过通道内负压驱动液体流动。

定量槽6具有预定的容积，且在液体定量腔室的出液口设置有液体识别位点，需定量的液体从所述液体定量腔室的进液口流入所述液体定量腔室，充满所述液体定量腔室后到达所述液体识别位点。

液体识别位点包括用于定位所述光电感应器13的上位点和用于定位所述光源生成模块14的下位点，所述上位点和所述下位点分别设于所述芯片主体的两侧，所述的上位点和下位点形成的液体识别位点的位置与相应的功能腔室的进液口或出液口相对应，以使得定位后的所述光源生成模块、相应的出液口或进液口、所述光电感应器呈垂直方向依次布设。

其中，荧光检测区4处固定有荧光反应试剂；荧光检测区4中预先固定有用于免疫检测的包被抗体、荧光标记抗体和抗抗体以及其他的辅助成分。

进一步的，进样口7为横截面为圆锥形的进样口，圆锥形的顶端直径为8~12 mm，圆锥形的下端直径为0.8~1.2 mm；定量槽6的截面为正六边形，正六边形的边长为3~4 mm，高度为1~3 mm；荧光检测区4为矩形的点阵式结构，矩形的长度为12~15 mm，宽度为1~1.5 mm，高度为0.5~1 mm；清洗池3的截面也为正六边形，清洗池3的宽度为4~6 mm，长度为5 mm，高度为3~5 mm。

特别指出的是清洗池3和定量槽6的底面高度分别低于荧光检测区4的底面高度2mm和1mm，较低的底面设计，防止定量槽6内的液体由于液体流动时惯性的作用，主动流到荧光检测区4内，导致荧光检测区4内液体过量，同时防止荧光检测区4反应后的液体，无法正常流入清洗池3，导致液体残留，进而提高荧光检测区4液体定量的准确性和降低液体的残留，提高检测灵敏度。

上述数据仅限于本实施例，本发明并不局限于本实施例中数据，在其他实施例中数据依试剂情况而调整。

定量免疫芯片的材质为PC、PDMA、PMMA或PET中的一种，本实施例选用的材料为PMMA，其中，芯片底板15的材料为透明薄膜，在一侧涂覆有一透明压敏亲水性粘接剂层，该亲水性粘接剂层将芯片底板15与顶板封接形成不可拆卸的整体。在一个实施例中，透明薄膜可以包括透明聚酯材料。

实施例二

定量免疫芯片的制作方法

本发明的定量免疫芯片可用当前的精密注塑技术和组装技术制造。该组装件由两密封的原件形成：在其上形成微流体结构的顶板，以及下方薄膜覆盖，如图3所示。

同时适用于该芯片的上方基板和透明薄膜的材料有多种，例如聚合物、热固性或热塑性材料，它们应具有良好的光学性能和良好的尺寸稳定性。例如，可采用COC、PMMA、PC、PSU、SAN、PETG、PS和PP。

大多数的聚合材料是疏水性的。因此，如果选择了强疏水性材料作为形成微流体结构的基板，则随后赋予亲水性的某种表面的生产步骤是必要的。为此，建议采用亲水性或至少不疏水（接触角<90°）的塑料。对于PMMA、醋酸纤维素、PC、COC和PS以及其它已知的材料均如此。特别优选的一种材料为PMMA，这是考虑到其良好的接触角，光学性能和尺寸稳定性。

顶板可以利用目前现有的多种技术进行加工制造，并且具有极高的精确性，允许低的微尺寸公差。用于上述功能结构形成步骤的当前最相关技术为精密注塑、热膜压和软蚀刻印刷。

密封步骤可采用多种已知的技术进行，例如热压粘合、粘结剂粘合、等离子体活化的粘合、超声粘合、激光焊接等。本实施例密封步骤采用简单的透明薄膜覆盖。

覆盖件优选亲水性膜。其优选透明的，以便能精确监测流体流动。如亲水性膜提供了非常有成本优势的方式，其使得能同时密封和让通道亲水化，避免了表面处理步骤。这种情况下，生产技术由标准的层压工艺组成，其可要求压力和温度控制。其他的生产技术为压花或压制工艺。

上述的荧光检测区可以固化多种干式试剂物质用于多种功能和目的。主要成分为捕获待测物的包被抗体和抗抗体、检测待测吴的荧光标记抗体。由于反应室尺寸小，试剂用量少成本低，添加成分可起到快速增溶，如白蛋白，谷氨酸盐，葡萄糖、蔗糖和海藻糖等糖类。润湿性控制，如Triton、Macol、Tetronic、Silwet、Zonyl等。

干燥试剂可通过多种已知的技术涂覆到顶板的荧光检测区中：以液体状态分配到荧光检测区方法有液滴分配、凝胶分配、喷射分配、丝网印刷、选择性喷雾等。该分配步骤之后为干燥步骤。

干燥试剂用单克隆抗体和羊抗鼠IgG抗体以微液滴的形态状态分配到反应检测区的一端检测线区和另一端质控线位置，形成占反应室的两条线性的液滴阵列，通过被动吸附的方式与芯片结合，干燥后形成很薄的两条线性干燥试剂层为检测线8和质控线9。

最后制造方法和由此形成的免疫定量芯片及其简单，无需嵌入元件，如电极或任何形式的多层结构、实际上，本制造技术允许低成本生产，这样可生产廉价的一次性定量检测芯片。

实施例三

定量免疫芯片驱动参数（泵压力参数等）

液体驱动装置可设置为多种，如注射泵，隔膜泵和空气泵，凡是能够实现将液体在压力作用下驱动至芯片内的预定区域，均应落入本发明的保护范围。本发明优选本领域技术人员所熟知空气泵，泵参数优选4~6 psi，其通常包括泵室整体和连通芯片的接口，泵室运动将压缩气体，在芯片腔室内形成负压，当进样口加入液体时，液体通过毛细作用到达液体识别位点三12，通过第一驱动力接口将进样口的液体驱动到定量槽，到达液体识别位点二11，停止第一驱动力接口对应的空气泵，然后将加样口多余的液体通过第二驱动力接口对应的空气泵驱动到废液区5至液体识别位点三12信号变化，停止第二驱动力接口对应的空气泵并打开第一驱动力接口对应的空气泵，将定量槽液体泵入荧光检测区4，直至液体识别位点一10信号变化。第一驱动力接口对应的空气泵驱动液体往复运动进行液体混合与反应，同时进行反应计时。计时结束后将液体排入检测通道的清洗池，同时开启检测光源进行荧光信号检测。

实施例四

定量芯片分析仪器

本发明的实施例还提供了一种具有定量免疫芯片的仪器，其包括仪器框架、液体驱动装置、检测装置和以上任一实施例中的免疫定量芯片，其中免疫定量芯片安装在所述仪器框架中，液体驱动装置与定量芯片的液体驱动力接口相连；检测装置用于接收处理定量芯片的检测信号。优选的，所述的液体驱动装置为空气泵，实现仪器的小型化和便携化。

一种定量免疫芯片的检测方法，包括如下步骤：

将检测液体加入至进样口；

将检测液体由进样口驱动至定量槽；

当定量槽内液体加满后，继续驱动定量槽内检测液体流动至检测反应区；

驱动检测液体在检测反应区内进行混合；

混合结束后将检测液体排入清洗池，并进行荧光信号检测。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种定量免疫芯片，其特征在于，包括设置在芯片顶板上的多个功能腔室；所述多个功能腔室之间通过通道连接；所述功能腔室包括定量槽、荧光检测区、废液区和清洗池；所述通道包括检测通道和废液通道；所述定量槽、荧光检测区和清洗池依次设置在检测通道上；所述废液区设置在废液通道上；所述废液通道的入口与定量槽顶部的检测通道连接；所述检测通道的入口设置有进样口；所述废液通道的入口设置在进样口和定量槽之间；所述废液通道的末端设置有第二驱动力接口；所述检测通道的末端设置有第一驱动力接口。

2.根据权利要求1所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述定量槽和清洗池的截面均为正六边形；所述荧光检测区的截面为矩形；所述进样口的截面为圆锥形。

3.根据权利要求2所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述圆锥形的顶端直径为8~12 mm，下端直径为0.8~1.2 mm；所述定量槽的边长为3~4 mm，高度为1~3 mm；所述清洗池的边长为5 mm，高度为3~5 mm；所述荧光检测区的长度为12~15 mm，宽度为1~1.5 mm，高度为0.5~1 mm。

4.根据权利要求1所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述荧光检测区为点阵式结构。

5.根据权利要求1所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述荧光检测区固定有用于免疫检测的包被抗体、荧光标记抗体及抗抗体。

6.根据权利要求1所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述芯片顶板的下方封接有芯片底板。

7.根据权利要求6所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述芯片顶板及芯片底板的材料为PC、PDMA、PMMA或PET。

8.根据权利要求1所述的一种定量免疫芯片，其特征在于，所述清洗池和定量槽的底面高度均低于荧光检测区的底面高度。

9.一种定量免疫芯片的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

将检测液体加入至进样口；

将检测液体由进样口驱动至定量槽；

当定量槽内液体加满后，继续驱动定量槽内检测液体流动至检测反应区；

驱动检测液体在检测反应区内进行混合；

混合结束后将检测液体排入清洗池，并进行荧光信号检测。

10.根据权利要求9所述一种定量免疫芯片的检测方法，其特征在于，还包括，若检测液体的体积大于定量槽时，通过驱动力将定量槽中多余的检测液体驱动至废液区。

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