CN116712752A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明提供了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。该层析膜表面由一系列连续倒刺型箭头状结构凹槽平行分布构成，连续倒刺型箭头状结构凹槽由连续的倒刺型箭头状凹槽单元首尾连通形成；倒刺型箭头状凹槽单元由轴对称的弧形弯曲壁面组成。本发明提供的层析膜具有更快的流速，能够实现更快、更好、更均一的运水，避免液体流动速度随流动距离加长而减慢；能定向流动，反向阻断，具有更高的整流系数，传质快效率高，有更长的流动距离，减少试剂消耗与残留，实现微量样本的传输的优势。将层析膜用于多指标免疫层析检测，还能够加快多指标免疫层析检测速度、与不同检测条带的接触/反应时间存在差异减小、降低检测过程中的样本用量。

Description

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

技术领域

本发明属于生物医学技术领域。更具体地，涉及一种具有流体二极管的层析膜及多指标免疫层析试纸。

背景技术

免疫层析技术是基于抗原抗体特异性免疫反应的新型膜检测技术，其方法是将带有各种标志物标记的抗体或抗原固定于试纸结合垫中；以检测线(包被抗体或包被抗原)和质控线(包被抗抗体)的条状纤维层析材料为其固定相，样品及反应液为流动相，通过流动相在层析膜上的毛细管作用，使从结合垫中释放的待分析物移动至检测线并实现免疫检测。

层析膜是免疫层析过程中液体流动的场所和特异性免疫反应终点，也是免疫层析检测中的结果判读组件，其固有性质、加工工艺和产品质量都能够直接影响免疫层析结果的可靠性。目前，层析膜多为纤维丝层析膜，即使用各种纤维丝材料紧密堆叠构筑形成，如硝酸纤维素膜、醋酸纤维素膜、醋酸丁酸纤维素等，由于纤维丝的随机取向，通常需要增大试剂的。以其生产率高，通量高，成本低的优点，成为目前层析试纸的应用首选。当样品及反应液浸润这种纤维丝材料层析膜时，纤维丝之间的微小间隙可为液体的毛细流动提供空间；但是由于纤维的随机取向，这种毛细流动的流动性能较差，进而导致不同批间的纤维丝层析膜出现差异；且由于微小间隙浸湿后会发生坍塌，使得流动相的流动速度进一步减慢，进而使得免疫层析试纸需要缩减尺寸以实现快速、准确检测的目的。此外，基于纤维丝层析膜的多指标免疫层析试纸的研发也受到限制，膜上流速减慢的特征使得使用中需要增加反应试剂量以实现液体的铺展。

因此，为了克服现有纤维丝层析膜出现的问题，以及多指标免疫层析检测也存在的流动性问题，亟需开发出一种新型的免疫层析膜，这种层析膜需要具备流动取向可控、运输效率较高，流动性能优秀且均一的特点，以取代传统的纤维丝层析膜，成为免疫层析试纸条中的新型核心组件，为免疫层析技术以及进行可靠的免疫层析检测提供保障。

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，提供一种具有流体二极管结构的层析膜及多指标免疫层析试纸，可解决纤维丝层析膜上层析速度随层析距离加长而减慢、膜上存在物质组分非特异性吸附及样品溶液截留的问题，多指标免疫层析试纸的流动性和发展受限的问题，增强液体运输效率，减少检测试剂的消耗，进而实现快速检测。

本发明的目的是提供一种具有流体二极管结构的层析膜。

本发明另一目的是提供所述层析膜的应用。

本发明的再一目的是提供一种具有流体二极管结构的多指标层析试纸。

本发明的再一目的是提供多指标层析试纸的应用。

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流体二极管结构的层析膜，该层析膜表面由一系列连续倒刺型箭头状结构凹槽平行分布构成；所述连续倒刺型箭头状结构凹槽由连续的倒刺型箭头状凹槽单元首尾连通形成；所述倒刺型箭头状凹槽单元由轴对称的弧形弯曲壁面组成，所述弧形弯曲壁面包括第一侧壁面、第二侧壁面，第一侧壁面与第二侧壁面距离轴心的宽度L6相同；第一侧壁面与第二侧壁面的尾端外壁面圆弧切线相交连接形成倒刺夹角α；第二侧壁面首端与相邻倒刺型箭头状凹槽单元的第一侧壁面首端的外壁面圆弧切线相交连接形成尖锐夹角第一侧壁面首端的外壁面圆弧切线与轴心平行线形成壁面轴心夹角β。

该流体二极管结构能够实现无外部能量输入的液体定向流动，并在流动的反方向上实现液面钉扎；其凹槽中设置的弧形弯曲壁面为亲水侧壁，可牵引液体快速流动。其中，尖锐夹角和壁面轴心夹角β使连续倒刺型箭头状结构凹槽实现单向流功能，基于弯曲液体拉普拉斯压强理论、表面润湿理论、表面张力分析为依据进行设计，实现液体的快速定向流动。倒刺夹角α主要是对倒刺型箭头状凹槽单元内的液体提供了更强的液体牵引毛细作用，使得倒刺型箭头状凹槽单元结构内的液体更快的向箭尾方向流动。

进一步地，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；尖锐夹角/>角度定义范围为0°～90°，优选的，角度的取值范围为5°～20°，更优选地/>

进一步地，其中，θ为壁面固有接触角(反映液体对固体表面的润湿程度，只与液体、固体的固有性质有关)，L3为轴对称的第一侧壁面首端上下之间的距离，H为凹槽高度；壁面轴心夹角β角度定义范围为5°～40°，更优选地β＝30°。

进一步地，倒刺夹角α的角度定义为范围为0°～90°，优选地倒刺夹角α大小5°～40°，更优选地α＝26°。

这种流体二极管结构引导液体快速定向流动的过程可分为两个部分。一方面，液体进入倒刺型箭头状凹槽单元后，带有弯曲壁面的的亲水凹槽侧壁面使得凹槽中液体内部及液面附近增强压强差，从而驱动液体铺展流动。另一方面，凹槽阻止液体向轴向以外方向的铺展流动，尖锐夹角使液体更难浸润下一倒刺型箭头状凹槽单元结构内侧壁，而倒刺夹角α对倒刺型箭头状凹槽单元内的液体提供了更强的液体牵引毛细作用，使得倒刺型箭头状凹槽单元结构内的液体更快的向箭尾方向流动。具体流动原理为：

1)当液体向箭尾方向流动，刚流入一个倒刺型箭头状凹槽单元结构120内时，倒刺型箭头状凹槽单元内的亲水侧壁使得液体形成弯月形凹液面，此时靠近箭头的液体内部压强大于靠近箭尾处压强，液体将在压差的作用下，向箭尾方向铺展流动。当液体流动前驱液面到达相邻倒刺型箭头状凹槽单元连接处的尖锐夹角位置时，液体将出现分流，分别流向倒刺型两翼及下一倒刺型箭头状凹槽单元；继而重复类推，液体在结构内依据压强差实现持续的快速流动。

2)当液体向箭头方向流动时，液体会沿宽度逐渐缩小的流道流动填充并到达相邻倒刺型箭头状凹槽单元连接处的尖锐夹角位置，此时由于液体的表面张力作用，液体将逐渐形成弯月形凸液面，只有当此处液体不断聚集，凸液面曲率不断增大直至液面接触到下一相邻倒刺型箭头状凹槽单元的第二侧壁面时，方可突破限制，涌入下一相邻倒刺型箭头状凹槽单元，浸润结构内侧壁面。由于倒刺夹角α对倒刺型箭头状凹槽单元内的液体提供了更强的液体牵引毛细作用，且液体依据压强梯度将更快速向箭尾方向铺展流动，则该位置的液体难以实现大量聚集，进而突破限制流入下一倒刺型箭头状凹槽单元，因此实现了对液体箭头方向流动液面钉扎，表现为液体定向流动的控制。

优选地，所述倒刺型箭头状凹槽单元的第一侧壁面首端至第二侧壁面首端的轴向长度L1为100～2000μm；第二侧壁面的轴向长度L2为L1的1～2倍；轴对称的第一侧壁面首端上下之间的距离L3为10～200μm；轴对称的第二侧壁面尾端上下之间的距离L4为L3的1～10倍，凹槽单元高度为H为5～500μm。

优选地，所述平行分布的相邻流体二极管凹槽之间的最小距离L5为5～500μm。

本发明提供的流体二极管结构的层析膜，在流体二极管结构利用亲水弧形弯曲的凹槽侧壁面增强液体内部压强差的辅助作用下，该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流体二极管结构中；3)在流体二极管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。另外，本发明提供的层析膜具有更高的整流动系数，具有更长的流动距离、在检测时具有更高的物质传输效率和更少的试剂消耗，降低了检测中的样本用量，能够实现微量样本的传输；该层析膜的流动行受控制，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，该层析膜成型后进行亲水化和功能化处理，还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。

本发明还提供具有流体二极管结构的层析膜的制备方法，包括以下步骤：

S1、通过激光切割、精密微加工、光刻、3D打印等技术，在制备材料的平整表面直接加工印制上述层析膜的表面结构，得到具有流体二极管结构的层析膜；

或在制备材料的平整表面制造上述层析膜表面结构的反结构，得到制造模具；再通过热压成型、注塑法、模塑法等方式，完成流体二极管结构复制成型，得到具有流体二极管结构的层析膜；

S2、将S1中得到的所述层析膜进行表面亲水功能化处理。

优选地，所述步骤S1中制备材料为聚合物、金属、陶瓷、半导体、玻璃、薄膜或非织造布；

优选地，所述聚合物材料并不局限于技术层面聚合物，也包含生物可降解聚合物，如聚磷腈、聚乳酸(PLAs)；弹性体，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。

更优选地，所述聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、高密度聚乙烯(HDPE)、PLAs、聚丙烯(PP)、硅酮、环氧树脂、水凝胶、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的一种。

更优选地，所述金属选自铝型材、铜板、铁板或合金板中的一种。

优选地，步骤S1中亲水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，包括涂覆亲水涂层(采用水性丙烯酸聚氨酯面漆、二氧化硅涂料)、激光氧化、溅镀蒸镀处理(采用SiO₂、TiO₂、Al₂O₃)。

更优选地，所述化学处理法，包括等离子体处理、亲水基团共价结合修饰(采用吐温-20、聚乙烯亚胺)、亲水小分子静电吸附等。

因此，本发明提供具有流体二极管结构的层析膜在免疫检测、核酸检测、生物颗粒检测、或在制备免疫层析检测产品中的应用。

优选地，所述产品为多指标免疫层析试纸。

本发明还提供一种具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸，含上述具有流体二极管结构的层析膜，层析膜表面设有多种特异性捕获的抗原/抗体，形成特异性免疫结合区域。

进一步地，所述层析试纸还含其他免疫层析构件膜材：支撑底板、结合垫、吸水垫和样品垫。其组装方法为：将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；其中，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。

优选地，吸水垫、结合垫与层析膜重叠的长度为2～4mm；样品垫与结合垫重叠的长度为2～4mm。

优选地，所述试纸的宽度约为2.0～10.0mm。

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。

进一步地，具有流体二极管结构的层析膜表面设有多种特异性捕获的抗原/抗体，形成特异性免疫结合区域，应用于多指标免疫检测的场景时，其表面特异性免疫结合区的位置可以设置为多种不同的排列方式；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区域，或在所述层析膜表面新增构建额外的三维基底形成条带。

另外，本发明还提供所述多指标免疫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流体二极管结构的层析膜及多指标免疫层析试纸。本发明通过对层析膜表面结构的特殊的形貌设计，能够实现无外部能量输入的液体定向流动，并在流动的反方向上实现液面钉扎，从而实现液体的快速定向流动。这种流体二极管结构易于批量、高保真的加工、复制到各种基材表面，从而制备更均一稳定的层析膜。

与目前已有的基于纤维丝的层析膜相比，可解决纤维丝层析膜上层析速度随层析距离加长而减慢、膜上存在物质组分非特异性吸附及样品溶液截留的问题，增强液体运输效率，减少检测试剂的消耗。同时也解决了多指标免疫层析检测中流动性差、检测速度慢、与不同检测条带的接触/反应时间存在异以及样本用量多等问题。

基于流体二极管结构的层析膜的制备简单，可批量化制备，将其结构模具直接进行复制制造，可在塑料或金属薄片表面制造，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，增强层析膜上液体的流动能力，改善当前层析膜技术中流动性能均一性不足的问题，减少检测试剂的消耗，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流体二极管结构的示意图与实物图(其中，a为流体二极管结构层析膜平面图：100-流体二极管结构层析膜，110-流体二极管凹槽，120-倒刺型箭头状凹槽单元，121-第一侧壁面，122-第二侧壁面，123-倒刺夹角α，124-尖锐夹角125-壁面轴心夹角β；b为流体二极管结构层析膜结构尺寸标识；c为流体二极管结构层析膜实物图)；

图2为本发明提供的流体二极管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3中，本发明所述层析膜与基于纤维丝的层析膜在膜上物质组分发生非特异性或样品溶液截留性能方面的对比结果图；

图6为对比例4中，本发明所述层析膜与基于纤维丝的层析膜在微量液体传输性能方面的对比结果图；

图7为本发明提供的一种具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸(其中，210-样品垫，220-标记抗体/抗原结合垫，100-具备所述流体二极管结构的层析膜，310-T线免疫结合区，320-C线免疫结合区，230-吸水垫，240-粘性支撑底板)；

图8为本发明提供的一种具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸(其中，210-样品垫，220-标记抗体/抗原结合垫，100-具备所述流体二极管结构的层析膜，310-T线免疫结合区，320-C线免疫结合区，230-吸水垫，240-粘性支撑底板)。

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具有流体二极管结构的层析膜的设计

本发明基于流体二极管的特点：能朝单方向流动，反向则会被阻断，实现液体单向流动的基础上，通过弧形弯曲壁面驱动和锁水，使结构具有较高整流系数得到一种能使液体快速定向流动的流体二极管结构的层析膜，用于解决层析膜液体随机取向，避免由于流速减慢导致不同条带上检测物质停留时间存在差异，进而引起的检测信号不准确、检测失效等问题。

本发明设计的层析膜表面由一系列连续倒刺型箭头状结构凹槽平行分布构成100，具体结构图如图1a所示；所述连续倒刺型箭头状结构凹槽110由连续的倒刺型箭头状凹槽单元120首尾连通形成；所述倒刺型箭头状凹槽单元120由轴对称的弧形弯曲壁面组成，所述弧形弯曲壁面包括第一侧壁面121、第二侧壁面122，第一侧壁面121与第二侧壁面122距离轴心的宽度L6相同；第一侧壁面121与第二侧壁面122的尾端外壁面圆弧切线相交连接形成倒刺夹角α123；第二侧壁面122首端与相邻倒刺型箭头状凹槽单元120的第一侧壁面121首端的外壁面圆弧切线相交连接形成尖锐夹角第一侧壁面121首端的外壁面圆弧切线与轴心平行线形成壁面轴心夹角β125。

其中，凹槽中设置的弧形弯曲壁面为亲水侧壁，弧形弯曲壁面使得凹槽中液体内部及液面附近增强压强差，可牵引液体快速流动；尖锐夹角和壁面轴心夹角β使连续倒刺型箭头状结构凹槽实现单向流功能，基于弯曲液体拉普拉斯压强理论、表面润湿理论、表面张力分析为依据进行设计，实现液体的快速定向流动。

具体为：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；尖锐夹角/>角度定义范围为0°～90°，，优选的，角度的取值范围为10°～20°，优选地/>

其中，θ为壁面固有接触角(反映液体对固体表面的润湿程度，只与液体、固体的固有性质有关)，L3为轴对称的第一侧壁面121首端上下之间的距离，H为凹槽高度；壁面轴心夹角β角度定义范围为5°～40°，更优选地β＝30°。

而倒刺夹角α的设置，主要是对倒刺型箭头状凹槽单元内的液体提供了更强的液体牵引毛细作用，使得倒刺型箭头状凹槽单元结构内的液体更快的向箭尾方向流动；倒刺夹角α的角度定义为范围为0°～90°，优选地倒刺夹角α大小5°～40°，更优选地α＝26°。

在倒刺型箭头状凹槽单元120中结构尺寸标识如图1b所示，倒刺型箭头状凹槽单元120的第一侧壁面121首端至第二侧壁面122首端的轴向长度L1为100～2000μm；第二侧壁面122的轴向长度L2为L1的1～2倍；轴对称的第一侧壁面121首端上下之间的距离L3为10～200μm；轴对称的第二侧壁面122尾端上下之间的距离L4为L3的1～10倍，凹槽单元120高度为H为5～500μm。平行分布的相邻流体二极管凹槽120之间的最小距离L5为5～500μm，流体二极管结构的层析膜实物图如图1c所示。

液体实现定向流动的示意图如图2所示，液体进入倒刺型箭头状凹槽单元120后，凹槽的亲水弧形弯曲壁面使得凹槽中液体内部及液面附近增强压强差，从而驱动液体铺展流动。同时，凹槽阻止液体向轴向以外方向的铺展流动，尖锐夹角使液体更难浸润下一倒刺型箭头状凹槽单元120结构内侧壁，而倒刺夹角α对倒刺型箭头状凹槽单元120内的液体提供了更强的液体牵引毛细作用，使得倒刺型箭头状凹槽单元120结构内的液体更快的向箭尾方向流动。具体的流动原理为：

(1)当液体向箭尾方向流动，刚流入一个倒刺型箭头状凹槽单元120时，倒刺型箭头状凹槽单元120内的亲水弧形壁面使得液体形成弯月形凹液面，此时靠近箭头的液体内部压强大于靠近箭尾处压强，液体将在压差的作用下，向箭尾方向铺展流动。当液体流动前驱液面到达相邻倒刺型箭头状凹槽单元120连接处的尖锐夹角位置时，液体将出现分流，分别流向倒刺的两翼及下一倒刺型箭头状凹槽单元120结构；继而重复类推，液体在结构内依据压强差实现持续的快速流动。

(2)当液体向箭头方向流动时，液体会沿宽度逐渐缩小的流道流动填充并到达相邻倒刺型箭头状凹槽单元120连接处的尖锐夹角位置，此时由于液体的表面张力作用，液体将逐渐形成弯月形凸液面，只有当此处液体不断聚集，凸液面曲率不断增大直至液面接触到下一相邻倒刺型箭头状凹槽单元120的第二侧壁面时，方可突破限制，涌入下一相邻倒刺型箭头状凹槽单元120，浸润结构内侧壁面。由于倒刺夹角α对倒刺型箭头状凹槽单元120内的液体提供了更强的液体牵引毛细作用，且液体依据压强梯度将更快速向箭尾方向铺展流动，则该位置的液体难以实现大量聚集，进而突破限制流入下一倒刺型箭头状凹槽单元120，因此实现了对液体箭头方向流动液面钉扎，表现为液体定向流动的控制。

同时，本发明还计算了该结构的整流系数，整流系数是衡量表面结构单向流动能力的无量纲参数，用字母k表示，计算公式为：k＝Ls/Lp；其中，Ls表示液体正向铺展长度，定义为液体在表面膜上流动停止时，液体正向铺展侧的终止液面距离滴加起始位置液面的距离；Lp表示液体反向突破长度，定义为液体在表面膜上流动停止时，液体反向突破侧的终止液面距离滴加起始位置液面的距离。

本发明层析膜整流系数为k＝14.5mm/1mm＝14.5，得出本发明结构的整流系数值为14.5，显示该层析膜具有高整流系数的特点，有更长的流动距离、在检测时更高的物质传输效率和更少的试剂消耗。以常规采用的NC膜为例，其表面释放液滴后，整流系数可计算为1，也就是说物质在膜上的分布是随机、无方向性的；而本发明的流动可实现正向流动是反向流动的14.5倍，在物质传输效率上更高，传输距离会更远(损耗小)。

实施例2具有流体二极管结构的层析膜的制备

S1、将平整的PMMA片放入二氧化碳激光打标机中，并调整激光在PMMA薄片表面的对焦情况。将所述表面流体二极管结构图纸载入打标机的计算机控制系统，设置适合的激光强度参数，使得激光在PMMA片表面的打标厚度刚好为流体二极管凹槽高度H。程序将控制激光打标机在图纸中流体二极管凹槽区域内连续移动，直至完成流体二极管凹槽的构建，得到所述具有流体二极管结构的层析膜；

S2、将步骤S1中制备的所述层析膜充分清洗吹干后，放入等离子体清洗机中进行表面亲水功能化处理，得到亲水化的具有流体二极管结构的层析膜。

实施例3具有流体二极管结构的层析膜的复制加工

S1、首先将表面平整的铝片放置在紫外激光打标机的打标台，并在激光打标机控制软件中载入流体二极管结构图纸，设置400mm/s打标速度等参数进行连续打标。计算机控制系统将按图纸，在铝片表面加工出流体二极管凹槽；

S2、取聚二甲基硅氧烷与固化剂，按质量比10：1充分混合搅匀，倒入步骤S1中加工得到铝板表面，置入真空泵中充分去除气泡，再放入80℃烘箱中等待30min充分固化。将固化后的PDMS层轻轻揭下，得到用于加工流体二极管结构的模具；

S3、将S2中得到的PDMS模具带有流体二极管结构一面朝上，取平整的HDPE薄膜，将其叠放在PDMS模具表面，充分覆盖带有流体二极管结构的部分，再将模具及待加工薄膜一起送入热压机中压紧，升高温度至150℃；

S4、保持压紧薄膜状态5min后，调整参数热压机冷却，直至室温；

S5、将PDMS模具与HDPE薄膜从热压机的平台上取下，并将二者分离，即可得到所述表面带有流体二极管结构的层析膜；

S6、对所述层析膜进行亲水功能化处理，首先以氧气为气体源，对层析膜表面进行等离子体处理；随后将芯片加入半胱氨酸盐酸溶液中，保持加热数小时；取出后使用纯水冲洗表面3～5次，得到亲水化的具有流体二极管结构的层析膜。

对比例1

本对比例采用商用试纸条中基于纤维丝的层析膜，与实施例3经亲水化处理后具有流体二极管结构的层析膜，进行液体定向流动性能的对比。分别在两种层析膜的中间滴加20μL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，在本发明具有流体二极管结构的层析膜中，液体沿表面流体二级管结构快速向鱼尾结构铺展流动，而在箭头方向液面则被钉扎住，表明本发明的层析膜对液体有定向流动的作用。而在基于纤维丝的层析膜中间滴加的液体，则以滴加位置为圆心在膜上四散流开。显然，本发明提供的层析膜拥有基于纤维丝层析膜不具备的液体定向流动能力。

对比例2

本对比例采用商用试纸条中基于纤维丝的层析膜，与实施例3经亲水化处理后具有流体二极管结构的层析膜，在液体快速铺展流动性能方面的对比。

剪取长度为25mm的所述层析膜及用纤维丝层析膜，在两种层析膜的起点加入10μL红墨水，通过观察液体流动前驱液面对比其膜上液体流动铺展性能。

对比结果如图4所示。由图可知，红墨水液滴可在本发明的层析膜上快速铺展，2s后即可快速流动至终点，且相邻1s，液体在膜上铺展的长度相同；相对地，基于纤维丝的层析膜需要共计40s时间才可流动至终点，且相邻10s，液体在膜上铺展的长度不同，呈现逐渐减小的趋势，即流动速度随流动距离的加长而减慢。可见，纤维丝层析膜上液体流动越来越慢，而本发明的层析膜能够保持前后一致的稳定流速，可使液体铺展速度更快。

对比例3

本对比例采用商用试纸条中基于纤维丝的层析膜，与实施例3经亲水化处理后具有流体二极管结构的层析膜，在膜上物质组分发生非特异性或样品溶液截留性能方面的对比。

分别使用所述层析膜与纤维丝层析膜制备层析长度为1cm的层析试纸，结果如图5所示。由图可知，本发明的层析膜可快速完成层析过程，对比层析完成后与层析开始前的层析膜表面无液体的状态，可知所述层析膜上组分的残余量明显小于基于纤维丝的层析膜。

对比例4

本对比例采用商用试纸条中基于纤维丝的层析膜，与实施例3经亲水化处理后具有流体二极管结构的层析膜，在微量液体传输性能方面的对比。

剪取长度为25mm的实施例3的层析膜及用纤维丝层析膜，膜表面标记有检测过程中C、T线对应的位置，在两种层析膜的起点分别加入5μL、10μL红墨水，通过观察液体在膜上有效铺展到C、T线的情况，对比膜之间在微量样本传输性能上的差异。

对比结果如图6所示，滴加5μL液滴时，纤维丝层析膜表面液滴仅能传输至C线处，而不能完成完整的液体传质；而本发明的层析膜则可使表面液体传输至终点。而增加液体液量至10μL时，纤维丝层析膜才能够将液体传输至终点处。

实施例4具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸

本实施例提供的具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸，包括具有流体二极管结构的层析膜100，粘性支撑底板240、样品垫210、结合垫220、吸水垫230；其中，具有流体二极管结构的层析膜可采用本发明实施例2～3方法获取，其他免疫层析构件膜材均可购买商用。

在具有流体二极管结构的层析膜设有多种应用于检测的免疫检测指标的条带/区域，条带/区域上为特异性捕获抗原/抗体的蛋白质分子

多指标免疫层析试纸内各膜材构件的宽度约为2.0～10.0mm，样品垫210的长度约为1.5～2.0cm，结合垫220的长度约为1.0～1.5cm，层析膜100的长度约为2.0～5.0cm，吸水垫230的长度约为1.5～2.5cm，上述免疫层析试纸的组装方法为：

S1、将表面设有多种特异性捕获抗原/抗体蛋白质分子的层析膜100粘合固定在粘性支撑底板240表面；

S2、分别在层析膜100两端同一水平位置，将结合垫220、吸水垫230黏贴在粘性支撑底板240上，其中，结合垫220和吸水垫230需覆盖层析膜长度达2～4mm；

S3、在结合垫220的另一端放置样品垫210，样品垫210与结合垫220重叠的长度为2～4mm，其余部分与粘性支撑底板240表面粘合固定，完成多指标免疫层析试纸的组装。

在使用该多指标免疫层析试纸时，需将样本溶液体添加到样本垫上；毛细流动后，样本溶液充分渗入结合垫220中，结合垫220中释放出标记抗体并与样本溶液中的待测样本结合；与此同时，样本溶液浸没在结合垫220与层析膜100的交叠部位，此时层析100膜表面的流体二极管结构将样本溶液拖拽，使样本溶液自结合垫220中释放并沿层析膜100不断向前移动；液体流动过程中，样本溶液与层析膜100之间的免疫结合区域逐一充分接触，完成免疫反应；最后使得样本溶液到达流动终点，即吸水垫230。利用吸水垫230吸收水分，最后使(或大部分)上带检测物的所有样本溶液穿过免疫结合区域。至此，免疫层析反应过程结束。通过多种方式对上述层析膜表面的检测信号进行解译，可以获得实时的检测结果

实施例5具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸

采用实施例3中制备得到的层析膜制备多指标免疫层析试纸用于多指标的免疫检测，具体方法如下所示：

1、多指标免疫检测抗原/抗体在层析膜100上的固定化：

为了满足抗原-抗体结合的需要，在实施例3制备的具有流体二极管结构的层析膜表面表面增设亲水三维基底条带以形成免疫结合区，以提高捕获抗体的载量。先用二甲基亚砜-丙酮溶液溶解醋酸纤维素粉末，并加入Tween20作为亲水添加剂，制成制膜液；将制膜液从上至下分层涂覆在亲水化后的具有流体二极管结构的层析膜表面，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流体二极管结构表面快速成型，并嵌入到流体二极管结构中。至此，制得表面流体二极管结构上固定有亲水纤维层的亲水层析膜

分别取1-2μL交联剂浸润上述亲水层析膜的亲水纤维层上，并立即加入1-2μL多种免疫检测抗原/抗体试剂，其中靠近箭尾位置、长度与多指标免疫层析试纸宽度相同的条带作为结合C线320，其与条带作为T线310。37℃反应过夜，完成亲水纤维层交联抗原/抗体的过程。

2、多指标免疫层析试纸条的组装：

多指标免疫层析试纸条的组装结构如图7所示，将上述步骤2中固化后的层析膜100粘合固定在粘性支撑底板240表面，在固定了层析膜100的支撑底板240表面上，在层析膜100两端分别放置吸水垫230、固载了标记抗体的结合垫220；其中，吸水垫230、结合垫220与层析膜100重叠的长度为2-3mm，其余部分与粘性支撑底板240表面粘合、固定。在结合垫220的另一端放置样品垫210，样品垫210与结合垫220重叠的长度为2-3mm，其余部分与粘性支撑底板240表面粘合、固定。

3、应用多指标免疫层析试纸的多种蛋白检测：

取工作浓度下的待测蛋白抗体/抗原，在层析试纸样品垫上滴加样本溶液，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。

实施例6具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸

采用实施例2中制备得到的具有流体二极管结构的层析膜制备多指标免疫层析试纸用于多指标的免疫检测，具体方法如下所示：

1、多指标免疫检测抗原/抗体在层析膜上的固定化：

首先加工带有微孔的PDMS薄膜作为具有流体二极管结构的层析膜表面上包被抗原/抗体区域的模具，其中膜上有多个宽度约为1-2mm方形孔，方形孔穿透PMDS膜并从前往后整齐排列在一条直线上，长度小于表面结构膜的长度，其中各个方形孔分别对应表面结构膜上多指标T线310和C线320的位置，最靠近流体二极管层析膜箭尾方向的方形孔对应检测的C线320；其他方形孔用作多指标检测T线310。将PDMS薄膜放置在具有流体二极管结构的层析膜表面，并使用外加夹具等方式，使其压紧在PMMA层析膜表面。再将层析膜放入等离子体处理装置中，以氧气或空气为气源处理300s，并向PDMS膜及PMMA层析膜1形成的方形凹槽区域内分别加入活化交联剂，在37℃中充分孵育，使层析膜亲水化并提供可供蛋白进行共价结合的位点。

随后移出方形孔内残余的活化交联剂溶液后，并将各用于捕获待测组分的抗特异性原/抗体试剂加入方形孔中，并在37℃下成分孵育。孵育完成后，移除各孔内的液体，用含有0.5％ Tween-20的PBS溶液清洗孔，重复三次；37℃下干燥后，揭开PDMS膜，即可得到在多个局部共价固定了特异性抗体的表面结构膜。

2、多指标免疫层析试纸条的组装：

多指标免疫层析试纸条的组装结构如图8所示，将上述步骤2中固化后的层析膜100粘合固定在粘性支撑底板240表面，在固定了层析膜100的支撑底板240表面上，在层析膜100两端分别放置吸水垫230、固载了标记抗体的结合垫220；其中，吸水垫230、结合垫220与层析膜100重叠的长度为2-3mm，其余部分与粘性支撑底板240表面粘合、固定。在结合垫220的另一端，放置样品垫210，样品垫210与结合垫220重叠的长度为2-3mm，其余部分与粘性支撑底板240表面粘合、固定。

3、应用多指标免疫层析试纸的多种蛋白检测：

取工作浓度下的待测蛋白抗体/抗原，在层析试纸样品垫上滴加样本溶液，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。

综上，本发明提供的具有流体二极管结构的层析膜及多指标免疫层析试纸不仅能够解决现有纤维丝层析膜以及多指标检测出现的问题，具有：更快的流速，能够实现更快、更好/均一(液体流动速度随流动距离加长而减慢)的运水；能够定向流动，反向阻断，具有更高的整流系数，传质快效率高，有更长的流动距离，减少试剂消耗与残留(实现微量样本的传输)的优势。将层析膜用于多指标免疫层析检测，还具有：加快多指标免疫层析检测速度、与不同检测条带的接触/反应时间存在差异减小、降低了检测过程中的样本用量等优势，能够好应用于免疫检测、核酸检测、生物颗粒检测中。

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)

1.一种具有流体二极管结构的层析膜，其特征在于，所述层析膜表面由一系列连续倒刺型箭头状结构凹槽(110)平行分布构成；

所述连续倒刺型箭头状结构凹槽(110)由连续的倒刺型箭头状凹槽单元(120)首尾连通形成；

所述倒刺型箭头状凹槽单元(120)由轴对称的弧形弯曲壁面组成，所述弧形弯曲壁面包括第一侧壁面(121)、第二侧壁面(122)，第一侧壁面(121)与第二侧壁面(122)距离轴心的宽度L6相同；第一侧壁面(121)与第二侧壁面(122)的尾端外壁面圆弧切线相交连接形成倒刺夹角α(123)；第二侧壁面(122)首端与相邻倒刺型箭头状凹槽单元(120)的第一侧壁面(121)首端的外壁面圆弧切线相交连接形成尖锐夹角φ(124)；第一侧壁面(121)首端的外壁面圆弧切线与轴心平行线形成壁面轴心夹角β(125)；所述倒刺夹角α(123)大小为0°～90°，尖锐夹角φ(124)大小为0°～90°，壁面轴心夹角β(125)大小为5°～40°。

2.根据权利要求1所述层析膜，其特征在于，所述倒刺夹角α(123)大小为5°～40°，尖锐夹角φ(124)大小为10°～20°。

3.根据权利要求1所述层析膜，其特征在于，所述倒刺型箭头状凹槽单元(120)的第一侧壁面(121)首端至第二侧壁面(122)首端的轴向长度L1为100～2000μm；第二侧壁面(122)的轴向长度L2为L1的1～2倍；轴对称的第一侧壁面(121)首端上下之间的距离L3为10～200μm；轴对称的第二侧壁面(122)尾端上下之间的距离L4为L3的1～10倍，凹槽单元(120)高度为H为5～500μm。

4.根据权利要求1所述层析膜，其特征在于，所述平行分布的相邻流体二极管凹槽之间的最小距离L5为5～500μm。

5.权利要求1～4任一所述层析膜在免疫检测、核酸检测、生物颗粒检测中的应用。

6.权利要求1～4任一所述层析膜在制备免疫层析检测产品中的应用。

7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述产品为多指标免疫层析试纸。

8.一种具有流体二极管结构的多指标免疫层析试纸，其特征在于，含权利要求1～4任一所述层析膜，层析膜表面设有多种特异性捕获的抗原/抗体，形成特异性免疫结合区域。

9.根据权利要求8所述多指标免疫层析试纸，其特征在于，还含其他免疫层析构件膜材：支撑底板、结合垫、吸水垫和样品垫。

10.权利要求8或9所述多指标免疫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。