CN117836617A - 用于生物检测的基于芯片的试剂盒及其检测方法 - Google Patents

用于生物检测的基于芯片的试剂盒及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于生物检测的基于芯片的试剂盒及其检测方法，检测装置包括导流层，与基材叠设形成的本体，基材在一对电极的局部有反应区，而反应区涂覆有可供检测目标结合的受体；导流层具有与反应区同位设置的开孔，受体于开孔处外露于该本体，导流层和基材间具有一微流道；检测方法包括滴样、清洗及检测的步骤，将样本液从开孔直接滴于反应区而和受体进行反应，在反应时间后在反应区再滴清洗液加入样本液，而经毛细作用渗入该微流道并排出，接着在反应区滴入检测液以进行样本检测，能够在无需外力的驱动下完成样本检测，且有效提升检测效率。

Description

用于生物检测的基于芯片的试剂盒及其检测方法
技术领域
本发明提供了一种检测装置，尤指一种用于生物检测的基于芯片的试剂盒及其检测方法。
背景技术
一种习知的生物芯片检测装置，其在反应区涂覆有可供检测目标结合的受体，所述反应区为设置在检测装置中而不外露，检测时由操作者从生物的体液(例如血液)中取适量的样本滴在反应区的入口处，再经由外部动力装置而透过例如气体加压而将样本推向反应区，让样本液接触所述受体而透过反应后进行检测，进而获得分析结果。然而，透过外部动力装置对样本进行加压的方式，样本在受有压力下容易被破坏，进而导致所获得的分析结果不准确。
另一种习知的生物芯片检测装置，同样是将样本液滴在反应区的入口处，藉由毛细作用将样本液引流至所述反应区中，在接触所述受体后进行检测，以获得所述分析结果。然而，所述样本液被引流至所述反应区的过程需要时间，待样本液被引流至所述反应区后才开始所述反应，如此会造成检测时间的拖延，导致检测效率难以有效提升。
发明内容
研发了一种用于生物检测的基于芯片的试剂盒及其检测方法，以期达到在无需外力驱动下，能够有效率地完成样本检测。
相应地，本发明的第一方面提供一种用于生物检测的基于芯片的试剂盒，其包括本体，该本体包含基材以及导流层，该基材设有一对电极，且于该对电极的局部包括反应区，该反应区涂覆可供检测目标结合的受体；该导流层与该基材叠设，该导流层具有与该反应区同位设置的开孔，该受体于该开孔处外露于该本体，让样本液能够直接滴在该反应区而和该受体进行反应，且该导流层和该基材间具有连通该反应区的微流道，反应后的样本液加入清洗液后渗入该微流道而排出。
在一实施例中，提供一种基于芯片的试剂盒，该导流层包括具毛细作用的亲水层和不吸水的疏水层，该疏水层位于该基材和该亲水层之间，该开孔穿透该亲水层和该疏水层而直通该反应区，该疏水层有裸空而在该基材和该亲水层之间形成该微流道。
在一实施例中，提供一种基于芯片的试剂盒，该开孔呈六边形而具有等宽的反应段和呈渐缩状的缓冲段，该缓冲段具有宽端和窄端，该宽端延续于该反应段的一端，而该窄端相通于该疏水层的裸空处而连通该微流道。
在一实施例中，提供一种基于芯片的试剂盒，进一步包括吸附件，该亲水层在该微流道远离该反应区的一端具有排水口，该吸附件于该排水口处设在该亲水层上。
在一实施例中，提供一种基于芯片的试剂盒，进一步包括壳件，该本体和该吸附件被该壳件包覆而定位，该壳件具有窗口经该开孔而在该受体上方直通该反应区，且该壳件在该排水口的一侧具有气孔，该排水口在该壳件中与该气孔相通。
相应地，根据基于芯片的试剂盒，本发明的另一方面提供一种检测方法，其包括滴样、清洗以及检测步骤，在滴样步骤中，将样本液从该开孔直接滴于该反应区，而和该受体进行反应时间的反应；在清洗步骤中，经该反应时间后，在该反应区再滴入清洗液于样本液而大于该反应区的可容纳体积，让样本液和清洗液经毛细作用渗入该微流道并排出；在检测步骤中：经该清洗步骤后，在该反应区再滴入检测液，以进行样本检测。
在一实施例中，提供一种检测方法，在该滴样步骤中，样本液以10～15微升的体积在该反应区进行反应，该反应时间为1～5分钟。
在一实施例中，提供一种检测方法，在该清洗步骤，先滴第一滴清洗液在该反应区中清洗样本液，且让样本液和清洗液渗入该微流道以进行第一次清洗，再滴第二滴清洗液在该反应区再清洗样本液，且让样本液和清洗液再渗入该微流道以进行第二次清洗。
在一实施例中，提供一种检测方法，在该检测步骤，先滴第一滴检测液于该反应区，且让残留清洗液和检测液经毛细作用渗入该微流道后，再滴第二滴检测液在该反应区，第二滴检测液停留于该反应区以进行所述样本检测。
相应地，根据基于芯片的试剂盒，本发明的另一方面提供一种检测方法，其包括滴样、清洗以及检测步骤，在滴样步骤中，将样本液从该开孔直接滴于该反应区，而和该受体进行反应时间的反应；在清洗步骤中，经该反应时间后，在该反应区再滴入清洗液于样本液而大于该反应区的可容纳体积，让样本液和清洗液经毛细作用渗入该微流道并排出；在检测步骤中：经该清洗步骤后，在该反应区滴入检测液，以进行样本检测；其中，流经该微流道的样本液和清洗液或检测液，被该吸附件快速吸收而排出该微流道。
相应地，根据基于芯片的试剂盒，本发明的另一方面提供一种检测方法，其包括滴样、清洗以及检测步骤，在滴样步骤中，将样本液从该开孔直接滴于该反应区，而和该受体进行反应时间的反应；在清洗步骤中，经该反应时间后，在该反应区再滴入清洗液于样本液而大于该反应区的可容纳体积，让样本液和清洗液经毛细作用渗入该微流道并排出；在检测步骤中：经该清洗步骤后，在该反应区滴入检测液，以进行样本检测；其中，调节该气孔的孔径大小，以控制样本液和清洗液或检测液排出该微流道的流速。
藉此，本发明的基于芯片的试剂盒及其检测方法，是让样本液直接滴在反应区，而和受体先进行反应，待反应后，样本液和清洗液或检测液再渗入微流道而排出，除了可在无需外力的驱动下完成检测外，并可透过样本液滴入反应区时直接和受体先进行反应，而可相对缩短检测时间，藉此达到有效提升检测效率的功效。
附图说明
图1为本发明实施例的用于生物检测的基于芯片的试剂盒的立体外观示意图。
图2为本发明实施例的本体的立体外观示意图。
图3为本发明实施例的本体的分解示意图。
图4为本发明实施例的本体的俯视分解示意图。
图5为本发明实施例的壳件的分解示意图。
图6为本发明实施例的用于生物检测的基于芯片的试剂盒的局部剖视示意图。
图7为本发明实施例的检测方法的流程方块图。
图8A为本发明实施例的用于生物检测的基于芯片的试剂盒在反应区直接滴入样本液的示意图。
图8B为延续图8A而在反应时间后于反应区再滴入清洗液至渗入微流道而排出的示意图。
图8C为延续图8B而在清洗的步骤后于反应区第二次滴入检测液而进行样本检测的示意图。
图8D为本发明实施例的用于生物检测的基于芯片的试剂盒将壳件调节为缩小气孔的示意图。
具体实施方式
在以下描述中，本领域技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行修改，包括添加和/或替换。可以省略具体细节，以免混淆本发明；然而，撰写本公开是为了使本领域技术人员能够在没有过度实验的情况下实践本文的教导。
请参考图1至图8D所示，本发明提供一种用于生物检测的基于芯片的试剂盒100及其检测方法200。用于生物检测的基于芯片的试剂盒100，如图1至图6所示，其包括本体10包括基材20以及导流层30，且于一实施例中进一步包括吸附件40和壳件50，其中：
基材20，其设有一对电极21，且在该对电极21的局部有反应区22，反应区22涂覆可供检测目标结合的受体23，受体23的检测目标可以是抗体、抗原、核酸或小分子，但不以此为限。
导流层30，其与基材20叠设而构成本体10。导流层30具有开孔31，此开孔31与反应区22为同位(on-site)设置，受体23在开孔31处外露于本体10，让样本液S能够直接滴在反应区22而和受体23进行反应(如图8A所示)。导流层30，其和基材20间具有微流道11，此微流道11连通反应区22。样本液S例如为血液，但本发明不以此为限。
如图2至图4所示，本实施例的导流层30包括亲水层32和疏水层33，其中疏水层33是位于基材20和亲水层32之间，亲水层32具毛细作用而可吸水，疏水层33则不吸水，开孔31穿透亲水层32和疏水层33而直通反应区22，而疏水层33有裸空而在基材20和亲水层32之间形成微流道11。
如图3所示，本实施例的亲水层32具有第一穿孔321，且亲水层32在微流道11远离反应区22的一端具有排水口322，而疏水层33具有第二穿孔331，以第一穿孔321和第二穿孔331重合而形成开孔31；另疏水层33具有第三穿孔332形成裸空，第二穿孔331和排水口322相通于第三穿孔332两端。
如图4所示，开孔31呈六边形，其具有反应段311和缓冲段312，反应段311为等宽，而缓冲段312呈渐缩状。其中，缓冲段312具有宽端312a和窄端312b，宽端312a延续于反应段311的一端，而窄端312b相通于疏水层33的第三穿孔332而连通微流道11。本实施例的受体23位于反应段311，另以缓冲段312的设置而具有缓冲和流速调节的作用。开孔31呈六边形仅为一种实施例，本发明并不以此为限。藉由开孔31呈六边形且直通反应区22，此时亲水层32在开孔31中不生毛细作用，且样本液S被开孔31的六边形构造所阻隔，让样本液S及清洗液W或检测液T滴在反应区22时不会外溢。
如图5至图6所示，本体10和吸附件40被壳件50包覆而定位，壳件50具有窗口51经开孔31而在受体23上方直通反应区22，且壳件50在排水口322的一侧具有气孔52，排水口322在壳件50中与气孔52相通。在一实施例中，吸附件40于排水口322处设在亲水层32上。
如图5至图6所示，壳件50对应吸附件40具有固定部53，以此固定部53压制吸附件40于排水口322上，使吸附件40定位而不会任意位移。固定部53于本实施例中，为两个凸起于壳件50上的肋，惟固定部53于本发明不以前述为肋的实施例为限，例如固定部53也可以是一个或三个以上的肋，肋的形状包括但不限于直线形，例如点状或片状。易言之，凡能达成所述压制吸附件40于排水口322上的功能者，皆属本发明的固定部53所欲保护的范畴；另壳件50对应本体10具有插槽54供本体10插设，而使反应区22位于窗口51之中，且壳件50于插槽54具有肋部55，于插槽54的本体10被肋部55压制定位。另壳件50于本实施例由两半壳部56对合组成。
如图7所示，检测方法200，包括滴样201、清洗202以及检测203的步骤，其中：
在滴样201步骤中，样本液S从开孔31直接滴于反应区22(如图8A所示)，而和受体23进行反应时间的反应。在一实施例中，样本液S以10～15微升的体积于反应区22进行反应，该反应时间为1～5分钟。本发明所述受体23，可包括但不限于免疫球蛋白、核酸探针、化学分子或功能性蛋白；本发明所述样本液中为包含可结合于受体的检测目标。在一实施例中，受体23为IgG抗体或IgM抗体，样本液S中包含的检测目标为可与IgG抗体或IgM抗体特定结合的病毒或微生物类型者。
在一实施例中，受体23为免疫球蛋白，于此更指为抗新冠病毒受体结合区位蛋白的抗体(anti-COVID-19RBD antibody)，其浓度为1-10ug/mL(微克/毫升)；而样本液S中包含的检测目标，于本实施例为口水或鼻粘液中所含有的新冠病毒受体结合区位蛋白(COVID-19RBD)，其可侦测范围为1～1000pg/mL(皮克/毫升)。
在清洗202的步骤中，经该反应时间后，在反应区22再滴入清洗液W于样本液S而大于反应区22的可容纳体积，让样本液S和清洗液W经毛细作用渗入微流道11并排出，此述毛细作用于本实施例亲水层32提供。在一实施例中，本实施例在清洗202的步骤中(如图8B所示)，先滴第一滴为35微升的清洗液W在反应区22中对样本液S进行清洗，以移除留在样本液S中的非与受体23特异性结合的物质，且让样本液S和清洗液W渗入微流道11以完成第一次清洗，接着再滴第二滴为35微升的清洗液在反应区22再对样本液S进行清洗，再次移除留在样本液S中的非与受体23特异性结合的物质，且让样本液S和清洗液W再渗入微流道11以完成第二次清洗，藉此让反应区22不会因样本液S中残留非特异性结合的物质而影响检测结果。
在检测203的步骤中，为经清洗202步骤后，在反应区22滴入检测液T，以进行样本检测。在一实施例中，本实施例在检测203的步骤中，先滴第一滴为35微升检测液T在反应区22，且让检测液T经毛细作用渗入微流道11后(如图8B所示)，再滴第二滴检测液在反应区22，第二滴检测液T停留在反应区22(如图8C所示)，以对反应后的受体23透过电化学反应进行所述样本检测。
上述样本液S和清洗液W在清洗202的步骤中经毛细作用渗入微流道11，以及检测液T在检测203的步骤中经毛细作用渗入微流道11，于本实施例皆是在充满微流道11，且从排水口322排出时被吸附件40快速吸收，而使清洗202的步骤中的样本液S和清洗液W，或是在检测203的步骤中的检测液T，可以加速排出微流道11。吸附件40的设置仅为较佳实施例，本发明并不以此为限，意即流经微流道11的样本液S和清洗液W或检测液T，在充满微流道11也可以是从排水口322自然排出，差异在于样本液S和清洗液W或检测液T在有吸附件40时能被快速吸收而加速排出微流道11。
在一实施例中，调节气孔52的孔径大小，以控制样本液S和清洗液W或检测液T排出微流道11的流速。如图8A至图8C所示，当壳体50的气孔52较大时，因可提供的排气量较多，因此样本液S和清洗液W或检测液T排出微流道11的速度较快；另如图8D所示，当壳体50的气孔52较小时，因可提供的排气量较少，因此样本液S和清洗液W或检测液T排出微流道11的速度较慢。此述气孔52的孔径大小的控制，是依样本液S和清洗液W或检测液T排出微流道11的速度需求而定，而本实施例的气孔52于壳体50为固定孔径，透过壳体50的更换以调节气孔52的孔径大小，但本发明并不以此为限，例如于壳体50设置流量阀(图中未示)，气孔52形成在所述流量阀中，且孔径大小可而由所述流量阀调节，同样可控制样本液S和清洗液W或检测液T排出微流道11的流速。
由上述的说明不难发现本发明的特点，在于：
1.本发明的用于生物检测的基于芯片的试剂盒100及其检测方法200，在于样本液S能够直接滴在反应区22，而让样本液S和受体23先进行反应后，样本液S和清洗液W再渗入微流道11而排出，相较习知检测装置是以毛细作用先将样本液引流至反应区后再进行反应者，本发明除了可在无需外力的驱动下完成样本检测外，并可透过样本液S滴入反应区22时直接和受体23先进行反应，以避免样本液须引流至反应区所造成检测时间的拖延，使检测时间相对缩短，藉此达到有效提升检测效率的功效。
2.藉由开孔31呈六边形，且开孔31直通于反应区22，故亲水层32于开孔31中不生毛细作用，六边形构造的开孔31可对样本液S形成阻隔作用，让样本液S及清洗液W或检测液T滴在反应区22时不会有外溢的情形发生，藉此让检测过程顺畅而有助于检测效率的再提升。
3.藉由吸附件40的设置，当样本液S和清洗液W或检测液T在排出微流道11时被吸附件40时快速吸收，相较于自然排出可达到加速的作用，而有助于检测效率的再提升。
本发明在上文中已以较佳实施例揭露，然熟习本项技术者应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以申请专利范围所界定者为准。

Claims (18)

1.一种用于生物检测的基于芯片的试剂盒，其特征在于，包括本体，所述本体包括：
基材，所述基材设有一对电极，且在所述一对电极的局部包括反应区，所述反应区涂覆可供检测目标结合的受体；以及
导流层，所述导流层与所述基材叠设，所述导流层具有与所述反应区同位设置的开孔；
其中，所述受体在所述开孔处外露于所述本体，以使得样本液能够直接滴在所述反应区并与所述受体进行反应；
其中，所述导流层和所述基材间具有连通所述反应区的微流道；
其中，反应后的所述样本液加入清洗液后渗入所述微流道而排出，以使得所述样本液和清洗液都通过毛细作用被吸入微流道。
2.根据权利要求1所述的基于芯片的试剂盒，其特征在于，所述导流层包括具毛细作用的亲水层和不吸水的疏水层，所述疏水层位于所述基材和所述亲水层之间，所述开孔穿透所述亲水层和所述疏水层而直通所述反应区，所述疏水层有裸空而在所述基材和所述亲水层之间形成所述微流道。
3.根据权利要求2所述的基于芯片的试剂盒，其特征在于，所述开孔呈六边形而具有等宽的反应段和呈渐缩状的缓冲段，所述缓冲段具有宽端和窄端，所述宽端延续于所述反应段的一端，而所述窄端相通于所述疏水层的所述裸空处而连通所述微流道。
4.根据权利要求2所述的基于芯片的试剂盒，其特征在于，进一步包括吸附件，所述亲水层在所述微流道远离所述反应区的一端具有排水口，所述吸附件于所述排水口处设在所述亲水层上。
5.根据权利要求4所述的基于芯片的试剂盒，其特征在于，进一步包括壳件，所述本体和所述吸附件被所述壳件包覆而定位，所述壳件具有窗口经所述开孔而在所述受体上方直通所述反应区，且所述壳件在所述排水口的一侧具有气孔，所述排水口在所述壳件中与所述气孔相通。
6.根据权利要求1所述的基于芯片的试剂盒，其特征在于，所述受体选自免疫球蛋白、核酸探针、化学分子或功能性蛋白。
7.一种根据权利要求1至3中任一项所述的基于芯片的试剂盒的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
滴样：将所述样本液从所述开孔直接滴于所述反应区，和所述受体进行一反应时间的反应；
清洗：经所述反应时间后，在所述反应区滴入所述清洗液于所述样本液而大于所述反应区的可容纳体积，以使得所述样本液和清洗液经毛细作用渗入所述微流道并排出；以及
检测：经所述清洗步骤后，在所述反应区滴入检测液，以进行样本检测。
8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于，在所述滴样步骤中，所述样本液以10～15微升的体积在所述反应区进行反应，所述反应时间为1～5分钟。
9.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，在所述清洗步骤，先滴第一滴所述清洗液在所述反应区中清洗所述样本液，且让所述样本液和清洗液渗入所述微流道以完成第一次清洗，再滴第二滴所述清洗液在所述反应区再清洗所述样本液，且让所述样本液和清洗液再渗入所述微流道以完成第二次清洗。
10.根据权利要求8所述的检测方法，其特征在于，在所述检测步骤，先滴第一滴所述检测液在所述反应区，且让所述残留清洗液和检测液经毛细作用渗入所述微流道后，再滴第二滴所述检测液在所述反应区，所述第二滴检测液停留在所述反应区以进行所述样本检测。
11.一种根据权利要求4所述的基于芯片的试剂盒的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
滴样：将所述样本液从所述开孔直接滴于所述反应区，和所述受体进行反应时间的反应；
清洗：经所述反应时间后，在所述反应区再滴入所述清洗液在所述样本液而大于所述反应区的可容纳体积，让所述样本液和清洗液渗入所述微流道；以及
检测：经所述清洗步骤后，在所述反应区滴入检测液，以进行样本检测；
其中，流经所述微流道的所述样本液和清洗液或所述检测液被所述吸附件快速吸收而排出所述微流道。
12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于，在所述滴样步骤中，所述样本液以10～15微升的体积在所述反应区进行反应，所述反应时间为1～5分钟。
13.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，在所述清洗步骤，先滴第一滴所述清洗液在所述反应区中清洗所述样本液，且让所述样本液和清洗液渗入所述微流道以完成第一次清洗，再滴第二滴所述清洗液在所述反应区再清洗所述样本液，且让所述样本液和清洗液再渗入所述微流道以完成第二次清洗。
14.根据权利要求12所述的检测方法，其特征在于，在所述检测步骤，先滴第一滴所述检测液在所述反应区，且让所述残留清洗液和检测液经毛细作用渗入所述微流道后，再滴第二滴所述检测液在所述反应区，所述第二滴检测液停留在所述反应区以进行所述样本检测。
15.一种根据权利要求5所述的基于芯片的试剂盒的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
滴样：将所述样本液从所述开孔直接滴在所述反应区，而和所述受体进行反应时间的反应；
清洗：经所述反应时间后，在所述反应区再滴入所述清洗液于所述样本液而大于所述反应区的可容纳体积，让所述样本液和清洗液渗入所述微流道；以及
检测：经所述清洗步骤后，在所述反应区滴入检测液，以进行样本检测；
其中，调节所述气孔的孔径大小，以控制所述样本液和清洗液或所述检测液排出所述微流道的流速。
16.根据权利要求15所述的检测方法，其特征在于，在所述滴样步骤中，所述样本液以10～15微升的体积在所述反应区进行反应，所述反应时间为1～5分钟。
17.根据权利要求16所述的检测方法，其特征在于，在所述清洗步骤，先滴第一滴所述清洗液在所述反应区中清洗所述样本液，且让所述样本液和清洗液渗入所述微流道以完成第一次清洗，再滴第二滴所述清洗液在所述反应区清洗所述样本液，且让所述样本液和清洗液渗入所述微流道以完成第二次清洗。
18.根据权利要求16所述的检测方法，其特征在于，在所述检测步骤，先滴第一滴所述检测液在所述反应区，且让所述残留清洗液和检测液经毛细作用渗入所述微流道后，再滴第二滴所述检测液在所述反应区，所述第二滴检测液停留在所述反应区以进行所述样本检测。
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