CN118348248A - 一种检测液体样本中被分析物质的装置以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种检测液体样本中被分析物质的装置,包括:测试区域和吸水区域,其中测试区域用于接触液体,而吸水区域位于测试区域的下游,用于吸收来自测试区域上的液体,在测试区域上固定一个或者多个第一受体,该第一受体能够特异结合液体样本中一种被分析物质或者多种不同的被分析物质,利用这样的装置,可以实现一次检测一个液体样本中的多种被分析物有无或含量,达到高效,便捷的检验效果。
Description
本申请主张中国在先申请,申请号:202310616287X,申请日:2023年5月29日的优先权,其申请的所有内容,包括但不限于,摘要,权利要求书,说明书附图,说明书作为本申请的一部分全部引用。
技术领域
本发明涉及体外诊断检测领域,具体涉及一种基于横向流动检测液体样本中被分析物质的免疫反应芯片以及使用方法。
背景技术
免疫学分析方法以其特有的专一性,高灵敏度,和可操作性,广泛地被应用在痕量物质的检测方面。在医学,兽医学,农业,畜牧业,食品安全,环境监控,生物安全等领域有着非常广泛的应用。
利用抗原抗体的特异性结合原理,可以实现对同一样本中多种物质的同时检测。例如固相蛋白芯片,液相蛋白芯片,膜条式免疫印迹,微阵列酶联免疫法,斑点ELISA等。所有的这些方法都具有所需样本少,高通量的特征,被应用到各个细分领域中,如过敏原检测,自身免疫性疾病,多种肿瘤标志物,多种病原体检测,多种农兽药残留检测,和多种天然毒素检测等。
目前为止,所有的免疫学检验方法均需要参与免疫反应的抗原或抗体固定在某种固相表面上,例如平面玻璃表面,高分子聚合物平面表面,高分子聚合物微球表面,膜结构中。其中一部分检测方法是基于膜材料的可同时检测多种被分析物的方法。膜材料的本质是多岔纤维交错在一起形成的多孔材料,这种材料本身具有瞬时结合大量蛋白,化学惰性,和毛细作用等特性,使得基于膜材料的免疫学检测方法种类繁多,应用十分广泛。目前斑点酶联免疫法(Dot-ELISA),免疫印迹(Western Blot),免疫渗滤(flow through)和免疫横向色谱法(lateral flow)为主要应用方法。
所有的免疫学反应都需要在以水为基质的液体中进行,在液体中抗原和抗体通过碰撞发生特异性结合,即免疫反应,最终形成免疫复合物。当使用膜作为固相载体时,免疫反应主要发生在固相和液相间的界面。免疫反应的效果除了受到在液相中参与免疫反应各抗原或抗体的浓度,在固相表面参与免疫反应的抗原或抗体的分布密度,以及它们之间的亲和性外,还要受到固相与液相界面的有效接触程度影响。
在实际应用方面,一种检测方法需要同时满足高灵敏度,稳定的重复性(精密度),和简单快捷。因此需要根据如上免疫反应的原理进行合理设计。然而目前的主要方法都存在一些固有的缺陷。
斑点酶联免疫法和免疫印迹法,膜作为固相载体,主要起到的是固定抗原或抗体的作用。当液体加入到膜上时,固相与液相之间的主要反应发生在膜表面与液体的接触面,位于膜内部表面的则与液体的有效接触相对弱。这种相对弱的接触,使得固定于膜内部的抗原或抗体不能迅速和液相中的相对应的抗体或抗原发生反应。因而,在实际运用中,需要较长的孵育时间,已达到抗原抗体之间发生充分的免疫反应,通常孵育时间在30分钟以上,并且需要外加振荡和加温等提高液相中抗原或抗体的运动速度。这种由于低效碰撞而增加孵育时间和辅助增加外力及环境温度的方式同时也增大了非特异性结合发生的风险,目前通用的解决方法是在免疫反应结束后增加洗涤强度,如使用洗涤液长时间浸泡,辅助振荡,以及反复洗涤数次,例如浸泡5分钟,反复清洗3次以上。这又降低了该种检测方法的便捷性。目前应用该种模式的检测方法均需要数小时时间,以及过程中引入多种辅助措施和复杂操作才能获得结果,例如必须借助一些设备来完成(例如加温设备、机械震荡设备等等)。
对于免疫渗滤法,膜亦作为固相材料固定免疫元件,免疫反应的各步骤所使用的液体在垂直膜平面方向穿过,液体中被分析物得以渗滤是基于液体自身重力和位于膜下层的吸液材料的毛细作用驱动的。当渗滤完成后,被分析物可以被膜上固定的抗原或抗体捕获,接下来再滴加含有标记的抗原或抗体,同样通过液体自身重力和位于膜下层的吸液材料的毛细作用驱动,标记的抗原或抗体结合被捕获的被分析物,形成免疫复合物。这种方法使用小孔径的膜,如0.45μm或0.22μm的硝酸纤维素膜,来提高固定的抗原或抗体的密度,但由于渗滤速度非常快,固定的抗原或抗体,被分析物和标记的抗原或抗体之间免疫反应发生碰撞的时间过小,从而难以保证有效形成免疫复合物。这样导致该种方法的灵敏度不高。另外液体穿过膜的速度,也会受到吸水材料与膜的紧密贴紧程度的影响,使得免疫复合物形成量的重复性较差。使得该方法在应用上受到限制。
对于免疫横向色谱法,膜本身的多孔性质,在接触液相时,毛细扩散作为驱动力,可以将含有样本和标记的抗原或抗体的液体流经检测区域的固定的配对的抗原或抗体,发生免疫反应,之后通过的液体被吸液材料不断吸取,吸液材料作为驱动力,最终完成所有液体流经检测区域固相抗原或抗体,在检测区域会出现由于免疫复合物的形成而发生的标记物的堆积,该堆积的标记物与被分析物的存在有无及存在的量的多少有关。所使用的标记物包括胶体金,乳胶颗粒,荧光微球,量子点等。目前的所有标记技术在免疫横向色谱法中的应用皆存在分析项目有限的问题,即检测的项目数量不多,一个试剂条做到出现3个被分析物质,是目前最大的限度。其根本原因一方面是在于这种模式使用的免疫复合物放大的方式基本属于物理放大,为了提高检测的灵敏度,目前所有的标记物的自身尺寸较被标记物的分子尺度大(例如液体中的抗体分子大约在6nm,而作为标记物的胶体金通常在40nm以上,乳胶微球则200nm),后流经的检测区域要受到先流经的检测区域的标记物堆积程度的影响。通常一个免疫横向色谱法的装置中检测项目不多于3种。主要的原因除了上述的项目间的影响外,还包括标记物本身的微观尺寸太大,装置中承载的标记物的总量有限。目前通常解决的办法是分别制备能够检测一种或少量几种被分析物的试纸,然后把多种试纸组装到一个塑料卡槽中,例如对于尿液药物滥用的测试。这种解决办法的本质是多个检测试剂的组合,需要成倍的样本量,因而只能测定少数被分析物。
现有的基于多孔膜材料的免疫反应芯片在测定多个检测指标时,往往采用多个独立的测定点,将待测液体滴加在各个独立的测定点上进行免疫反应,这样的方式下会存在一些问题:当测定过多的检测指标时,操作繁琐,需要的样本量大;而且在样本浓度过高或过低时可能会出现测量结果不准确的现象。
因此,亟需寻找一种同时满足简单快捷,高灵敏度,稳定的重复性(精密度)的应用于多种被分析物质同时分析的基于多孔膜材料的免疫反应检测方法。
发明内容
为解决上述传统技术中存在的问题,本发明提供了一种适用于应用生物材料测定样本中被分析物的芯片元件和使用方法。利用本发明的方法可以同时测定多种被分析物质,而且操作简单,可以适合OCT等家庭自身测试,也可以适用于专业机构进行测试。同时,被检测的被分析物质的数量可以超过3种以上,而且需要的样本量很少,特别适合哪些需要一次性检测10-100种不同的被分析物质,而且样本量有限的情况下,本发明的测试装置与方法特别有效。
一方面,本发明提供一种测试装置,用于检测液体样本中被分析物质的装置,该装置包括测试区域以及与测试区域流体连通的吸液区域,利用吸液区域,可以多次大量的吸收来自测试区域的液体,让不同的液体流经测试区域,从而完成被分析物质的化验或者测试。
在一些方式中,测试区域被设置或者布置在多孔材料上,多孔材料本身具有吸水性质,这种吸水性质主要依靠毛细作用进行液体的吸收或者让液体在多孔材料上运动。在一些方式中,当多孔材料本身被湿润后,或者当多孔材料本身丧失了毛细作用力的时候,如果希望继续让另外不同种类的液体在多孔材料上流动,则需要依靠吸收区域的毛细作用力,让不同种类的液体流经多孔材料,穿过测试区域,从而完成被分析物质的测试。这种液体的扩散速度是可以得到比较准确的控制。在一些方式中,液体在多孔材料扩散的方向可以得到控制;在一些方式中,液体在多孔薄膜上流动的方向是单方向的,多种液体在不同的时间,都是以单个相同方向流动。
本发明从免疫复合物形成的原理,纤维膜与液体之间固液界面特性,和转化形成的免疫复合物为可观测信号的方式三方面克服了现有技术的缺陷,设计出一种单方向横向扩散的免疫反应芯片元件和相应的使用方法。该种免疫反应芯片和使用方法不仅快速简单,灵敏度高,重复性性好,还为同时检测多个指标的定性和定量分析提供了可能性。该种方法不仅适合于手工操作,也可以配套简单的仪器进行自动化分析。这里的免疫反应芯片与本发明所描述的“装置”具有相同的含义。
在一些方式中,多孔薄膜上测试区具有多个测试单元,每个测试单元针对一种被分析物质,或者,多个测试单元可以测试多种不同的被分析物质。在一些方式中,多个测试单元以阵列的方式分布在多孔薄膜上,这些多个测试单元形成一个测试区域。在一些方式中,每个测试区域固定一种第一受体,该受体仅仅特异捕获样本中的一种特异的被分析物质,例如抗体或者抗原。在一些方式中,该受体可以与另外的结合元件结合,例如生物素,但是该受体仅仅可以结合样本中一种被分析物质。当多个测试单元上,每个测试单元固定一种第一受体,则形成了多个第一受体的阵列,每个第一受体能够特异结合样本中的被分析物质,则可以同时检测同一样本中的多个被分析物质。这种测试,是液体样本依靠多孔薄膜本身,或者多孔薄膜与吸水区域配合,而在多孔薄膜上流动。这种流动是横向同方向流动。在一些方式中,除了液体样本本身流动外,还可以让别的种类的液体在多孔薄膜上流动,参与整个测试过程,最终得以完成被分析物质的存在或者数量的测定。在一些方式中,在多孔薄膜的内部设置多个固定的结合位点,例如固定多个第一受体,多个点可以并排或前后或形成一个阵列,均不会影响到各个结合点的检测。这样可以实现一次加样,待测液体依次流过所有结合位点,产生多个检测指标的效果。在一些方式中,测试单元可以以以任何形式被设置在测试区域上,或者相互间隔,或者排成任何图形都是可以,例如圆形,正方行,梯形,菱形等等。
在一些方式中,除了液体样本外,还包括别的液体,例如包括并不限制,一种或者多种清洗液,含有封闭试剂的封闭液,第二受体溶液,能够与标志物质反应的反应溶液。这些的清洗液可以是包括多种不同目的的清洗液,比如液体样本流过多孔薄膜后,随后让清洗液通过多孔薄膜,清除残留的液体样本或者残留的杂质等等。在一些方式中,当第二受体溶液通过多孔薄膜后,可以让另外的清洗液通过多孔薄膜,清洗掉残留的第二受体。在一些方式中,还可以是多种清洗液,多种第二受体溶液。在一些方式中,还可以是反应溶液,该反应溶液中含有反应试剂与固定在测试单元上的免疫复合物上的标记物质发生反应,产生信号物质,等信号物质产生后,还是可以用清洗液进行清洗,从而去掉残留的物质。这些液体包括但不限于液体样本,样本与样本稀释液混合液,洗涤液,含酶标记的抗原或抗体的液体,含小分子标记的抗原或抗体的液体,含酶标记的与小分子发生特异性结合的配体的液体,和反应液,封闭液以上各种液体的组合或者混合液。在一些方式中,以上各种不同的液体被预先存储在多腔体的结构中,当需要反应的时候,让测试装置的用于接收液体的端插入到腔体中,从而接触不同的液体。当然,也可以采用自动化的操作,让测试卡自动的插入到各个腔体中接触不同的液体。
当然,封闭液是为了封闭那些多孔薄膜上的空白区域或者测试单元上的空白区域,减少假阳性的发生。在一些方式中,封闭液含有封闭试剂,这些封闭试剂主要是用来封闭多孔薄膜上的一些位点,让其不能结合第二受体,这些位点可以是空白区域的位点,也可以是测试单元上的位点。在一些方式中,第二受体溶液中的第二受体与被第一受体捕获的被分析物质特异性结合。这里的特异结合的意思是,第二受体与被分析物质的结合效率高于第二受体与其它物质的结合效率。例如第一受体与被分析物质形成的复合物结合第二受体的效率是100%,则第二受体就100%不能与其它物质,例如别的复合物、别的被分析物质结合。如果结合效率是95-99%,则第二受体能够特异结合第一受体与分析物质形成的复合物的结合是95-99%,则第二受体就只有5-1%的可能与其它物质集合,例如与别的复合物、别的被分析物质结合结合。这里的特异结合的效率可以是100%,也可以是60%以上的结合效率。
在一些方式中,第二受体是可以特异结合被分析物质,在一些方式中,第二受体可以特异结合复合物质上的特异位点,例如第二受体可以特异结合第一受体,或者第一受体与被分析物质结合形成复合物上的部分位点。在一些方式中,如果第一受体是抗原,则可以特异结合样本中的抗体,而第二受体可以是样本中的抗体的抗体,或者能够特异结合样本中的抗体的其它类似受体。例如,第一受体可以是样本中抗体的第一抗体,第二受体则可是样本抗体的第二抗体。如果需要检测样本中的抗原,则第一受体可以是抗原的第一抗体,第二受体则可以是抗原的第二抗体。
在一些方式中,第二受体还带有标记物质,该标记物质能够与反应溶液中的反应试剂产生信号,该信号的存在表示被分析物质的数量或者被分析物质是否存在。在一些方式中,标记物质并不需要与反应试剂接触,而直接带有直观的信号,例如颜色颗粒,颜色染料,或者荧光染料等等,这些带有颜色的颗粒可以直接通过肉眼来读取测试结果,如果是荧光染料,则通过能够读取荧光的设备来读取。例如,标志物质也可以是金颗粒,乳胶颗粒或者水溶性颜料。当采用直观符号的标志物质的时候,在一些实施例子中,也需要清洗液体或者封闭液体,这些清洗液体或者封闭液体可以在液体样本流过多孔薄膜后对薄膜进行清洗,也可以是封闭液体流过薄膜后对薄膜进行清洗,还可以是带有标志物质的第二受体流过薄膜后,对薄膜进行清洗。
当标记物质需要与反应溶液进行反应产生信号的时候,则标志物本身并不可以直接带有信号,而是与反应试剂发生了反应而产生信号。这种“反应”可以表示化学反应,也可以表示反应试剂与标志物接触而发生空间构想的改变而产生信号。这种信号可以通过肉眼读取,也可以通过机器设备来读取。信号可以是颜色变化、光、电、射线等信号。颜色信号可以是颜色的出现或者消失,光可以是发光物质、光波的变化或者波长的变化、电可是直流交流电,后者电子出现或者电子的流动等。
在一些方式中,标志物质为酶,而反应溶液中的反应试剂与酶接触从而产生颜色物质,这些颜色物质聚集在测试单元上,从而可以表示测试单元上的被分析物质是否存在以及存在的数量。
在一些方式中,标志物质为酶,而反应溶液中的反应试剂与酶接触从而产生荧光物质,这些荧光物质聚集在测试单元上,从而可以表示测试单元上的被分析物质是否存在以及存在的数量。
在一些方式中,为了让多孔薄膜更加方便的接触液体而让液体在薄膜上进行流动,在多孔薄膜上设置一个区域,用于接触液体,例如在测试区域的上游设置一个区域用于接触液体,而在测试区域的下游设置吸水区域用于吸引多孔薄膜上的液体流动,或者吸收区域持续提供多孔薄膜毛细作用力,让不同的液体可以多次从测试区域的上游经过测试区域,流向测试区域的下游。可以这样理解,在同一个多孔薄膜上划分几个区域,一个区域是用于接收液体,另外一个区域是与吸收区域接触,而这两个区域之间就设定了测试区域。接受液体的区域与和吸水区域接触的区域以及测试区域都位于同样的材质的多孔薄膜上。当然,三个区域选择不同的材质的多孔薄膜也是可以的。例如测试区域位于一个多孔薄膜上,而接受液体的区域可以是另外不用于测试区域的其它多孔薄膜。
在一些方式中,对多孔薄膜的选择上,我们选取了特定孔径大小的膜。当待测液体与结合点发生免疫反应后,在固定点产生了免疫复合物,我们选择孔径较大的膜,可以保证在发生免疫反应生产免疫复合物后,免疫复合物不会阻塞膜通道,不会阻碍未反应完的待测液体继续向吸液区域扩散与后位的结合点反应。在薄膜上以阵列的方式设置多个测试单元,这些测试单元对于液体流动方向上,总是有先接触液体,也有最后接触液体,如果最先接触液体的测试单元发生反应后,对于薄膜具有阻塞,液体流速减慢或者改变了液体流动的方向,则会造成后接触液体的测试单元上反应不完全,有些可能不会与液体接触,从而造成部分测试单元可以有效测试,而有些测试单元不能完成有效测试。
在一些方式中,让液体尽量从多孔薄膜上穿过,而尽量减少液体在薄膜的表面流过,这样可能引起“洪流”而影响测试结果。所以,在一些方式中,我们在接收液体的区域的下游设置阻液元件,阻挡液体从多孔薄膜的表面流过,而是让其穿过薄膜,从而让液体充分与每个测试单元接触。在一些方式中,由于结合点主要是是固定在膜内部的,此举能有效避免液体试剂在膜表面流动,那么集中在膜内部毛细通道中扩散,能够增加与结合点上免疫复合物形成的效率,增加检测的精确度和灵敏度。
在一些方式中,在测试区域的下游也可以设置阻液元件,减少液体流动的速度,让液体可以多停留在多孔薄膜上更多的时间,也具有让液体尽量穿过薄膜到达吸收区域,让吸收区域尽量依靠毛细作用来来吸收来自多孔薄膜上的液体,而避免让液体通过薄膜的表面流到吸水区域上。
在一些方式中,在接收液体的下游,测试区域的上游,以及在测试区域的下游,吸水区域的上游都设置阻液元件,这样,一方面让液体尽可能从薄膜中穿过而减少从薄膜表面流过,另一个方面也是让液体更多的时间停留在薄膜中与多个测试单元接触,特别是当一次性测试多个被分析物质的时候,这个就显得比较重要。当含有多个测试单元,例如测试10-100个不同的被分析物质的时候,这些测试单元接触液体也有先后顺序,而让液体产过薄膜,可以让液体具有更多的机会接触到每个测试单元,从而对于检测来讲,提高有效测试效率。
在另外一些实施例子中,当通过让薄膜一端接收液体,流过多孔薄膜上的测试区域,而最终流到下游的吸收区域。比如,这些液体可以是液体样本,清洗液,含有标志物质的第二受体,以及反应液等等。但是,在有些情况下,仅仅依靠液体流动穿过多孔薄膜的时间进行不同测试单元的测试,虽然能够测试,但是效果并不理想,希望让液体多停留在多孔薄膜上,让液体充分与各个测试单元接触,充分反应。所以,本发明的阻液元件具有这样的功能,特别是设置在测试区域下游的阻液元件,能够让液体不能快速的流到吸水区域,而可以多停留在多孔薄膜上。
在一些方式中,所述的阻液元件把多孔薄膜上的测试区域围城一个特定的区域,例如类似一个蓄水池或者储液池,液体可以直接从多孔薄膜上滴加到池子中,让液体在多孔表面具有一定的高度。这样,池子里面的液体可以同时覆盖所有测试单元。这里的液体在一些方式中,是含有与标志物反应的反应试剂的溶液。当需要让反应试剂与标志物接触时间较长,让标记物充分反应消耗完成,这样可以获得更加准确的结果。这里的时间比反应液从多孔薄膜的一端进入,从测试区域下游流出这种方式花费的时间要长一些。在一些方式中,当液体位于阻液元件围成的储液池中的时候,吸水区域仍然保持对多孔薄膜的吸水能力,储液池中的液体也会因为吸水区域毛细作用,向吸水区域流动。可以这样理解,反应液一边与测试区域上的多个测试单元接触发生反应,同时也不断的穿过多孔薄膜流到吸水区域。等到反应液完全被吸水区域吸收,这个时候,基本反应完全。反应液反应的时间可以依靠反应液的多少而确定。
在一些方式中,标记物质为酶,第二受体被酶标记,当含有酶标记的第二受体与第一受体与被分析物质结合形成复合物发生特异结合,标记的酶也会被带到免疫复合物中,被固定在测试单元上。当反应区域反应结束后,可以使用清洗剂清洗反应区域残留的含有酶标记的第二受体,随后加入标记的酶对应的反应液,反应液如果接触到酶标记的免疫复合物中,即可被酶催化,产生可见光下可见的物质或荧光物质或微光物质,可被肉眼观测或凭借传感器测定荧光和微光信号来观测。在一些方式中,反应液可以直接滴加到由阻液元件形成的池子中进行反应。在一些方式中,阻液元件涂布薄层胶的疏水性高分子塑料薄片,符合的材料包括但不限于聚氯乙烯(PVC),聚酯(PET),聚苯乙烯(PS)片型材。利用胶黏剂把阻液元件粘附在多孔薄膜的表面上。在一些方式中,阻液片的本身具有一定弹性,弹性由材料以及胶黏剂调节,确保与外壳的紧密贴附,消除液体侧漏风险。在一些方式中,阻液元件是由测试卡的上卡与下卡的窗口区域来完成的,而并不单独设置阻液元件。
在一些方式中,若将酶看成球体,标记用酶的大小和酶本身的分子量相关,如辣根过氧化物酶(HRP),分子量约为40kD,则其分子直径约为4nm;重组碱性磷酸酶(AP),分子量约为80kD,则其分子直径约为5nm。若以免疫复合物的形式为,膜-抗原-抗体(被分析物质)-抗体(被分析物的抗体)-酶,则免疫复合物中抗体-抗体-酶相对于膜-抗原的厚度仅增加约16nm,远小于膜的孔道孔径8μm(8000nm),产生的带酶标记的免疫复合物不会阻塞膜的内部通道,不会阻碍待测液体试剂继续往后扩散与后位结合点发生免疫反应。
如上所述的孔径为8μm的膜为电镜实测孔径,在实际应用中,可以根据液体在膜中的横向流速做为膜大小的判断标准。膜孔径的大小与单位距离膜内液体横向扩散的时间成反比。8μm膜内液体横向扩散4cm,用时大约140秒,当用时时间短,则表明膜孔径大于8μm,反之,则表面膜的孔径小于8μm。
在一些方式中,本发明提供的横向扩散检测的免疫反应芯片及其使用方法。这样能够避免现有技术下的一些问题,例如:多个检测指标多次加样,在本发明提供的芯片和方法中只需要加一次样,操作更便捷,且适用于样本较为稀缺的情况;且通过酶标记的手段来反映免疫反应的进行,更加直观。
现有的芯片无法采取上述的方法,其原因主要在于:多个结合点之间会互相影响,前位的测试区域发生了免疫反应,后位测试区域的受到的影响不可忽略,造成测定上的问题;即使在极端情况下多个结合点不发生互相影响,液体可能会从表面流走,从而只有少量甚至不与结合点发生反应,严重影响了测定的准确度。而本发明提供的横向扩散检测的免疫反应芯片和使用方法可以解决这些问题,原理已在上文中进行了阐释。
在一些方式中,多孔薄膜的孔径大于8μm。在一些方式中,应用在膜片上的膜的材料包括但不限于硝酸纤维素膜(nitrocellulose membrane),聚偏氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride membrane),改性尼龙膜(Nylon membrane),或聚苯醚砜膜(polyethersulfone)。
在一些方式中,吸水区域包括具有吸水功能的材料,包括但不限于纤维素滤纸,醋酸纤维素块。在一些方式中,吸水区域稀释容量大于或者远远大于多孔薄膜的吸水容量。在一些方式中,吸液材料的可驻留液体量远大于完成一次检测时膜片上膜的进液区域所进入液体及反应区域所进入的反应液的总和或膜片上膜的排液区域所排出液体的总和。
在一些方式中,该装置还包括上卡与下卡组装而成的舱室,把吸水材料,部分多孔薄膜保护起来,仅仅让测试区暴露,通过上卡的窗口暴露测试区域,用于测试结果的读取。在一些方式中,第一受体或者第二受体可以包括,但不限于,多肽、蛋白、糖蛋白、脂蛋白、核酸及与核酸结合的蛋白复合结构,也包括抗体、抗原、或者任何其他可以用来直接或者间接采用特异结合来测试样本中的被分析物质的任何物质。
本发明的另外一个方面,提供一种测试液体样本中被分析物质的方法,该方法包括:提供一个测试装置,该装置包括多孔薄膜,以及与多孔薄膜流体连通的吸水区域,其中,多孔薄膜具有第一端与第二端,所述的第二端与吸水区域连接,在多孔薄膜的第一端与第二端设置了测试区域,该测试区域上包括测试样本中一种或者多种被分析物质是否存在或者数量一种或者多种第一受体,让多孔薄膜的第一端接触液体样本,让液体样本在多孔薄膜流动,从而经过测试区域,与测试区域上的第一受体发生结合反应,形成复合物,然后流到吸水区域。
在一些方式中,在让多孔薄膜的第一端接触液体样本后,再让多孔薄膜的第一端接触带有标记物的第二受体,让第二受体在吸水区域的作用下,沿着多孔薄膜流动并经过测试区域,与测试区域的复合物发生结合反应,从而被固定在测试区域上。
在一些方式中,所述反应液包括可被酶催化发生化学发光、生成荧光沉淀或可见光下肉眼可见的色团沉淀的物质。在一些方式中,本发明的测试区域检测样本中被分析物质的技术方法包括免疫学反应模式,包括但不限于一步夹心法,二步夹心法,间接法,和阻断竞争法。在一些方式中,测试区域也可以包括适用于杂交测试的技术方法,包括但不限于为测定DNA的由PCR扩增后的同序列或互补序列的DNA混合溶液,由为测定RNA由反向PCR扩增后的同序列或互补序列的DNA混合物溶液。在一些方式中,所述免疫反应芯片元件与不同液体或液体试剂反应完成后形成不同的中间体,如蛋白-蛋白复合物,蛋白-蛋白-标记蛋白复合物,蛋白-标记蛋白复合物。在一些方式中,核酸杂交实验中,所形成的中间复合物为,DNA-DNA-FITC复合物,DNA-DNA-Biotin复合物,DNA-DNA-Bition-streptavidin-酶复合物,DNA-DNA-FITC-Anti-FITC抗体-酶。
在一些方式中,在让多孔薄膜的第一端接触液体样本后,再让多孔薄膜接触清洗溶液,去掉测试区域上的杂质或者残留在测试区域上的液体样本。
在一些方式中,让在让多孔薄膜的第一端接触液体样本后,顺次接触第一清洗液,带有标志物的第二受体的溶液,第二清洗液,然后是反应液,其中所述的反应液中包括能够与标记物发生反应产生信号的反应试剂。
在一些方式中,在接触液体样本后,或者接触第一清洗液之后,让多孔薄膜的第一端接触封闭溶液,其含有封闭试剂。在一些方式中,封闭试剂包括蛋白,多肽或者蛋白片段。
在一些方式中,在测试区域的上游设置阻液元件,该阻液元件覆盖在多孔薄膜上,并露出多孔薄膜的第一端,从而形成接触液体的一端。在一些方式中,让液体从所述阻液元件上游进入,穿过多孔薄膜,然后穿过多孔薄膜上的测试区域,然后流入到吸水区域。所述的阻液元件让来自所述的第一端的液体从多孔薄膜穿过,而不从多孔薄膜的表面流过。
在一些方式中,在吸水区域与测试区域之间设置第二阻液元件,让位于多孔薄膜上的液体更多时间的停留在多孔薄膜上,从而让液体更多的时间与测试区域接触。所以,该第二阻液元件被设置为减少液体流速的作用。该第二阻液元件的作用也可以理解为让液体正常的流速减慢。在一些方式中,所述的阻液元件施加多孔薄膜一定压力,从而让多孔薄膜被压迫,从而减慢了在其上液体的流速,但是并没有完全切断多孔薄膜与吸水区域的连通。在一些方式中,所述的吸水区域可以继续吸收来自多孔薄膜上的液体。
在一些方式中,所述的阻液元件在多孔薄膜上围城一个池的区域,所述的测试区域位于所述的池的区域中,向池中直接加入反应液,让反应液与整个测试区域接触。在一些方式中,所述的反应液包括反应试剂,所述的反应试剂能够与标记物质反应生产信号物质。所以,在一些方式中,当带有标记物质的第二受体溶液经过测试区域之后,在向池中直接加入反应液,并让反应液中的反应试剂与测试区域上固定的标记物质进行反应生成信号物质。所述的标记物质为酶,则所述的反应试剂能够与酶发生反应,生成信号物质则为带有颜色的沉淀物质。
在一些方式中,向池中直接加入反应液,并让反应液覆盖在测试区域上形成一层反应液,并停留一段时间。所述的时间可以是10秒-60分钟。在一些方式中,让反应液停留的同时,吸水区域能够继续吸收来自薄膜的反应液,停留的时间直至吸水区域把反应液全部吸收到吸水区域中。
本面发明的第三方面,提供一种测试抗敏原的装置,该装置包括,包括:测试区域和吸水区域,其中测试区域用于直接接触液体,而吸水区域位于测试区域的下游,用于吸收来自测试区域上的液体,让液体横向流动穿过测试区域并流到吸水区域上,其中,在测试区域上固定多个特异结合样本中过敏抗体的第一受体,该第一受体可以是过敏原或者过敏抗体的第一抗体。该多个不同的第一受体结合液体样本中多个不同的过敏原抗体。在一些方式中,所述的测试区域位于多孔薄膜上。在一些方式中,所述的多孔薄膜的一端用于直接接触液体,多孔薄膜的另一端与吸水区域接触,从而让吸水区域吸收来自多孔薄膜上的液体,从而让液体从多孔薄膜的接触液体的一端经过测试区域流到与吸水区域接触的另一端。在一些方式中,所述的液体包括用于溶解或者稀释液体样本的稀释液,含有标记物质的液体,洗涤液体和封闭液中的一种或者多种。在一些方式中,所述的多孔薄膜用于直接接触液体的一端可以连续的接触液体样本,含有标记物的液体,洗涤液体,封闭液以及与标记物能够反应生成信号物质的反应液中的一种以上的液体。在一些方式中,多孔薄膜的一端可以顺次接触液体样本,第一清洗液,封闭液,含有标记物的抗过敏抗体的抗体液体,第二清洗液,与标记物能够反应生成信号物质的反应液。
在一些方式中,含有标记物质的液体包括带有所述标记物的多种不同的能够特异结合过敏原抗体(IgE)的第二受体,第二受体可以是敏原抗体(IgE)的抗体,也可以是其他能够特异结果第一受体与过敏原抗体的复合物。所述的过敏抗体的抗体能够特异结合样本中的不同的过敏原抗体。在一些方式中,每个所述的抗体所带的标记物质种类相同。在一些方式中,所述的标记物的种类包括酶、带有颜色的颗粒或者染料,或者荧光标志物,优选的方式为酶。
在一些方式中,所述的装置还包括阻液元件,该阻液元件能够让反应液体停留在多孔薄膜上的测试区域上或者让从多孔薄膜的一端进入的液体尽可能不从表面流动而穿过薄膜,并流过测试区域。在一些方式之中,在多孔薄膜接触液体的一端与测试区域之间设置第一阻液元件,该元件让从该端进入的液体不从薄膜表面流动,而是穿过薄膜本身,经过测试区域。在一些方式中,在测试区域下游与吸水区域之间设置阻液元件,从而让液体流速减慢,让液体可以多停留在测试区域上。在一些方式中,所述的阻液元件在多孔薄膜上围城一个池的区域,所述的测试区域位于所述的池的区域中,向池中施加反应液,并让反应液与测试区域接触。在一些方式中,所述的反应液包括反应试剂,所述的反应试剂能够与标记物质反应生产信号物质。所以,在一些方式中,当带有标志物质的第二受体溶液经过测试区域之后,在向池中施加反应液,并让反应液中的反应试剂与测试区域上固定的标记物进行反应生成信号物质。所述的标记物为酶,则所述的反应试剂能够与酶发生反应,生成信号物质则为带有颜色的沉淀物质。
在一些方式中,所述阻液元件是实质由疏水性高分子材料组成,其包括,聚氯乙烯,聚酯,聚氨酯,聚苯乙烯中的一种或者多种。在一些方式中,所述的用于溶解液体样本的溶液不含有封闭试剂。在一些方式中,所述的封闭试剂是被设置用于封闭多孔薄膜上空白区域的多孔。在一些方式中,所述的封闭试剂包括酪蛋白。在一些方式中,所述的多孔薄膜包括硝酸纤维膜或聚偏氟乙烯膜。在一些方式中,所述的多孔薄膜是使用纯水作为液体沿多孔薄膜扩散4厘米所需要的时间小于5分钟。在一些方式中,所述的吸水区域包括吸水垫,所述的吸水垫包括亲水性纤维材料,选自天然植物纤维,或选自化学合成的醋酸纤维。在一些方式中,所述的液体样本为血清、血浆或者全血样本。
本发明的第四方面,提供一种测试样本中过敏原抗体的方法,该方法包括一种检测液体样本中过敏原抗体的方法,所述的方法包括:提供一个测试装置,该装置包括测试区域与吸水区域,所述的测试区域上以阵列的方式固定多个第一受体,每一个受体能够特异结合液体样本中的一种过敏原抗体;所述的测试区域位于多孔薄膜上,所述的多孔薄膜具有第一端与第二端,所述的吸水区域与多孔薄膜的第一端连接,让多孔薄膜的第二端接触触液体样本,从而让液体样本通过多孔薄膜上的测试区域,然后流到吸水区域。
在一些方式中,让多孔薄膜的第二端接触含有封闭试剂的封闭液体,让封闭试剂填充多孔薄膜上的空白区域或者封闭非特异性的结合位点。在一些方式中,让多孔薄膜的第二端接触含有标记物质的多个第二受体溶液,所述的每一个第二受体可以特异结合样本中一种过敏原抗体,从而依靠吸水区域的毛细作用,让含有标记物质的第二受体溶液经过测试区域而流到吸水区域。在一些方式中,在多孔薄膜上还包括由阻液元件形成的一个区域,该区域内包括所述的测试区域,所述的阻液元件能够让反应液停留在测试区域上。
在一些方式中,把反应液直接施加在测试区域上,从而所述的阻液元件能够让反应液停留在测试区域内。在一些方式中,所述的反应液包括反应试剂,所述的反应试剂能够与标记物质发生反应而产生信号,根据信号的有无或者数量来获得被分析物质的有无或者数量。在一些方式中,所述的信号可被读取,优选的,可以被肉眼读取。在一些方式中,根,当反应液停留在测试区域上的时候,所述的吸水区域能够同时吸收多孔薄膜上部分反应液流到吸水区域上。在一些方式中,让反应液停留到测试区的时间为10秒-60分钟。
在一些方式中,让多孔薄膜的第二端接触液体样本后,再让多孔薄膜的第一端接触清洗溶液,然后接触含有标记物质的溶液。
本发明的有益效果包括:
1.酶分子本身的大小和表面亲水的性质不影响膜通道的液体扩散,利用这种性质使得在芯片反应区域上的各固定的免疫反应可以独立进行,实现了液体在膜上的一维运动达到二维检测的效果,实现对一个样本进行一次测试,获得大量的多个指标的检测结果。
2.本发明利用膜的免疫元件载量高,大大提高的检测过程中免疫元件的浓度,在达到相同灵敏度的情况下,缩短了反应时间。
3.本发明的结构中包含的阻液片结构可以保持反应液同时覆盖芯片中各个结合点,使得含酶的免疫复合物同时启动催化反应,达到多个指标被同时检测的效果。
4.本发明使用足量的吸液材料提供驱动力,将液体自动流经芯片反应区域,完成免疫反应,也完成必要的清洗分离,该过程为自发过程,不涉及复杂的手工操作和自动化设备的液路系统辅助。
5.本发明可以应用在医学,兽医学,农业,畜牧业,食品安全,环境监控,生物安全等领域的多种物质的同时测定,显著提高这些领域的工作效率。
附图说明
图1A为本发明的一个具体实施方式中的测试装置的立体结构示意图。
图1B为本本发明的一个具体实施方式中的测试装置的立体结构示意图,其中液体是滴加在样本接收端的202。
图1C是本发明的一个具体实施方式中的测试装置的多孔薄膜与阻液元件组合的立体示意图。
图2A是本发明的另一个具体实施方式中的测试装置的立体结构示意图。
图2B是本发明的一个具体实施方式中的多孔薄膜与阻隔液元件组合的立体示意图。
图3是本发明的一个具体实施方式中的立体结构分解图。
图4A是本发明的一个具体实施方式中的测试装置操作立体示意图。
图4B是本发明一个具体实施例子的反应液滴加到测试区域的操作示意图。
图4C是本发明一个具体实施例子中反应液滴加到测试区,测试区出现颜色表示测试结果的示意图。
图5A是本发明一个具体实施方式中,测试区域以阵列的方式分布多个测试单元的照片举例。
图5B是本发明一个具体实施方式中,测试区域以阵列的方式分布多个测试单元测试结果照片举例。
图6是本发明一个具体方式中,测试装置的立体结构分解图。
图7A-图7D是本发明一个具体是实施方式中,不同样本稀释倍数下的测试结果照片。
图8A-C图从是本发明一个具体是实施方式中,产生荧光信号的测试结果照片。
图9为本发明一个具体实施例子中,让反应液与多孔薄膜的接收液体的一端接触,然后流经多孔薄膜的测试结果图(方法1,采用两边型免疫反应芯片元件,两边型表示在多孔薄膜上具有两个阻液元件,具体结构如图3所示)。
图10为本发明一个具体实施例子中,让反应液直接滴加到测试区域上进行反应测试的结果图(方法2,采用两边型免疫反应芯片元件,边型表示在多孔薄膜上具有两个阻液元件,具体结构如图3所示)。
图11为本发明一个具体实施例子中,反应液体与芯片反应区域接触(采用两边型免疫反应芯片元件,如图3),采用不同的液体进行反应的结果照片(25分钟后的结果)。
图12为本发明一个具体实施例子中,反应液体与芯片反应区域接触最终结果示意图(采用两边型免疫反应芯片元件,图3)(10分钟的结果)。
图13是本发明另外一个具体的实施方式的用于测试过敏源的测试装置的组装后的结构图(过敏原测试)。
图14是一个实施方式中用于容纳液体的多个腔体组成的溶液槽,其中含有样本稀释液,封闭液,清洗液,带有标记的溶液。
图15是具体操作步骤的示意图(实施例子5所描述的),其中步骤A是把测试卡的洗液端插入到1号溶液槽10中接触1号中的样品溶液,B是插入到2号溶液槽中20,C是插入到3号溶液槽中30,D是插入到4号溶液槽中40,E是插入到5号溶液槽中50,F是向测试区域直接滴加反应液,然后步骤G是读取测试区域上的结果以及总的IgE抗体的数量或者是否存在。
图16A是让测试的样本施加端不接触含有封闭溶液的测试效果图(假阳性),上面是原始照片,下面是对应的结果放大照片,可以明显看出在测试单元出现了假阳性,而且背景也有颜色出现,说明对于过敏原测试,封闭试剂可能是必须的。
图16B是让测试的样本施加端接触含有封闭溶液的测试效果图,背景干净,正确的显示阴性。
详细描述
下面对本发明涉及的结构或这些所使用的技术术语做进一步的说明,如果没有特别指明,按照本领域的通用的一般术语进行理解和解释。下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步详细描述,需要指出的是,以下实施例旨在便于对本发明的理解,而对其不起任何限定作用,本发明的实施例中公开的所有特征,或公开的所有方法或过程中的步骤,除了互相排斥的特征和/或步骤以外,均能够以任何方式组合。
检测
检测表示化验或测试一种物质或材料是否存在,比如,但并不限于此,化学物质、有机化合物、无机化合物、新陈代谢产物、药物或者药物代谢物、有机组织或有机组织的代谢物、核酸、蛋白质或聚合物。另外,检测表示测试物质或材料的数量。进一步说,化验还表示免疫检测,化学检测、酶检测等。
样本
本发明的检测装置或者收集的样品包括生物液体(例如病例液体或者临床样品),例如是液体样本或者固体样本。液体样品或者液体样本,或者液体样本或者液体样品,可以来源于固态或者半固态的样品,包括排泄物,生物组织和食品样品。利用任何适当的方法可以将固态或半固态的样品转化成液体样品,例如混合、捣碎、浸软、孵育、溶解或在合适的溶液中(例如水,磷酸盐溶液或其他缓冲溶液)利用酶解作用消化固体样品。“生物样品”包括来源于动物,植物和食品样品,例如包括来源于人或动物的尿液,唾液,血(全血,血清,血浆等)及其成分,脊髓液、阴道分泌物,精子,粪便,汗液,分泌物,组织,器官,瘤,组织和器官的培养物,细胞培养物和介质。优选生物样品是尿,优选的,生物样品是唾液。食品样品包括食品加工的物质,最终产品,肉,干酪,酒,牛奶和引用水。植物样品包括源于任何植物,植物组织,植物细胞培养物和介质。“环境样品”来源于环境(例如,来自于湖或者其他水体的液体样品,污水样品,土质样品,地下水,海水和废液样品)。环境样品还可包括污水或者其他废水。这里的固体样本包括不含水的或者含水很少的样品,比如固体的土壤、动植物组织、或者药物粉末,例如药物滥用粉末状样本。
利用本发明合适的检测装置,可以检测任何被分析物。优选利用本发明检测唾液、尿液中的毒品小分子,或者粉末样品,或者血液样本中的病毒,比如艾滋病毒,冠状病毒等等。这里的样本可以是任何形式的样本形态或者种类,如果是固体的,可以采用溶解样本的溶液进行处理,或者以溶液形似存在的样本,如果样本本身是液体的,可以直接进行测试,当然,可以对液体样本进行稀释、溶解、处理后形成含有液体样本的溶液,从而进行本发明装置的测试或者化验。所以,这里液体样本的含义包括本身就是液体的样本,或者采用溶液进行溶解固体而形成的液态样本,也包括对于样本(液体或者固体)采用稀释液进行稀释过而成为液态的样本,也包括对样本进行前期处理而形成液态的样本。在一些中,让样本加入到稀释溶液中,然后再让多孔薄膜的一端接触样本也是属于本发明的一个具体方式中。
下游和上游
下游或者上游是对于液体流动方向来划分的,一般液体从上游流到下游区域。位于下游区域接收来自上游区域的液体,液体也可以沿着上游区域流到下游区域。这里一般是按照液体流动的方向划分的,例如,利用毛细力促使液体流动的一些材料上,液体可以重力而向重力相反的方向流动,这个时候,还是按照液体的流动方向来划分上游和下游。例如,在本发明的检测装置中,多孔薄膜的一端接触液体的时候,液体依靠毛细作用力从多孔薄膜的一端流向另一端,在流动的过程中经过多孔薄膜上的测试区域,如果这里的液体是液体样本,则测试区域上固定的第一受体就特异结合液体样本中的被分析物质(如果存在)。
在一些方式中,当液体样本经过多孔薄膜后,多孔薄膜被湿润后,如果在希望多孔薄膜的一端接触另外的液体,例如洗涤液体、封闭液体、或者其它为了测试的液体,这个时候,需要依靠与多孔薄膜导通的吸水区提供毛细作用力,让液体继续可以在多孔薄膜上流动。此时的流动是依靠吸水区域,让不同种类的液体可以多次在多孔薄膜上流动,从多孔薄膜的一端经过测试区域流到另外一端。这里的“多次”可以是同一种溶液多次的流动,也可以是不同的溶液被多孔薄膜吸收而流动,下面会具体的阐述。
气体连通或者液体连通
气体连通或者液体连通是指液体或者气体能够从一个地方流动到另一个地方,流动的过程中可能经过一些物理的结构起到引导作用。所谓经过物理的结构一般是指液体经过这些物理的结构的表面,或者这些结构的内部的空间而被动或者主动流到另外一个地方,被动一般是受到外力而引起的流动,例如毛细作用下的流动。这里的流动也可以是液体或者气体因为自身作用(重力或者压力),也可以是被动的流动。这里的连通并不表示一定需要液体或者气体存在,仅仅在一些情况下表明两个物体之间的连接关系或者状态,如果有液体存在,可以从一个物体流动到另一个物体上。这里是指两个物体连接的状态,相反,如果两个物体之间没有液体连通或者气体连通状态,液体不能流动到另外一个物体中或者上,这样的状态为非连通,非液体或者气体连通的状态。
被分析物质
能够用本发明中涉及的被分析物的例子包括一些小分子物质,这些小分子包括毒品(如滥用药物)。“滥用药物”(DOA)是指非医学目的地使用药品(通常起麻痹神经的作用)。滥用这些药物会导致身体和精神受到损害,产生依赖性、上瘾并且/或者死亡。药物滥用的例子包括可卡因;安非他明AMP(例如,黑美人、白色安非他命药片、右旋安非他命、右旋苯异丙胺药片、Beans);甲基苯丙胺MET(crank、甲安菲他明、crystal、speed);巴比妥酸盐BAR(如Valium,Roche Pharmaceuticals,Nutley,New Jersey);镇静剂(即睡觉辅助药品);麦角酸酰二乙胺(LSD);抑制剂(downers,goofballs,barbs,blue devils,yellow jackets,安眠酮);三环类抗抗抑郁剂(TCA,即丙咪嗪、阿密曲替林和多虑平);二甲二氧基甲基苯胺MDMA;苯环己哌啶(PCP);四氢大麻醇(THC、pot,dope,hash,weed,等。);鸦片制剂(即吗啡MOP或者、鸦片、可卡因COC;、海洛因,羟二氢可待因酮);抗焦虑药与镇静催眠药,抗焦虑药是一类主要用于减轻焦虑、紧张、恐惧,稳定情绪,兼有催眠镇静作用的药物,包括苯二氮卓类BZO(benzodiazepines)、非典型BZ类、融合二氮NB23C类、苯氮卓类、BZ受体的配体类、开环BZ类、二苯甲烷衍生物、哌嗪羧酸盐类、哌啶羧酸盐类、奎唑啉酮类、噻嗪及噻唑衍生物、其他杂环类、咪唑型镇静/止痛药(如羟二氢可待因酮OXY,美沙酮MTD)、丙二醇衍生物—氨甲酸酯类、脂肪族化合物、蒽类衍生物等。使用本发明的检测装置也可以用于检测属于医学用途但又容易服药过量的检测,如三环类抗抑郁药(丙米嗪或类似物)和乙酰氨基酚等。这些药品被人体吸收后会代谢成小分子物质,这些小分子物质存在于血液、尿液、唾液、汗水等体液中或部分体液存在上述小分子物质。
例如,用本发明检测的被分析物包括但不限于,肌氨酸酐、胆红素、亚硝酸盐、蛋白(非特异性),激素(例如,人绒毛促进性激素、黄体酮激素、卵泡刺激素等),血液,白血球,糖,重金属或毒素,细菌物质(如针对特异性细菌的蛋白或糖类物质,如比如大肠杆菌0157:H7、葡萄球菌、沙门氏菌、梭菌属、弯曲菌属、L.monocytogenes、弧菌属、或仙人掌杆菌)和尿样中与生理特征相关的物质,如pH和比重。其他任何临床尿化学分析都可利用侧向横流检测形式配合本发明装置进行检测。
在一些方式中,采用本发明的装置,一次可以至少检测两种或者两种以上的被分析物质,例如一次可以检测5种,10种,15种,20种,30种,40种,50种,60种,100种不同的被分析物质。当采用高通量测试多种被分析物质的时候,多孔薄膜上的测试区域上可以设置多个测试单元,这些测试单元以阵列形式布置,每个测试单元可以测试一种被分析物质,如果有20-50个测试单元,则一次可以测试20-50中被分析物质。在一些方式中,被分析物质包括过敏原的测试,如果可以是20-100种过敏原的测试。下面会具体的阐述说明。
这里的被分析物质也可以是核酸意义上的,例如样本中的核酸片段,或者经过扩增后的核酸片段,例如DNA,mRNA,或者其他任何核酸片段,也是可以通过本发明的装置能够实现测试。当然也是可以蛋白或者多肽意义上的被分析物质,例如利用本发明的装置一次性可以测试样本中的20-200种以上的不同的蛋白或者不同的多肽片段,当然,也可以是样本中的不同的免疫蛋白。当然,也可以是测试样本中化学小分子的物质,例如一次性可以测试20-200中不同的小分子化合物。在一些方式,本发明的被分析物质还包括样本经过处理后的被分析物质,例如核酸片段经过扩增,或者样本经过过滤等预处理,或者样本经过稀释后的可能含有被分析物质的液体样本。
液体的流动
液体的流动通常是指从一个地方流动到另外一个地方,一般情况下,自然界的液体的流动大多数依靠重力的作用从高处流到低处,这里的流动也是依靠外力,即外在的重力情况下的流动,可以成为自然重力的流动。除了重力之外,液体的流动也可以克服重力,进行从低处流动到高处的运动。例如,液体的抽取、或者液体的压迫,或者液体受到压力,而从低处流动到高处,或者压力的关系而克服液体自身的重力而进行的流动。当然,液体可以依据毛细作用力从低处向高处流动。
多孔薄膜与吸水区域
在一些方式中,本发明的多孔薄膜具有吸水性,就是可以依靠多孔薄膜的毛细作用而吸水,可以让液体在多孔薄膜上流动,凡是可以让液体在依靠毛细作用下而流动的材质都是可以作为本发明的多孔薄膜。这里的“上”主要包括液体穿过多孔薄膜的意思,也包括在多孔薄膜表面流动。在一些方式中,这里的上包括让液体穿过多孔薄膜,而尽量减少在薄膜表面流动。因为多孔薄膜具有厚度,液体一般是湿润整个薄膜或者穿过具有厚度的薄膜,当薄膜上含有测试区域的时候,在测试区域固定有第一受体,这些受体一般并不位于薄膜的表面而是位于薄膜的多孔中,而在受体上特异结合被分析物质的位点暴露。当液体如果仅从表面流动,一个是流速过快,减少受体结合被分析物质的时间,令结合不能完全,造成假阴性,而让液体穿过薄膜,则可以让液体全面湿润薄膜,液体的流入自然减慢,增加了与第一受体接触的时间,让位点结合被分析物质更加充分,增加检测的准确性。
这里的所谓的“吸水性”是这些材料可以吸收以水为基质的溶液并让液体在上或者中进行流动,而流动的动力主要是依靠毛细作用力。这里的“水”可以是任何含有H2O分子的溶液,例如纯净水,含有微量元素的水,或者灭菌水,当然也包括液体样本,生物样本,或者以水作为溶剂的处理固态样本的溶液。这里的溶液或者液体也包括液体样本、洗脱液,封闭液,反应液,洗涤或者洗脱液中的一种或者几种,以及带有其它任何完成测试的溶液,例如带有标记物质的第二受体。
这里的“多孔”是一个广泛的含义,可以是某些材质具有多个微孔,也可以是类似滤纸,纸上面具有微孔或者毛细纤维,或者是在一些材料上通过任何工艺(例如雕刻、印花等激光技术)形成的微孔,但是这些微孔分布在基材上,该基材具有吸水性,能够让液体在基材上依靠毛细作用而流动的,都可以作为本发明定义下的多孔薄膜下的一个具体实施方式。
在一些方式中,刚开始让多孔薄膜接触液体,例如液体样本,液体能够依靠多孔薄膜的本身的毛细作用而让液体在多孔薄膜上流动,从而多孔薄膜被湿润或者全部湿润。本发明“接触”就是让多孔薄膜与液体相遇,从而让液体在多孔薄膜上流动或者让液体覆盖在多孔薄膜上。接触的方式可以是让液体滴加在多孔薄膜上,也可是让多孔薄膜的一端浸入到液体中,还可以是让液体直接滴加到多孔薄膜的测试区域上,并在测试区域形成一定高度的液面。
当希望被液体湿润的多孔薄膜继续接触液体,让液体还能够继续在薄膜上流动,并流过测试区域,为测试区域化验被分析提供必要的试剂或者条件,这个时候,湿润的薄膜基本没有毛细作用力或者实质丧失了毛细作用力。这就需要依靠另外的具有吸水能力的措施去提供液体流动的动力。所以。在一些方式中,提供一个吸水区域,该吸水区域与多孔薄膜连通,依靠吸水区域本身的毛细作用力,让液体可以继续在湿润的多孔薄膜上移动或者流动。在一些方式中,吸水区域具有吸水材料,该材料吸收液体的能力远远大于多孔薄膜吸收液体的能力,或者,该吸水区域的吸水材料的饱和吸收液体的体积大于或者远远大于多孔薄膜饱和吸收液体的体积。这样,可以让多孔薄膜就算被湿润丧失毛细作用力之后,依然可以让液体在多孔薄膜上流过,这是因为吸水区域具有更大的或者更多的毛细作用力或者更大的饱和吸收液体的能力,这里的“饱和”就是具有毛细吸水能力的材料丧失毛细作用力继续能够吸收水的最大吸水的体积,也可以是具有毛细吸水能力的材料最大的吸水能力或者最大储水能力。例如多孔薄膜被液体湿润丧失毛细作用力的体积是1毫升,而吸水区域的吸水材料丧失毛细作用力或者饱和吸收液体的体积是2毫升,10毫升,20毫升,50,100,或者200,500毫升,这样当让多孔施加1毫升的液体,该1毫升液体可以依靠多孔薄膜本身的毛细作用而被湿润,当希望该湿润的多孔薄膜继续吸收液体,让液体在多孔薄膜上流动,则需要依靠吸水区域的吸水材料提供动力,让液体继续依靠该动力在薄膜桑流动。也可以这样理解,这样如果希望有10毫升的液体分多次流过多孔薄膜,则吸水区域的吸水材料至少饱和吸收量是10毫升或者大于10毫升,例如是12-50毫升之间。这里所谓的“饱和吸收液体”是指某种材料依靠毛细作用力最大的吸收液体的能力,从而丧失继续吸收液体为止而吸收的液体的总量。可以理解,由于吸水区域的吸收液体的饱和吸收能力大于或者远远大于多孔薄膜的吸水能力,这样,当吸水区域与多孔薄膜连接的时候,形成一个吸收或者毛细作用力的差,这样,就算多孔薄膜湿润后丧失了继续吸水的能力,但是仍然可以依靠与多孔薄膜连接的吸水材料的毛细作用力,可以继续让多孔薄膜吸收更多的液体,从而让液体通过湿润后的多孔薄膜。在一些方式中,相对吸水区域的吸水材料,多孔薄膜一般选择厚度小,微孔分布均匀的薄膜,而吸水材料可以选择滤纸、纤维等厚度大,饱和吸收液体体积大的,这样实现本发明的功能。所以,在一些方式中,吸水材料的厚度与体积大于多孔薄膜的厚度与体积。
在一些方式中,多孔薄膜除了能够吸收液体外或者让液体通过多孔薄膜外,还需要在多孔薄膜上布置测试区域,所以,测试区域是用来测试样本中被分析物质是否存在或者数量的场所。为了能够完成测试区域的功能,需要在测试区域上处理一些物质。在一些方式中,测试区域上含有第一受体,这些第一受体是不随液体流动而流动的,是固定在多孔薄膜上的。在一些方式中,测试区域包括多个测试单元,每一个测试单元固定一种第一受体,比如每个测试单元固定的第一受体可以特异直接或者间接结合样本中的一种被分析物质从而形成复合物,这样可以一次实现多个被分析物质的测试,而样本则是同一个样本。在一些方式中,测试区域上包括10-100个测试单元,每一个测试单元对应样本中一种被分析物质,在每个测试单元上固定一种能够特异结合样本中一种被分析物质,则在10-100个测试单元上固定10-100中不同的第一受体,这样可以测试样本中10-100个不同的被分析物质,这样多个测试单元被设置的测试区域上,形成了类似阵列的形式。
在一些方式中,所述的多孔薄膜可以选在硝酸纤维素薄膜,尼龙薄膜,或者在不吸水材料上形成具有毛细微通道。在一些方式中,所述的多孔薄膜包括硝酸纤维素膜(nitrocellulose membrane),聚偏氟乙烯膜(polyvinylidene fluoride membrane),改性尼龙膜(Nylon membrane),或聚苯醚砜膜(polyethersulfone)。这里的不吸水材料上通过工艺形成的毛细通道,在起表面也可以固定用于特异结合(直接或者间接结合)样本中的被分析物质也是多孔薄膜的一个具体实施方式,虽然不吸水材料,例如塑料,玻璃,陶瓷本身不吸水,但是在这些材料上具有毛细管,液体可以依靠这些毛细管进行液体的流动,而且借助吸水材料的毛细作用力可以让液体在多次在其上流动。
在一些方式中,当测试区域位于多孔薄膜上的时候,测试结果控制区也可以位于多孔薄膜上,该测试结果控制区主要是测试装置是否有效,或者测试结果是否有效的区域。测试结果控制区域也可以包括多个测试控制单元,这些测试控制单元可以围绕测试区域设置。在一些方式中,如果测试区域的测试单元以阵列的形式分布在测试区域内,则测试结果控制区域也可以阵列的方式分布在测试区域的周围,例如分布在测试区域的下游,或者分布在测试区域的左边,右边或者上游。
在一些方式中,多孔薄膜上分布有测试区域与测试结果控制区域,多孔薄膜的一端可以用于接触液体,另一端与吸水区域连接,例如吸水区域的吸水纸搭接在多孔薄膜的另一端。这样,一张多孔薄膜上,在同样的材质上可以同时分布测试区域与测试结果控制区域,同时,该多孔薄膜在测试区域的上游作为接触液体的区域,测试区域的下游与吸水区域连接。这样的方式让生产过程简单,当然,在一些方式中,在多孔薄膜可以是多个不同材质或者孔径的薄膜,比如,一个薄膜上分布测试区域,位于该薄膜的测试区域的下游分布第二种薄膜,设置测试结果控制区;在测试区域的上游的设置第三种薄膜作为接触液体的区域,第一与第二以及第三相互叠加。这样方式虽然复杂,但是仍然是一种可行的方式。除了以上方式外,用于接触液体的多孔薄膜的一端上也可以连接其他的多孔导流元件,这些导流元件也是多孔材料,这些多孔材料可以是滤纸、玻璃纤维等用于引导液体流向多孔薄膜上。
在一些方式中,如图1A-2B所示的测试装置,包括多孔薄膜200以及与多孔薄膜液体连通的吸水区域,多孔薄膜200可以设置在硬质衬板或者底板上,在多孔薄膜上设置有测试区域2001。这里的多孔薄膜的材质是一样的,在上面划分区域来完成不同的功能,是一片整体的薄膜,在中间设置测试区域,两端的一端用于接触液体202,另一端与吸水区域接触201,中间为测试区域2001。在测试区域的上游具有用于接触液体的区域202,该区域用于接触液体,也可以称之为样本施加区域,该区域是用于接触不同种类的液体,例如液体样本,清洗液,封闭液、带有标记物质的第二受体的液体,或者一种或者多种清洗液,还可以是与标记物质进行反应产生信号的反应液。这些接触每种液体之间间隔一定的时间,例如间隔1-5分钟,当然,也可是以接触一种液体后等1-5分钟在接触另外一种液体。等接触液体后,依靠多孔薄膜200本身的毛细作用力,可以让液体在多孔薄膜上流动,经过测试区域2001,然后流到下游的吸水区域100,此时部分依靠多孔薄膜本身的毛细作用力与吸水区域的毛细作用力,当多孔薄膜200被液体湿润后,如果继续需要让接收液体的区域202接触另外的液体,希望让另外的液体继续在多孔薄膜上流动,这个时候主要依靠吸水区域的毛细作用力让液体从接触区域202流到测试区域,并流到测试区域的下游201,然后流到吸水区域100上。多孔薄膜的另一端201被吸水区域的吸水材料接触或者覆盖或者叠加。在流动的过程中,液体都会经过测试区域2001,与测试区域的测试单元接触,从而发生结合反应或者化学反应,从而测试样本中的被分析物质的存在或者具体的存在的数量。
在一些方式中,在多孔薄膜上设置第一阻液元件203,该阻液元件覆盖在多孔薄膜上把多孔划分了一个接触液体的区域202,该区域是用于接触液体700的区域(如图1B)。如图2A,多孔薄膜上含有封闭的阻液元件,在多孔薄膜上形成一个类似储液池2061,则靠近多孔薄膜的一端的阻液元件2062在多孔薄膜上形成一个区域202来接触液体。如图4C,图5A-5B所示,多孔薄膜上包括多个测试单元,每个测试单元测试一种被分析物质。如图5A所示,测试区域2001具有9排测试单元,每一排测试单元具有10-11个单独的测试单元2052,2055,每个测试单元之间具有一定的距离,这些不含有测试单元的地方可以叫做间隔区域或者空白区域2052,或者每个测试单元之间都具有空白区域。液体从接触区域202,沿着箭头的方向向下游流动,经过测试区域,然后流向测试区域的下游201,并被下游的吸水区域100所吸收。这些空白区域或者间隔区域,或者测试单元主要是在后续操作的时候,让封闭试剂进行封闭,避免假阳性,后面会进行详细的阐述。具体讲,液体从图5A的下端位置进入,顺次流过第一排测试单元2053,然后顺次流过第二排,然后流到最后一排测试单元2051。
测试区域
在一些方式中,在多孔薄膜上包括测试区域,该测试区域是用于测试或者化验样本中被分析物质的区域,该区域上处理有测试物质,这些测试物质可以直接或者间接与样本中被分析物质结合或者反应,用于测试样本中是否存在被分析物质或者被分析物质的数量。在一些方式中,测试区域上包括一个或者2个以上的测试单元,每一个测试单元对应可以测试样本中一种被分析物质,如果含有多个测试单元,则可以一次性检测同一样本中多个不同的被分析物质。在一些方式中,每个测试单元上可以固定一种第一受体,每个受体对应直接或者间接结合样本中一种被分析物质。在一些方式中,第一受体是抗体或者抗体片段;或者抗原,或者抗原片段。这些第一受体可以特异结合样本中的被分析物质。如果希望一次性检测样本中多个被分析物质,这些不同的第一受体以阵列的方式设置在测试区域上,或者多个测试单元以阵列的方式设置在测试区域上(如图4尺,5A-5B)。这种阵列的方式是以排,列的方式设置在测试区域上,而每排或者每列具有多个测试单元,例如具有2-20个测试单元,如果是具有10-12排,每排句2-20个测试单元,则合计具有20-240个测试单元,这些测试单元之间都具有间隔,每个测试单元可以测试样本中的一种被分析物质,这样,可以一次性测试样本中20-240种被分析物质,可以实现高通量的测试,如图5A-5B。这些第一受体是固定测试单元上,例如每个测试单元上固定一种第一受体,则如果具有100个测试单元,则固定100种不同的第一受体,当液体样本从上游5023的位置流到阵列的下游2051的位置,则让这些每个测试单元都与液体样本接触,发生反应或者结合,形成不同的复合物。例如液体样本中含有目的被分析物质,则这些第一受体就捕获被分析物质,从而形成复合物质,这些复合物质也是不能随着液体流动而流动的。在例如图5A-图5B的,在其上图5A分布了9排测试单元,其中最下游的一排测试单元作为测试结构控制阵列,而最左边的一列2057也作为测试结果控制阵列单元,而位于中间则是测试单元阵列2054。当进行测试的时候,如果样本中含有测试的被分析物质,则测试阵列中的测试单元具有测试信号,如图5B所示,测试区域上的测试单元2060,2059,2058上出现了颜色,表示阳性结果,而测试结果控制区域的阵列2056,2057都是阳性结果,表示测试单元的测试结果是有效的结果。在制作的时候,首先用微针在多孔薄膜的测试区域上滴上第一受体,让第一受体固定在多空薄膜上,然后烘干,当需要测试的项目是多个的时候,可以采用多个微针同时递交在多孔薄膜上,形成阵列排布的测试区域。
利用测试单元来进行样本中被分析物质的测试可以给予免疫结合的原理来进行,也可以基于非免疫原理的形式来实现,例如核酸结合的原理。例如可以在测试单元上固定与目的核酸互补的序列,当目的核酸扩增后,可以实现目的核酸与固定的互补的核酸结合,然后再加上标记的探针,然后该探针也与目的核酸结合,从而实现不同靶标的核酸的测试。在一些方式中,利用核酸原理的方式,包括但不限于,为测定DNA的由PCR扩增后的同序列或互补序列的DNA混合溶液,由为测定RNA由反向PCR扩增后的同序列或互补序列的DNA混合物溶液。进一步地,上述免疫反应芯片元件可以应用到核酸杂交实验中,所形成的中间复合物为,多孔薄膜-DNA(固定在薄膜上)-DNA(目的核酸)-DNA(探针)-FITC复合物,DNA-DNA-Biotin复合物,DNA-DNA-Bition-streptavidin-酶复合物,DNA-DNA-FITC-Anti-FITC抗体-酶。
通常,比较容易实现的,就是基于免疫结合的原理来实现,通常的方式是一步夹心,两步夹心,间接法,和竞争法。在一些方式中,免疫方法一般是在测试单元固定第一个受体,然后该受体可以特异结合被分析物质,或者该第一受体可以特异结合复合物质,当然也可以特异结合被分析物质,这样第一受体捕获复合物或者被分析物质。然后再让被分析物质特异结合带有标记物质的第二受体,该第二受体也是可以特异结合被分析物质,这样,带有标记物质的第二受体被捕获,通过读取标记物质的数量或者存在,从而获得被分析物质是否存在或者存在的数量。在一些方式中,这的复合物可以是一些反应后的中间体,例如蛋白-蛋白复合物,蛋白-蛋白-标记蛋白复合物,蛋白-标记蛋白复合物。这里的蛋白也表示多肽片段。标记蛋白可以是酶等或者发光蛋白。在一些方式中,以复合物中是否存在标记蛋白划分,当形成的免疫复合物不存在标记蛋白时,所有液体或液体试剂均与测试区域中每个测试单元的进液区域接触,并通过多孔薄膜上的微孔单向流经测试区域,从排液区域流出并被吸液材料吸收贮存;当形成带有标记蛋白的复合物后,反应液直接加入多孔薄膜上的测试区域,所加入的反应液缓慢经排液区域被吸液材料吸收贮存。这样,反应液中含有与标记物质反应的试剂,从而反应后生成表示被分析物质存在与否或者存在数量的物质,该物质可以是肉眼可见的颜色物质,也可以是通过机器读取的非颜色物质,但是可发光的物质,例如荧光,或者其他可见或者肉眼不可见的物质。
在一些方式中,第一受体与第二受体可以是抗体或者抗体片段。其中第一受体是被固定在测试区域上,如果多个不同的第一受体,则以整列的方式来固定。而第二受体同行是带有标记物质的,这里的标记物质是任何可以直接或者间接指示被分析物质的存在或者数量的物质,例如荧光,颜色颗粒,颜色燃料。或者,标记物质与反应液进行反应而生成一些反应产物可以表明不给分析物质的数量或者是否存在,这些反应产物可是带有颜色的物质,也可以发光物质,也可以是其他任何的物质。在一些方中,标记的物质是一种酶,而反应液体中存在一种与酶发生反应而生成颜色物质,该颜色物质沉淀在测试区域上,或者测试单元上,从而表示被分析物质的存在或者数量,如果反应的产物发光,可以依据发光的强弱来判断被分析物质存在的数量。
在一些方式中,当在测试区域上设置多个测试单元2060,2059,2058,每个测试单元可以对应特异测试样本中的一种被分析物质,但是往往不足以全部测试,可以在测试区域上设置一个参考的测试单元,该参考测试单元是针对多个被分析物质之外的一个受体,如果多个测试单元都可以测试到被分析物质或者部分测试单元都可以测试到被分析物质,则参考测试单元可以依然为阳性,如果所有的测试单元都是阴性的结果下,如果参考测试单元的结果为阳性,则表示被分析物质存在被分析物质,这些被分析物质是不能被其他的多个测试单元所测试。例如在测试抗敏抗体的时候,虽然有很多抗敏蛋白或者抗体,但是有时候设定的多个测试单元都为阴性,但是参考测试单元阳性,这至少说明,样本中存在抗敏的抗体,但是不在具体的测试单元中被具体测试。当然,参考测试单元2017也可以作为总的同类被分析物质的数量的测试,例如测试抗敏抗体测试的时候,多个测试单元对应具体的抗敏源的抗体,而参考测试单元用于测试总的抗敏源的抗体,这样也是可以的。
第一受体与第二受体
在一些方式中,测试区域固定一个或者一个以上的第一受体,该受体可以直接或者间接结合样本中的被分析物质,这里的第一受体可以是抗体,抗体片段,抗原或者抗原片段,核酸或者核酸片段,或者是多肽片段。第二受体也可以是特异结合被分析物质,这种结合可以是直接或者间接的结合,这里的第二受体也可以是抗体,抗体片段,抗原或者抗原片段,核酸或者核酸片段,或者是多肽片段。在一些方式中,第二受体上带有标志物质,这些标志物质可以直接或者间接的与第二受体连接或者耦合。例如,检测样本中的抗体的时候(被分析物质),第一受体可以是抗原,第二受体可以是抗样本中的抗体的抗体。在一些方式中,第一受体可以是抗样本中的抗体的第一抗体,第二受体可以是抗样本中的抗体的第二抗体。当测试样本中被分析物质是抗原的时候,可以让第一受体为抗该抗原的第一抗体,第二受体为抗该抗原的第二抗体。这些第二抗体都是可以也标志物连接,该标志物作为一种信号物质,可以显示样本中被分析物的存在或者数量
抗体
用于本发明的抗体可以是任何抗体,该抗体能够特异结合样本中的被分析物质。可以用作结合剂的抗体可以是本领域技术人员已知的任何抗体。“抗体”可以是免疫球蛋白分子和免疫球蛋白分子的抗原结合部分,即含有抗原结合位点的分子,该抗原结结合位点特异性地与分析物、分析物类似物或配体结合(“免疫反应”)。这个术语还包括其中保持结合能力的抗体的衍生物,也包括任何含有与免疫球蛋白的结合域同源的或者很大程度上同源的结合域的蛋白质。这些蛋白质可能是源自天然物质,也可能是部分或者全部合成的。一种抗体可能是单克隆的或者是多克隆的。一种抗体可能是任何免疫球蛋白类型中的一员,包括任何人类的免疫球蛋白类型:IgG,IgM,IgA,IgD,IgG和IgE。“抗体片段”是抗体的衍生物或者抗体的小于全长的一个部分。抗体片段能够保留至少一个全长抗体的结合能力的显著位点。抗体片断的例子包括Fab,Fab’,F(ab’) 2 ,scFv,Fv,dsFv二聚体,和Fd碎片,但是不仅仅包括以上这些。抗体片段可以由任何方式生成。例如,抗体片段可以通过酶解或者化学裂解一个完整的抗体来生成,或者也可以通过从编码部分抗体序列的基因重组。换句话说,抗体片段可以部分地或者全部地重组产生。抗体片段可以是任意的单链抗体片段。换句话说,抗体片段可以包含多条相互联结的肽链,例如,通过二硫键相联结。抗体片段也可以是任意的一种多分子复合物。一个有功能的抗体片段通常包含至少大约50个氨基酸,而更多的抗体片段通常包含至少大约200个氨基酸。单链Fvs(scFvs)是重组的抗体片段,它仅由可变轻链(VL)和可变重链(VH)相互以多肽链共价结合。VL和VH中一方具有胺基端区域。多肽链长度和组成是可变的,其长度可以使两个可变域相互桥联并且对原子的排列没有严重影响。多肽链通常主要由甘氨酸和丝氨酸残基延伸构成,其中有一些谷氨酸和赖氨酸残基散在分布以增加其溶解度。“二聚体”是指单链Fvs的二聚物。二聚体的单体包含的肽链通常比大多数单链Fvs的短,并且它们显示出形成二聚物的倾向。
“Fv”片段由一个VH和一个VL域以非共价相互连接组成。术语“dsFv”在这里是指包含一个稳定VH-VL对的分子间二硫键的Fv。“F(ab’)”片段是抗体的一个片段,本质上和用胃蛋白酶在pH 4.0-4.5时消化免疫球蛋白(通常是IgG)得到的片段相同。这个片段也可以重组合成。“Fab’”片段是一种抗体片段,本质上和通过减少F(ab’)片段上的两条重链相互连接的双硫键得到的片段相同。Fab’片段也可以重组合成。“Fab”片段是一种本质上和用木瓜蛋白酶消化免疫球蛋白(通常IgG)得到的片段相同的抗体片段。Fab片段也可以重组合成。Fab片段上的重链片段是Fd碎片。
这里的抗体也可以是被分析物质中的任何种类的抗体,这些抗体也是可以作为被分析物质。
核酸
在一些方式中,利用本发明的装置可以高通量测试样本中的核酸存在的数量或者是否存在。一般,是第一受体是目的核酸的基本互补的序列,这些序列被固定在测试区域上,而目的核酸或者靶标核酸(也可以称之为被分析物质)存在于样本中,或者样本中的目的核酸或者靶标核酸经过扩增后的产物,让互补的序列结合目的核酸或者经过扩增后的核酸,形成结合体,然后让探针结合目的核酸或者靶标核酸,而探针可以带有标志物,例如荧光标志物,从而通过探针上的荧光数量来确认目的核酸的数量。这里的扩增可以是任何方式的扩增,例如PCR扩增,等温扩增,RPA或者RAA技术,核酸扩增需要引物以及完成扩正必须的试剂,这些方法都是传统的技术。
术语“基本互补”,当用于定义氨基酸或核酸序列时,意指特定的目标序列,例如寡核苷酸序列,与选定序列的全部或一部分基本互补,并因此将与编码所述选定序列的mRNA的一部分特异性结合。因此,通常所述序列将与mRNA“靶”序列高度互补,并且在所述序列的互补部分中将具有不超过约1、约2、约3、约4、约5、约6、约7、约8、约9、或约10个等的碱基错配。在许多情况下,可能希望所述序列是精确匹配的,即与所述寡核苷酸特异性结合的序列完全互补,因此沿互补链段具有零错配。因而,高度互补的序列通常将相当特异性地与mRNA的靶序列区域结合,因此将会高效地降低和/或甚至抑制靶mRNA序列翻译成多肽产物。
基本互补的核酸序列将与和所述核酸特异性结合的相应核酸靶序列大于约80%互补(或“%精确匹配”),并将更优选与和所述核酸特异性结合的相应靶序列大于约85%互补。在某些方面,如上所述,将会希望具有甚至更基本互补的核酸序列以用于本发明的实践,并且在这样的情况下,所述核酸序列将与和所述核酸特异性结合的相应靶序列大于约90%互补,并且在某些实施方式中可以与和所述核酸特异性结合的相应靶序列大于约95%互补,并且甚至高达并包括与和所设计的核酸特异性结合的靶序列的全部或部分约96%、约97%、约98%、约99%和甚至约100%的精确匹配互补。
任何所公开的核酸序列的相似性百分比或互补百分比可以,例如,通过使用可从威斯康星大学遗传学计算机小组(University of Wisconsin Genetics Computer Group,UWGCG)获得的GAP计算机程序6.0版比较序列信息来确定。GAP程序利用Needleman和Wunsch的比对方法(1970)。简而言之,GAP程序将相似性定义为相似的比对符号(即,核苷酸或氨基酸)的数量除以两个序列的较短序列中的符号总数。GAP程序的优选默认参数包括:(1)核苷酸的一元比较矩阵(包含表示同一性的值1和表示非同一性的值0),和Gribskov和Burgess的加权比较矩阵(1986),2)每个间隙的罚分为3.0并且每个间隙中每个符号的额外0.10罚分;以及(3)末端间隙没有罚分。
自然,本发明也包括与至少一种或多种本文具体阐述的特定核苷酸序列互补、本质互补和/或基本互补的核酸区段。“互补”的核酸序列是能够根据标准Watson-Crick互补规则进行碱基配对的核酸序列。用于本文时,术语“互补序列”是指基本互补的核酸序列,这可以通过上文阐述的相同核苷酸比较来评估,或定义为能够在比较严格的条件、例如上面刚刚描述的那些条件下与一种或多种本文公开的特定核酸区段杂交。
用于本文时,与组分的量有关的术语“基本不含”或“本质不含”优选是指组合物含有小于约10重量%、优选小于约5重量%、更优选小于约1重量%的某种化合物。在优选的实施方式中,这些术语是指小于约0.5重量%、小于约0.1重量%或小于约0.01重量%。
用于本发明的探针和引物可具有任何合适的长度。通过为序列分配数值,例如,第一个残基是1,第二个残基是2等,可以提出限定给定序列内含有的所有探针或引物的算法:n至n+y,其中n是从1到序列的最后一个数的整数,y是探针或引物的长度减去1,其中n+y不超过序列的最后一个数。因此,对于25个碱基对的探针或引物(即“25聚体”)而言,探针或引物的集合在序列的整个长度上对应于碱基1至25、碱基2至26、碱基3至27、碱基4至28等等。类似地,对于35个碱基对的探针或引物(即“35聚体”)而言,示例性的引物或探针序列包括但不限于在序列的整个长度上对应于碱基1至35、碱基2至36、碱基3至37、碱基4至38等等的序列。同样地,对于40聚体而言,这样的探针或引物可以对应于从第一个碱基对到bp 40、从序列的第二个bp到bp 41、从第三个bp到bp 42等等的核苷酸,而对于50聚体而言,这样的探针或引物可以对应于从bp 1至bp 50、从bp 2至bp 51、从bp 3至bp 52、从bp 4至bp 53延伸的核苷酸序列,等等。
术语“基本对应于”、“基本同源的”或“基本同一性”,用于本文时,表示核酸或氨基酸序列的特征,其中选定的核酸或氨基酸序列与选定的参考核酸或氨基酸序列相比具有至少约70或约75%的序列同一性。更通常地,所述选定的序列和参考序列将具有至少约76、77、78、79、80、81、82、83、84或甚至85%的序列同一性,更优选至少约86、87、88、89、90、91、92、93、94或95%的序列同一性。还更优选地,高度同源序列在选定的序列和与它作比较的参考序列之间经常共有大于至少约96、97、98或99%的序列同一性。
阵列
在一些方式中,测试区域上包括以整列方式设置的多个测试单元或者多个不同的第一受体,这些受体可以特异结合复合物物质或者特异结合被分析物质,然后被分析物质可以可特异结合第二受体。在一些方式中,第二受体可以带有标记物质。在一些方式中,多个测试单元或者多个第一受体按照成排的方式布置在测试区域上。例如在多孔薄膜的一个区域中布置测试区域,测试区域内的测试单元以阵列的方式设置,这里的“阵列”的方式包括多个测试单元以方阵的形式设置,这种陈列包括单个一排,或者单个一列,或者多个排,或者多个列设置。或者排与列交错进行布置。在一些方式中,每个测试单元之间具有一定的距离,或者每个测试单元与周围的测试单元具有一定的距离,或者每个测试单元之间具有一定的距离或者间隔。从总体看,阵列的形式可以是正方形,长方形,三角形,梯形,菱形等任意的形状。当然,也可以包括一个测试单元,单个测试单元仅仅测试样本中一种被分析物质,也属于整列的特殊形式。所以,以阵列的方式排列在测试区域,可以检测样本中一种或者多种被分析物质,例如2-200种,2-100种,2-50种,2-40种被分析物质,这些被分析物质是可以用同一样本同时进行测试的。
在一些方式中,测试区域上测试单元或者第一受体以阵列的方式排布,这样让液体流过测试区域上的时候,让液体可以通过每个测试单元,从而让第一受体可以直接接触液体样本,然后如果有被分析物质,则可以让被分析物质直接或者间接的结合第一受体。所以,测试区域位于液体流动的方向上。
如何让第一受体以阵列的方式布置在测试区域上,可以采用微针的形式,一次性把多个不同的第一受体滴加在测试区域上,让其固定在测试区域上,然后让其干燥或者烘干。当然第一受体的溶液可以包括任何其他成分,这些成分有助于让第一受体固定在测试区域上而不实质移动。可以采用多个微针阵列,每一个微针连接一个受体的溶液,采用泵的形式从微针出口产生液滴并施加到多孔薄膜上,从而在多孔薄膜上一次可以形成多个测试单元的设置或者制造。
液体或者溶液
这里的液体是为了完成被分析物质测试而需要的液体的总称。这里的液体具有多种不同的形式或者多种不同的作用,这些是完成检测所需要的,当然,并不是一定必须的,是为了获得更好的测试结果,属于优先选的实施方式。
在一些方式中,本发明的液体包括液体样本。固态的样本被溶解成为溶液的状态也是本发明的一个具体液体样本的实施例子,例如,固态的样本需要使用液体溶剂进行溶解,稀释从而变成液体的形式,一般是含有水的液体溶剂进行溶解或者稀释。当然,样本本身就是液体的,也可以让多孔薄膜的一端直接接触液体样本也是本发明的一个具体的方式。在一些方式中,就算是样本本身也是液体样本,总希望对液体样本进行处理,例如采用稀释溶液对液体样本进行处理,或者让液体样本经过前处理,比如过滤、纯化、离心等步骤后,进行样本的稀释,采用稀释溶液进行稀释后,然后再让处理过的液体样本接触多孔薄膜一端,让其在多孔薄膜上流动,从而经过测试区域,测试结果控制区域,然后流到吸水区域。或者,让需要的样本很微量的时候,或者可能含有很高的被分析物质的时候,为了完成多孔薄膜测试区的湿润,可以让微量的样本被溶液所稀释,增大液体样本的体积,可以让液体湿润测试区域。
一般,在进行第一次测试的时候,首先让样本溶液或者含有样本的溶液接触多孔薄膜的一端,让样本溶液流过测试区域,从而让第一受体或者让多个不同的第一受体接触液体样本,例如第一抗体接触液体样本,如果液体样本中存在被分析物质,则多个第一受体结合液体样本中多个被分析物质,形成结合复合物,该复合物被固定在多个测试单元上。此时,干的多孔薄膜被湿润,如果多余的液体流经测试区域,湿润整个薄膜后多余的液体样本会流到吸水区域,被吸水区域的吸收材料吸收。
如果为了高检测的准确性,在多孔薄膜吸收液体样本后,希望通过清洗溶液对湿润的薄膜进行清洗,洗掉一些没有被第一受体结合的其它物质,例如非目标物质,当被分析物质为抗体的时候,可以清洗掉一些杂质,例如非抗体,例如血液样本中的红细胞、其它杂质。清洗液的成分可以是一些缓冲试剂,这些清洗液在这里的作用主要是冲洗掉多孔薄膜上的杂质或者干扰物质,为了更强下一次反应的反应效果。例如,当多孔薄膜的一端接收液体样本后,采用清洗液进行测试区域的清洗,洗脱掉杂质或者干扰物质。清洗后,在让多孔薄膜接触液体的一端接触带有标记物质的溶液,第二受体是带有标志物的,在流到测试区域的时候,能够被复合物捕获,该标志物就会被固定在测试单元上,这个时候采用清洗液的目的可以是洗脱掉那些没有被复合物捕获的第二受体,避免后期产生加阳性。如果是标志物本身带有颜色信号,也有清洗的必要。想要在一个很小的测试区域集中测试10个或者几十个被分析物质,每个测试单元的距离比较近,当带有颜色颗粒信号的标志物被测试单元固定后,采用清洗液冲洗掉没有被测试单元固定的多余的标志物,让测试单元上的测试更加准确。在现有技术中,特别是样本中浓度很低的时候,或者处于测试阈值的附近(比如低于阈值,或者稍微高于阈值),这个时候获得准确的测试显得比较重要,如果不冲洗掉被没有被固定的颜色颗粒,则可能引起假阳性或者假阴性的结果。但是,采用清洗溶液,可以进行掉没有被测试单元固定的多余的游离标志物,可以让结果更加准确。另外,也可以让测试单元之间的边界更加清晰,采用肉眼或者机器读数的时候,更加清晰与准确。可以理解,这里的清洗试剂的种类可以根据具体产品而进行自由的选择,让多孔薄膜一端接触清洗溶液的时机或者条件也是可以根据具体的产品而进行自由的选择。
在一些方式中,可以让湿润的多孔薄膜接触含有封闭试剂的溶液,让溶液流过测试区域,该封闭试剂用于添堵多孔薄膜上那些不含有第一受体的其它区域的微孔,这里的其它区可以称之为空白区域,该空白区域是测试单元与测试单元之间,或者是测试控制区域或者测试参考单元之间的多孔,防止后续添加的试剂被空白区域的多孔薄膜的微孔所吸附或者固定,引起背景干扰,或者该封闭试剂是用于封闭测试单元上的非特异的位点,然后续第二受体流过测试区域的时候,增加结合的特异性。所以,封闭试剂可以是任何成分的试剂,凡事可以让多孔薄膜上没有固定第一受体的其它空白区域的微孔被添堵、占据、填充的,或者换封闭测试单元上的非特异位点的试剂都是可以的,这些封闭试剂是为了后续进行测试背景的净化,减少背景对测试结果的影响。当然,如果测试区域上还包括检测结果控制区域,或者测试参考区域,一般,封闭试剂溶液是从多孔薄膜的一端流向另一端,基本覆盖测试区域,测结果控制区域,或者测试参考区域中的一个或者多个区域。在一些方式中,所述的封闭试剂包括蛋白、多肽或者其他类似蛋白或者多肽的物质,让这些封闭试剂能够起到封闭的作用,是与多孔薄膜上的微孔的尺寸相关的,只要确定多孔薄膜上的微孔尺寸,则可以选择合适尺寸大小的蛋白封闭来添堵这些微孔。可以理解,当多孔薄膜上需要预先处理固定第一受体,这些受体已经占据了多孔薄膜的一个点或者多个微孔,例如多个为微孔被第一受体所占据或者填充,而封闭试剂主要用于封闭那些没有被第一受体占据的微孔,这些微孔对于物质的吸附是没有选择性的,如果没有选择性的吸附很多无关的物质,则可能造成后期背景加深,而不能很好的区分测试单元上的信号。当然,封闭试剂是用于封闭测试单元上的一些非特异的位点,让后续结合在测试单元上的物质特异性更强。
在一些方式中,封闭试剂主要是酪蛋白。可以理解,这些的封闭试剂是不能选择第一受体相同性质的蛋白或者核酸,或者抗体。在一些方式中,含有封闭溶液可以与清洗溶液混合成一种溶液,当然,清洗溶液也可以单独于封闭溶液存在。
对于封闭溶液,洗涤溶液或者清洗溶液,以及样本溶液接触多孔薄膜接触的顺序可以是任意的,例如先让封闭溶液接触多孔薄膜,然后再让样本溶液接触多孔薄膜,然后再进行清洗溶液接触多孔薄膜。或者没接触一次其它溶液后,都用清洗溶液进行清洗。在一些方式中,可以先让多孔薄膜接触样本溶液,然后再让多孔薄膜接触封闭溶液或者同时接触封闭溶液与清洗液的混合溶液。这种方式之优选的方式之一。在一些方式中,用于稀释或者溶解样本的溶液不含有蛋白或者封闭试剂。
在一些方式中,当封闭试剂或者含有封闭溶液的接触多孔薄膜后,依靠吸水区域的毛细作用,让封闭液在多孔薄膜上流动,完成多孔薄膜上微孔的封闭或者非特异性位点的封闭。当完成后,让带有标记物质的第二受体溶液接触多孔薄膜,从多孔薄膜接触液体的一端依靠吸水区域的毛细作用力,让第二受体的溶液流过测试区域,从而可以特异结合被分析物质与第一受体形成的复合物。而第二受体上带有标记物质,这些标记物质可以产生信号,例如光学信号,或者这些标记物质本身就是带有颜色信号,或者这些标记物质与反应液产生信号。所以,在一些方式中,在第二受体溶液接触多孔薄膜前,先让封闭溶液接触多孔薄膜并在上流过测试区域。这样第二受体仅仅最大可能与第一受体结合的被分析物质结合,而最少地被其他空白区的多孔所吸附。当然,在某些情况下,封闭溶液并不是必须的,接触样本后的清洗也不是必须的,当标记物质是带有颜色颗粒或者水溶性颜料的时候,第二受体溶液接触多孔薄膜,并流过测试区域,位于测试区域上的被第一受体捕获的被分析物质来捕获带有标记物质的第二受体,从而在第二受体沉淀下来或者被复合物捕获而固定下来。间接的,带有颜色的颗粒或者燃料也沉淀下来,显示被分析物质是否存在或者数量的多少。
当第二受体带有的标志物需要与反应溶液中的试剂进行化学反应,从而产生信号的时候,是最好希望采用封闭试剂提前对多孔薄膜进行封闭,这样让第二受体最大可能得与第一受体-被分析物质形成的复合物结合,而尽量不被其他空白区域的微孔所吸附,这样,在空白区就有几少量的带有标志物的第二受体,而大多数带有标志物质的第二受体都被测试单元上的复合物所结合,当反应溶液中的反应试剂与标志物进行反应的时候,信号主要集中在复合物的区域产生,而其他空白区域则很少产生信号,降低了背景信号的干扰,从而让测试结果更加准确。这里所述的空白区域是指没有处理有任何物质的区域,包括测试单元之间的区域,也包括测试结果控制区域中的测试结构控制单元之间的区域,也包括测试结果参考区域与测试单元之间的区域,这些空白区域一般不含有受体,但是包括多个微孔。
为实现检测,我们采用了酶标记的方式,第二受体上标记酶,当含有酶标记的第二受体液体流经测试区域,测试参考区域或者测试结果控制区域,所述的第二受体就与复合体结合,被固定在测试单元上,或者测试结果控制单元上,或者测试参考单元上。这里的第二受体可以是如上述定义的那样,可以是抗体,也可以是抗原,也可以是核酸探针等等。当带有酶标记的第二受体的溶液流过以上这些区域,多余的液体依然依靠吸水区域的毛细作用力让含有酶标记的溶液流过多孔薄膜,方式仍然是多孔薄膜的一端接触液体,让液体穿过以上区域,流到吸水区域。
在一些方式中,含有酶标记的第二受体被固定在相应的区域,可以采用清洗剂溶液进行清洗,清洗掉反应区域(这里可以是测试区域、测试结果控制区域、测试结果参考区域等区域中的一个或者多个区域)残留的含有酶的第二受体试剂。这些的清洗试剂是一个优选的方案,但是并不是必须的方案。
在一些方式中,等含有酶的第二受体被反应区内的试剂进行结合或者捕获后,随后加入标记的酶对应的底物液或者反应液,反应液含有与酶反应的试剂,该反应试剂与酶发生反应能够产生信号,例如,底物液或者反应液体中的试剂如果接触到酶标记的免疫复合物中,即可被酶催化,产生信号,例如可见光下可见的物质或荧光物质或微光物质,可被肉眼观测或凭借传感器测定荧光和微光信号来观测。
溶液或者液体的流动与多孔薄膜
在一些方式中,以上的液体,例如液体样本,清洗溶液,含有标志物的第二受体溶液,以及其他清洗溶液,可以多次重复的从薄膜的一端接触,依靠薄膜的另一端的吸水区域的毛细作用力流过薄膜上的区域,从而进行多个不同的反应,完成被分析物质的测试。例如固定的第一受体与被分析物质结合形成复合物,然后含有标记的第二受体被复合物捕获而固定在薄膜上。当标记物需要与反应溶液进行接触发生反应的时候,还需要反应溶液流过薄膜,让反应液也标记物质发生反应从而产生信号,例如肉眼可见的信号,例如颜色信号,或者用设备读取的信号,例如荧光信号等等。这里的颜色信号可以是颜色沉淀,也可以是具有颜色的物质的沉淀或者其它任何形式的肉眼可见信号。反应液也是可以从多孔薄膜接触样本的一端被吸入到多孔薄膜上,经过测试区域,完成与标志物的接触反应,最后流到吸水区域中。
以上的液体的流动都是从上游流到下游,比如从多孔薄膜接触液体的一端(上游,接收液体的一端202)流经测试区域2001,然后流到测试结果控制区域,或者测试参考区域,这些测试区域的测试单元被阵列的形式布置在多孔薄膜上,总是靠近上游的阵列先接触液体,远离上游的后接触液体,远离可以是距离吸水区域较近的区域后接触液体。
不同的标志物以及不同的被分析物质,以及不同的第一受体以及第二受体,需要选择具体的多孔薄膜的微孔以及厚度,这样保证不同种类的液体可以多次流过薄膜,同时在流动的过程中完成必要的反应。可以理解,有些反应的时间要求比较长,有些比较短,这都是可以利用多孔薄膜的厚度或者/和微孔的大小尺寸来进行具体的实验,进行有效的选择,这是本领域的一般技术人员通过阅读本发明的描述是可以自由实现的。
在一些方式中,根据被分析物质的分量的大小来则选择合适的多孔薄膜。比如,当第一受体被固定在测试区域上,如果是多个第一受体,则固定在测试区域,以阵列的形式固定,如果液体样本中的被分析物质的种类多,分子量比较大,而需要较长的时间与第一受体接触反应,则可以选在薄膜的孔径小的薄膜,让液体样本在上面的流速慢一些,让第一受体可以有充分的时间与样本接触,并可以充分的来捕获样本中的被分析物质。
还有,在另外的一些方式中,如果一次性检测的被分析物质比较多,比如一次性检测20-50个被分析物质,也希望液体流速慢一些,给与20-50多个测试单元与液体样本接触的时间长一些,尽可能让每个测试单元都可以接触液体样本,从而进行充分的捕获被分析物质,这个时候可能被分析物质的分子量很小,或者空间结构很小,例如化学小分子,这个时候选择孔径小的多孔薄膜,让液体的流速慢一些,在流动的过程中完成反应。
在另外一些方式中,当让含有标志物的第二受体以液体的形式与多孔薄膜接触,标志物的体积或者分子量也与多孔薄膜的孔径有关系,当标志物是颗粒的形式,一般颗粒的尺寸可能小于微孔的尺寸或者与薄膜上的微孔尺寸相当,例如是纳米级别的颗粒,例如金颗粒,乳胶颗粒,这样,含有标志物的第二受体在分析物比较少的情况下,是可以流过测试区域,如果一旦含有多个测试单元(例如10个,或者20个以上),可能这些含有纳米级别的颗粒会阻塞这里多孔薄膜的微孔,从而导致液体不能有效的流过每个测试单元,从而影响测试的准确性。这个时候,就需要选择远远大于标志物的尺寸的多孔薄膜。这样可以让含有颗粒的第二受体在液体流过多孔薄膜的时候,可以有效得到复合物(第一受体-被分析物质)的捕获而沉淀。
当选择的是酶作为标志物的时候,一般酶是蛋白的形式,分子量就比较大,颗粒的尺寸也比较大,但是远远小于多孔薄膜的尺寸,也不会引起多孔薄膜的微孔的阻塞。若将酶看成球体,标记用酶的大小和酶本身的分子量相关,如辣根过氧化物酶(HRP),分子量约为40kD,则其分子直径约为4nm;重组碱性磷酸酶(AP),分子量约为80kD,则其分子直径约为5nm。若以免疫复合物的形式为,膜-第一受体-被分析物质-第二受体-酶,则免疫复合物中被分析物质-第二受体-酶相对于膜-第一受体的厚度仅增加约16nm,远小于膜的孔道孔径8μm(8000nm),产生的带酶标记的免疫复合物不会阻塞膜的内部通道,不会阻碍待含有酶标记的第二受体的溶液继续往后或者下游扩散与下游或者后面的其它测试单元结合点发生免疫反应,从而被下游的其它的测试单元所捕获固定。。
如上所述的孔径为8μm的膜为电镜实测孔径,在实际应用中,可以根据液体在膜中的横向流速做为膜微孔大小的判断标准。膜孔径的大小与单位距离膜内液体横向扩散的时间成反比。多孔薄膜的孔径越大,流速就越快,孔径越小,流速就越慢,例如孔径为8μm的膜内液体横向扩散4cm,用时大约140秒,当实际用的时间小于140秒,则表明膜孔径小于8μm,反之,则表面膜的孔径大于8μm。
总之,液体的流动的速度与液体本身含有的物质的性质以及多孔薄膜的材质,特别是多孔的尺寸关系比较大,可以通过有限的实验进行筛选,并获得合适的多孔薄膜来完成整个测试过程,这里的整个测试过程可以是让液体样本接触样本接收区域202,通过测试区域,流到吸水区域100,然后可以再次让含有标记物的第二受体的溶液接触样本接收区域202,通过测试区域,流到吸水区域100。当然在这些反应中,可以增加清洗溶液,例如一次或者2两次以上的清洗,然后再让含有与标志物反应的反应液接触样本接收区域202,通过测试区域,流到吸水区域100。当然,可以理解,反应液并不是必须的,例如标记物本身带有颜色,则可以不需要反应液,例如水溶性燃料,金颗粒或者乳胶颗粒。
阻液元件
一般,多种液体在多孔薄膜上的流动过程中,可以完成被分析物质的结合或者捕获,或者带有标记物质的第二受体也可以在液体流动中实现结合。如果需要与标志物与反应溶液接触完成反应生成检测信号,反应溶液可以在流动的过程中完成与标志物质的反应,可以样本溶液、封闭溶液,清洗溶液,带有标志物的第二受体,反应溶液都可以被多孔薄膜的一端接收,然后依靠毛细作用力流过测试区域,完成被分析物质的化验。
特别的,分布在测试区域的在本发明中,让多孔薄膜接触液体样本,清洗液,让带有标志物的第二受体的液体,这些都是可以通过多孔薄膜200的一端,依靠毛细作用力横向流到吸水区域完成整个测试。有些情况下,当需要反应液与标志物进行反应的时候,虽然可以让反应液通过接触多孔薄膜的一端200,依靠毛细作用力横向流动到吸水区域,从而让反应液中的反应物质与标志物进行反应,产生信号,该信号表示被分析物质的多少或者数量。但是,有时候,有些反应需要更产长的时间,比如接触1-30分钟,仅仅依靠吸水区域的毛细作用力,可能让液体的流速比较快,而反应的时间较短,而不能充分反应,造成反应结果不充分,最终影响测试的结果。换句话说,就是依靠溶液在多孔薄膜上流动的过程中进行必要的反应并不能够获得较好的测试结果。一旦产品组装完成,虽然多孔薄膜进行了优化,各个反面进行了改进,仍然希望然溶液更多的停留在测试区域上,进行充分的反应。
特别的,当测试区域含有较大数量的测试单元后,仅仅依靠液体通过毛细作用下流过薄膜测试区域的时间并不足以完成反应液与标记物质反应而产生信号,或者在反应液流动的过程中,不足以消耗完被测试单元固定的标志物,从而最终影响测试的准确性。特别是,当测试的被分析物质很多,而且多孔薄膜上的测试区域几乎占据了整个多孔薄膜的绝大部分面积,让反应液从一端流到另外一端所花费的时间最多30秒到1分钟,最多不超过2分钟,比如多孔薄膜的长度是2厘米长的时候。这个时候,就希望液体多停留在多孔薄膜上一定的时间,特别是停留在多孔薄膜上的测试区域上,让液体中的成分与测试单元上的物质进行充分的反应,从而获得准确的结果,而停留的时间希望超过两分钟,例如是2-30分钟。例如,让反应液中的物质与标记物质进行充分的接触,进行充分的反应,实质消耗完被测试单元固定的标志物,让标志物完全消耗,从而产生的信号才能准确反应被分析物质的数量。
所以,在一些方式中,该装置还包括阻液元件用于阻隔液体,让液体更长的时间或者更多的时间停留在多孔薄膜上,特别是停留在测试区域上,从而让液体中的物质(例如反应液)与多孔薄膜上的物质(固定在测试单元上的标记物质)进行充分的接触以及充分的反应。这里的较长时间是相对而言的,是指当没有阻液元件的时候,该液体正常流过多孔薄膜,具有一定的流速,所花费的时间是一个固定的时间,而在阻液元件下,让液体的流速被阻隔元件减慢,在一定的距离下,所花费的时间增多,从而具有更多的时间让液体中的有效成分与多孔薄膜上的区域,例如测试区域,测试参考区域或者测试结果控制区停留较长时间。特别是,让反应液与测试区域上固定的标志物进行充分的接触有效反应。
在一些方式中,所述的阻液元件为非吸水性元件,分布在多孔薄膜测试区域的周围。如图1A-1C所示,在多孔薄膜的一端,测试区域的下游与吸水区域之间设置阻液元件204,该阻液元件覆盖在多孔薄膜上,多孔薄膜是柔性的材料,而阻液元件是非吸湿性的,具有一定的重量,对于多孔薄膜具有一定的压力,从而让阻液元件覆盖的多孔薄膜的地方,让薄膜的厚度稍微变小,变小就直接影响了吸水区域对多孔薄膜上的液体的吸收能力,自然,从测试区域上游流过的液体由于吸收能力的减弱,自然,流速变慢,而流过测试区域的流速变慢,从而,让液体可以更长的时间与测试区域接触。
在一些方式中,这里的液体包括反应液,让反应液多停留在测试区域上,具体反应液中的物质与测试区域上的标记物质的反应。在一些方式中,当反应液与多孔薄膜的一端接触,依靠另一端的吸水区域的毛细作用力,让反应液从多孔薄膜的一端流到吸水端,从而经过了测试区域,阻液元件设置在靠近吸水的区域,并设置在多孔薄膜上。这样当多孔薄膜接触液体后,由于阻液元件的设置,可以让液体更慢的流入到吸水区域,而让液体停留在多孔薄膜上更长的时间。可以容易理解,当没有阻液元件的时候,吸水区域与多孔薄膜是自然的连接,如果在多孔薄膜上具有阻液元件,相当于给与多孔薄膜一个压力,该压力可以薄膜的一个区域比压紧,让依靠吸水区域吸收多孔薄膜上的毛细作用减弱或者阻断,则可以让液体流入到吸水区域的阻碍变大,从而液体自然流入到吸水区域的速度变慢,停留在多孔薄膜上的时间相对变长,从而可以充分在多孔薄膜的测试区域停留,进行更充分的反应。可以理解,这些阻液元件并不绝对100%地限制液体在多孔薄膜上流动,而是让液体的流速变慢。当多孔薄膜接触样品后,多孔薄膜基本被全部湿润而基本丧失了毛细作用力,本身的吸水性能基本没有,这个时候,如果还让后续的液体继续能够在多孔薄膜上流动,主要有是依靠吸水区域的毛细力来流动,如果要让流速变慢,实质就是在吸水区域与多孔薄膜之间设置阻液元件,让后面的液体流速减慢,停留在多孔薄膜上的时间延长,任何已知的方式都是可以的,阻液元件设置的方向是流速前进的方向上限值流速前进的进程或者流速,可以理解类似“堤坝”的作用来阻止洪水的流动,从而发让水聚集在一个地方,而让流速减慢。
在一些方式中,阻液元件设置与液体流动的方向的相交,而不是平行,例如如图1A-1C所示意,第一阻液元件204设置在靠近吸水区域并位于多孔薄膜上,第二阻液元件203设置在液体接触的区域202的下游,第一阻液元件204与第二阻液元件203平行设置,但是都与液体流动的方向垂直,测试区域位于第一与第二阻液元件之间。在这样的实施方式中,可以仅仅含有第一阻液元件204,可以不含有第二阻液元件。一般阻液元件可以覆盖在多孔薄膜的表面,可以自然覆盖,而不实质影响多孔薄膜的厚度,也可以给于阻液元件上施加一定的压力,让其减少从多孔薄膜流向吸水区域的液体的流速。覆盖的方式是可以通过胶水涂覆在阻液元件的表面,然后覆盖在多孔薄膜的表面,胶水让阻液元件固定在多孔薄膜的表面。当然,也可以不采用胶水,直接通过外部的压力让阻液元件固定在多孔薄膜的表面上。当采用第二阻液元件203的时候,该阻液元件实质上是把多孔薄膜接触液体的一端202与测试区域间隔开,一个目的就是希望接触的液体实质是穿过多孔薄膜,尽量避免从多孔薄膜的表面流过。这样,第二阻液元件203的上游就是接收液体的区域,该区域常常需要连续接触多种不同的液体,有时间液体的体积比较大,第二阻液元件可以让液体实质是穿过阻液元件覆盖下的薄膜流到下游的测试区域上,而减少了直接从薄膜表面直接流动,避免了洪流。另外,如上所述的,阻液元件本身对薄膜可能有压力,也让从接收液体的区域202的液体以较慢的速度进入到下游的测试区域,让液体的流速变慢。当阻液元件采用波层胶水粘贴在多孔薄膜上,实际上,胶水本身也会密封多孔薄膜的孔,也是减少了毛细作用力,也可以让液体在多孔薄膜上流动的速度,这样可以让多孔薄膜上多个测试单元都可以在较慢的流速过程中与各个液体接触,让每个测试单元反应充分。
当施加反应液体的时候,可以让反应液接触液体接收区域202,从多孔薄膜上穿过,经过测试区域。在另外的方式中,也可以直接把反应液900类似如图4B的方式滴加到多孔薄膜的表面上,在多孔薄膜上覆盖一层反应液,由于阻隔元件具有一定的厚度,则反应液可以在多孔薄膜上具有一定的高度,一般反应液中的反应物质是过量的,这个时候,吸水区域由于依然保持对多孔薄膜的毛细作用力,仍然可以保持对多孔薄膜上的液体的吸引或者吸收,该毛细作用力继续让位于多孔薄膜上的液体向吸水区域流动,而位于多孔薄膜上的反应液与测试单元上的标志物反应,这样可以让反应液停留在多孔薄膜上足够的时间,直至把与标志物反应完全。随着反应,到所有的反应液被吸水区域吸收完,即反应液一边与标志物接触进行反应,产生信号物质,一边被一端的吸水区域吸引,这样可以让反应液保持一段时间。这里的一短时间可以是30秒,1分钟,2分钟,3分钟,5分钟,10分钟,15分钟,20分钟,30分钟。停留的时间依据液体施加的体积而决定的,另外,停留的时间也是阻液元件是否给多孔薄膜施加足够的压力,以及吸水区域吸水能力三个重要因素确定的。例如,可以让阻液元件具有一个厚度,厚度或者高度可以调整,从而可以控制反应液的体积,当多孔阻液元件在多孔薄膜上划定的区域一定的时候,反应液的高度自然就可以调整。
在一些方式中,所述的阻液元件在多孔薄膜上围城一个类似蓄水池的结构,阻液元件在多孔薄膜表面围成一个区域,该区域内包括测试区域205,也可以包括测试控制区域,还可以包括测试参考区域中的一个区域或者三个区域。例如如图2A所示,阻液元件以长方框的形式覆盖在多孔薄膜200的表面,形成一个凹陷的区域或者类似储水池的区域2061,框的厚度作为蓄水的高度,而底就是多孔薄膜,而另一端与多孔薄膜连接的是吸水区域100,其中设置吸水材料。反应液可以直接施加在该蓄水池内,让反应液被滴加到该区域内2061内,这样,反应液就直接在该区域内扩散,并在多孔薄膜上形成一定高度的反应液,从而可以让反应液充分与标记物质发生反应而产生信号的物质。该信号是可以被读取的,这里的“读取”可以是肉眼直接观察,也可以通过任何设备来读取,例如肉眼读取就是观察测试单元颜色变化或者是否有颜色物质的沉淀,设备读取一般是电子信号或者荧光等。
在一些方式中,标记物质是是酶类,包括但不限于辣根过氧化物酶,碱性磷酸酶等,或者一些小分子化合物,包括但不限于鲁米诺,吖啶酯,荧光素,罗丹明,氧化剂等等。这样产生的信号可以是可见光的光吸收信号,化学发光信号,以及荧光信号。例如,与辣根过氧化物酶相互作用的含3,3',5,5'-四甲基联苯胺的可发生色团沉积信号的液体,反应液包括3,3',5,5'-四甲基联苯胺,5-溴-4-氯-3-吲哚基-磷酸盐,四唑硝基蓝,鲁米诺,金刚烷,吖啶酯等,有些可以与辣根过氧化物酶反应,有些可以与碱性磷酸酶反应,有些就是碱性溶液。
在一些方式中,所述的阻液元件并不是单独设置在多孔薄膜上,而是依靠上卡开设的窗口,该窗口的格栏覆盖在多孔薄膜的表面,这样的方式也可以单独形成阻液元件。当然,可以利用上卡开设的窗口的格栏覆盖在所形成蓄水池的阻液元件表面上,一方面给与阻液元件一定的压力,也可以与阻液元件组合形成蓄水池的结构。所以,阻液元件一般选择非吸水性的材料,可以是塑料,金属,合金等都是可以作为本发明的一个具体的实施例子,元件可以是片,条的形式。
例如,如图3所示,在多孔薄膜200上设置了测试区域210,在多孔薄膜的一端上覆盖了第一阻液元件203,在靠近吸水区域上设置第二阻液元件204,两个阻液元件之间的多孔薄膜上是测试区域,该区域内具有多个测试单元210。该多孔薄膜是覆盖在硬质底片211上,然后底片与多孔薄膜一起被放置在下卡的槽体305中。所述的多孔薄膜以及滤纸都被设置在上卡300与下卡306之间限定的腔体中。在上卡300与下卡306之间设置了用于容纳吸收区域的腔体,该腔体内是用于用那吸水材料的区域。在图3所示的具体实施方式中,具有两个吸水材料308和309叠加在一起,位于上卡与下卡形成的腔体307中,其中下面的吸水块308位于下卡的腔体中,而位于其上的吸水块309比下面的吸水块要长,而伸长的一端310与多孔薄膜的一端201接触在一体,而在上卡上具有窗口303,构成窗口的具有格兰是一个类似长方形的格兰,分别是格兰302,以及格兰313,该两个前后分布的格兰覆盖在阻液元件203以及204的表面上,而纵向分布的格兰312,314则覆盖在多孔薄膜的两次,这样,就在多孔薄膜的测试区域210周围了一个蓄水池的结构。虽然纵向的格兰312,314没有直接接触多孔薄膜的表面,但是与多孔薄膜表面之间的具体很小,由于液体的表面张力,基本不会泄露液体到外面。所以,当通过窗口303直接向测试区域递交液体的时候,液体就直接在测试区域扩散开并形成具有一定高度的液面,例如反应液,这样液体就覆盖在测试区域上,液体的量比较多,可以让测试区域上固定的标志物都反应完全。在进行反应的时候,液体依然能够透过第一阻液元件204覆盖下的多孔薄膜被与之连接的吸材料吸收。当反应液被吸收完后,整个反应也就完全反应,让固定在测试单元上的标志物完全反应完成。在本实施例子里,实际上窗口的格栏312,314也是构成阻液元件的功能。反应结束后,可以通过窗口303读取测试区域上的测试结果。如前面所描述的那样,由于上卡与下卡在组装的时候,依靠组装的结合作用,可以让窗口的格栏给与阻液元件一个压力,从而给与多孔薄膜一个压力。在一些方式中,在多孔薄膜上不设置阻液元件203,204,而是依靠窗口的格栏302,313,或者整个4根格栏302,314,312,313直接覆盖在多孔薄膜上,也是可以行的,不过,这对于窗口的加工工艺提升了难度,需要接触薄膜的面非常平滑,而且不能你给与多大的压力。这种方式可行,但是并不是优选的方式。当然,还可以是如图4A,4B的方式,真个孔薄膜是暴露在外的,这个时候,阻液元件204,203就可以直接覆盖在多孔薄膜200上,直接在测试区域上滴加反应液900,从而依靠阻液元件的阻隔而让反应液接触测试区域的时间长久一些,反应更加充分。
在另外的一个实施例子,多孔薄膜的阻液元件把测试区域围城一个池子的形式,在进行测试的过程中,当需要让溶液接触测试区域时间长一些的时候,可以直接向池子中添加溶液,例如样本溶液,清洗溶液,封闭溶液,带有标志物的第二受体溶液,与标志物反应的反应溶液或者其它利于测试的任何溶液。所以,对于不需要特别反应时间上的溶液,可以直接让样本接触端202来接触液体,让液体穿过阻液元件下的多孔薄膜依靠薄膜本身或者吸水区域的毛细作用力下流动就能完成某个反应。当某个反应需要比较长的时间,则可以直接向阻液元件围成的区域内添加溶液,这样溶液很快在该区域内铺展开来,然后湿润整个薄膜,让测试区域内的测试单元几乎是同时接触溶液并进行反应,随着反应的进行,吸水区域内的毛细作用力继续对多孔薄膜具有吸水能力,溶液也会逐渐被吸收,从而溶液类似穿过了多孔薄膜而让反应更加充分。在一些实施例子中,如果标志物是酶的时候,与酶反应的试剂溶液可以直接加入到池子中进行反应。如图6所示,其它的结构与图3所示的结构一样,差别是多孔薄膜上的阻液元件是一个框体结构20,覆盖在多孔薄膜上,阻液元件围成了一个蓄水池的样子,可以让液体储蓄在该池子中,而池子的底是多孔薄膜,而上卡的窗口格栏覆盖在阻液元件20表面上。
具体实施例子
下面通过具体的实施例子来说明本发明的装置是如何工作实现本发明的目的,仅仅是举例的方式来说明如何实现本发明的技术方案,但是并不对本发明做出任何限制,具体的范围以权利要求为准。
实施例1:横向扩散检测的免疫反应芯片用于检测IgM抗体的可见光信号及定量
使用微量点液装置(杭州布封科技有限公司)在免疫反应芯片的多孔膜的反应区域上(本次使用硝酸纤维素膜,膜的孔径为10μm,膜片的宽度为13mm,40毫米,阻液片厚度为0.8mm,薄膜下面具有硬质衬底)分别点入CMV、HSV1、HSV2、RV、TOX特异性抗原(购买资深圳菲鹏生物股份有限公司),浓度分别为0.2mg/mL,50nL/点,每个测试单元或者每个抗原点的之间的距离是3毫米,45℃干燥2小时。将固定好的抗原的膜片,与吸水块一同装载到塑料卡壳内固定,让吸水快与多孔薄膜连接。制备成含有进液区域202,反应区域205和排液区域100的固相芯片反应单元(具体参见附图3)。
为了方便表述将参与免疫反应的液体以阿拉伯数字为序号编号:
#1液:由含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液稀释重组特异性抗CAM IgM抗体,重组特异性抗HSV1的IgM抗体,重组特异性抗HSV2的IgM抗体,重组特异性抗RV的IgM抗体,重组特异性抗TOX的IgM抗体(深圳菲鹏生物股份有限公司),稀释倍速为500、2000、8000、32000倍制成不同浓度的样本溶液。
#2液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#3液:含特异性抗人IgM并被HRP标记的(辣根过氧化物酶)的工作液。
#4液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#5液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#6:反应液(杭州布封科技有限公司,含有3,3',5,5'-四甲基联苯胺)
将免疫反应芯片元件的进液区域202依次与#1(样本溶液),#2(封闭溶液),#3(第二受体溶液),#4(清洗溶液),#5分(清洗溶液),每个溶液是5毫升,每个溶液接触5分钟,每次不同的液体和进液区域202接触后,会凭借硝酸纤维膜本身的微孔通道,液体与孔道之间的表面张力和吸水区域的吸液材料提供的毛细动力扩散通过多孔薄膜的测试区域。
当#5液的接触结束后,将200μL反应液#6直接滴加到反应区域205上,此时反应液将覆盖整个反应区域,反应液被复合结构膜片上的阻液片阻挡,只能通过膜内部孔道缓慢毛细扩散出排液区域,并被与之接触的吸液材料驻留,在此期间反应区域将会出现斑点信号,直至10min后底物液彻底排干,此时所生成的信号将不再发生明显变化。使用工业显微镜拍摄图像。
上述拍摄得到的检测结果图像如图7A-7D所示,在合适的浓度范围内,CMV、HSV1、HSV2、RV、TOX特异性抗原的特异性IgM抗体均可被检测到。上述拍摄得到的检测结果图像如图7A-7D所示,可观测信号的强度与样本中各被分析物浓度呈正相关,这预示着该免疫反应芯片元件也可以定量检测样本中的被分析物。图7A是样本稀释500倍,图1B是稀释2000倍,图7C是稀释8000倍,图7D是稀释32000倍。从左到周,测试单元上的颜色从深到浅。
由于本发明的主要反应是在多孔薄膜上实现的,依靠吸水区域上的吸水滤纸对于多孔薄膜施加持续的毛细作用力,从而让不同的液体流过多孔薄膜的测试区域,完成整个测试过程。该装置本身具备类似电子二极管的单向扩散性和液体储存能力,使得完成整个免疫反应无需目前主流的磁微粒化学发光所需要的各种机械模块(液路模块,机械振动和移动装置,磁分离和清洗模块,外加反应杯储存和转移模块,废液处理系统,系统自清洁系统等),可实现全自动测定的最简化,能耗最低化,光信号检测器可以是光电倍增管(在此情况下也可以使用吖啶酯等直接发光标记物,进而进一步简化检测步骤),也可以是CCD(电荷耦合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体);另外由于本发明芯片的多种物质同时检测的特征,即可实现多项目同时测定,不同项目任意组合。大大提高了检测的效率,在这种情况下通常采用的是超低温致冷CCD或CMOS。除了本发明揭示的芯片结构和使用方法外,均可利用现有技术获得更加精准的结果。另外,这样的测试装置也特别适合家庭自我测试,可以一次性测试多个指标,任何指标可以任意组合,比如多个抗原指标,多个抗体指标等等。
实施例2:横向扩散检测的免疫反应芯片用于检测5种抗原的特异性IgM抗体的化
学发光信号
使用微量点液装置(杭州布封科技有限公司)在免疫反应芯片的膜片上(本次使用硝酸纤维素膜,膜的孔径为8μm,膜片的宽度为13mm,阻液片厚度为0.8mm)分别点入CMV,HSV1,HSV2,RV,和TOX特异性抗原(深圳菲鹏生物股份有限公司),浓度分别为0.2mg/mL,0.2mg/mL,0.05mg/mL,0.2mg/mL,0.05mg/mL,50nL/点,45℃干燥2小时。将固定好的抗原的膜片,与吸水块一同装载到塑料卡壳内固定。制备成含有进液区域,反应区域和排液区域的固相芯片反应单元(具体参见附图3)。
为了方便表述将参与免疫反应的液体以阿拉伯数字为序号编号:
#1液:由含有10mg/mL OsrHSA,10mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液稀释重组特异性抗CAM IgM抗体,重组特异性抗HSV1的IgM抗体,重组特异性抗HSV2的IgM抗体,重组特异性抗RV的IgM抗体,重组特异性抗TOX的IgM抗体(深圳菲鹏生物股份有限公司),3000倍制成不同浓度的样本溶液。
#2液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#3液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#4液:含特异性抗人IgM-HRP(辣根过氧化物酶)结合物的酶工作液。
#5液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液
#6液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液
#7液:反应液(杭州布封科技有限公司,含有3,3',5,5'-四甲基联苯胺)
将固相芯片反应单元的进液区202域依次与#1,#2,#3,#4,#5,和#6分别接触5分钟,每次不同的液体和进液区域接触后,会凭借硝酸纤维膜本身的微孔通道,液体与孔道之间的表面张力和排液区域的吸水块提供的动力毛细扩散通过固相芯片反应单元的反应区域。当#6液的接触时间结束后,将#7液200μL直接加入到反应区域上205上,由CCD读取不同曝光时间下的图像。常温CCD读取不同曝光时间下的图像如图8所示。
由于酶促化学发光的快速、辉光特征,常温CCD拍摄不同曝光时间的芯片图像,来说明被分析物的可观测信号可以为化学发光信号,这为新型化学发光技术平台的建设奠定基础,也为预示着采用化学发光法定量检测的可行性。图8A-图8C是曝光后荧光信号强度。
实施例3:底物液或者反应液的加入位置比较试验
一、加入位置
由于阻液片的限流起到控制反应区域的恒定的反应液的体积,以确保反应区域内所有带酶免疫复合物同时接触到底物(反应试剂),同时产生可观测信号的作用,通过比较在进液区域202上接触反应液和在反应区域直接加入底物液后的蛋白结合点(测试单元)信号强度的变化来说明将底物液直接加入到反应区域的优势。
使用微量点液装置(杭州布封科技有限公司)在免疫反应芯片的膜片上(本次使用硝酸纤维素膜,膜的孔径为10μm,膜片的宽度为13mm,阻液片厚度为0.8mm)分别点入CMV,HSV1,HSV2,RV,和TOX特异性抗原(深圳菲鹏生物股份有限公司),浓度分别为0.2mg/mL,50nL/点,45℃干燥2小时。将固定好的抗原的膜片,与吸水块一同装载到塑料卡壳内固定。制备成含有进液区域,反应区域和排液区域的固相芯片反应单元。
为了方便表述将参与免疫反应的液体以阿拉伯数字为序号编号:
#1液:由含有10mg/mL OsrHSA,10mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液稀释重组特异性抗CAM IgM抗体,重组特异性抗HSV 1IgM抗体,重组特异性抗HSV 2IgM抗体,重组特异性抗RV IgM抗体,重组特异性抗TOX IgM抗体(深圳菲鹏生物股份有限公司),3000倍稀释的样本。
#2液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#3液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#4液:含特异性抗人IgM-HRP(辣根过氧化物酶)结合物的酶工作液。
#5液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液
#6液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液
#7液:反应液(杭州布封科技有限公司,含有3,3',5,5'-四甲基联苯胺)
将固相芯片反应单元的进液区域依次与#1,#2,#3,#4,#5,和#6分别接触5分钟,每次不同的液体和进液区域接触后,会凭借硝酸纤维膜本身的微孔通道,液体与孔道之间的表面张力和排液区域的吸水块提供的动力毛细扩散通过固相芯片反应单元的反应区域。当#6液的接触时间结束后,将进液区域202与200μL#7液接触(方式一)或将200μL底物液直接加入到反应区域(方式二)上,之后分别在10,15,和20分钟使用工业显微镜拍摄两种方式的反应区域各点的可观测信号的变化情况。
结果如图9(方式1)、图10所示(方式2),结果表明由于方式二的芯片反应区域各点同时接触底物,使得各点的信号在较短时间即可达到较大值。方式1在15分钟基本有明显的结果出现,而方式2在10分钟已经出现很好的测试结果。
二、反应区域加入反应液将实现出液端不会受到进液端信号强弱的影响
通过比较在进液区域202添加反应液与反应区域上直接加入反应液液后的蛋白结合点信号强度的变化来说明无论进液端的免疫复合物信号强度如何都不会影响出液端相同通道上免疫复合物信号的强度。
使用微量点液装置(杭州布封科技有限公司)在免疫反应芯片的膜片上(本次使用硝酸纤维素膜,膜的孔径为12μm,膜片的宽度为13mm,阻液片厚度为0.8mm)分别点入CMV,HSV1,HSV2,RV,和TOX特异性抗原(深圳菲鹏生物股份有限公司),浓度分别为0.2mg/mL,0.2mg/mL,0.05mg/mL,0.2mg/mL,0.05mg/mL;50nL/点,45℃干燥2小时。将固定好的抗原的膜片,与吸水块一同装载到塑料卡壳内固定。制备成含有进液区域,反应区域和排液区域的固相芯片反应单元。
为了方便表述将参与免疫反应的液体以阿拉伯数字为序号编号:
#1液:由含有10mg/mL OsrHSA,10mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液稀释重组特异性抗CAM IgM抗体,重组特异性抗HSV 1IgM抗体,重组特异性抗HSV 2IgM抗体,重组特异性抗RV IgM抗体,重组特异性抗TOX IgM抗体(深圳菲鹏生物股份有限公司)。
#1液-1:只有TOX IgM抗体为8000倍稀释(在现有条件下此浓度的可观测信号为弱信号),其余抗体为0(在现有条件下此浓度的可观测信号为极弱信号或无信号).
#1液-2:只有TOX IgM抗体为8000倍稀释(在现有条件下此浓度的可观测信号为弱信号),其余抗体为500倍稀释(在现有条件下此浓度的可观测信号为强信号)
#2液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#3液:含有10mg/mL酪蛋白,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液。
#4液:含特异性抗人IgM-HRP(辣根过氧化物酶)结合物的酶工作液。
#5液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液
#6液:含1mg/mL Tween 20,pH7.4的磷酸盐缓冲溶液
#7液:反应液(杭州布封科技有限公司,含有3,3',5,5'-四甲基联苯胺)
将固相芯片反应单元的进液区域依次与#1,#2,#3,#4,#5,和#6分别接触5分钟,每次不同的液体和进液区域接触后,会凭借硝酸纤维膜本身的微孔通道,液体与孔道之间的表面张力和排液区域的吸水块提供的动力毛细扩散通过固相芯片反应单元的反应区域。
当#6液的接触时间结束后,将进液区域与400μL#7液接触(方式一)或将200μLTMB#7液直接加入到反应区域上(方式二),之后对于方式一,在25分钟时比较#1液-1与#1液-2的TOX IgM检测信号的强度,对于方式二,在10分钟时比较#1液-1与#1液-2的TOX IgM检测信号的强度。
结果如图11、图12所示,位于最上方,即出液端的TOX IgM的检测是受进液端的影响最大的,虽然影响大,但是并不是被排除在本发明范围外,也是一种方式。该免疫复合物33/36
形成的可观测信号强度=[特异性抗TOX IgM浓度]×[特异性抗人IgM-HRP浓度]×[TMB-H2O2浓度]。本实施例中,#4液中的特异性抗人IgM-HRP浓度和在TMB底物液中TMB-H2O2浓度均是趋近于过量。通过对比,方式二的TOX IgM的检测结果不受进液端的影响。
实施例子4:犬过敏原测试装置。
提供如图13与14所述的装置与溶液试剂组合,其中测试装置包括多孔薄膜(介绍具体结构),溶液试剂盒里面装有反应所必须的试剂。
制备固相反应单元:
使用微量点液装置(杭州布封科技有限公司)在免疫反应芯片的膜片上(本次使用硝酸纤维素膜,膜的孔径为10μm,膜片的宽度为13mm,阻液片厚度为0.8mm)分别点入鼠抗羊单克隆抗体(MAG),抗犬IgE单克隆抗体(anti-canine IgE Mab),和74项过敏原物质在制定膜片的指定位置上。各种物质的点液浓度控制在100ng/mL~1.0mg/mL,稀释液为含有红色水溶性染料的磷酸缓冲溶液,50nL/点,45℃干燥2小时以固定各物质在膜片上。
将膜片与吸液块一同装载到塑料卡壳内固定(如图6以及图13)。制备成含有进液区域,反应区域和排液区域的固相芯片反应单元。
具体点液排布在多孔薄膜上的如下表(第一排与左边第一列为测试结果控制单元):
制备完毕后的芯片反应区域如图13所示。。
制备液相反应单元;
在液相反应多孔槽(图15)中预先加入如下液体:
孔1中预先加入样本稀释液,即含有Triton-X100的pH7.4的磷酸盐缓冲溶液,150μL/孔。
孔2中预先加入封闭液,即含有Casein-Na、牛血清与Triton-X100的pH7.4的磷酸盐缓冲溶液,300μL/孔。
孔3中预先加入酶结合物液,即含有羊抗狗IgE-HRP的酶工作液,300μL/孔。
孔4中预先加入洗液,即含有Tween 20的pH7.4的磷酸盐缓冲溶液,300μL/孔。
孔5中预先加入洗液,即含有Tween 20的pH7.4的磷酸盐缓冲溶液,300μL/孔。
预先加入好液体多孔槽,通过热密封方式,被铝膜密封,从而将如上液体保护在多孔槽各个孔内。
反应液:500μL反应液存放在塑料瓶中密封待用。
犬血清中IgE的测定方法:
将液相单元取出,平放在操作台面上,轻敲多孔槽,确保所有预装的液体试剂回到多孔槽底部。将铝膜沿多孔槽的上表面方向拉开,直到完全拉掉铝膜,以暴露所有的液体。取150μL犬血清,加入到孔1中,并反复吹打,使得样本和样本稀释液充分混匀。
将固相单元的吸液端202插入到孔1中静置,此时孔1中的液体将会自动由下向上扩散,进入到多孔薄膜上,然后流过测试区域;
当7分钟结束后,将固相单元从孔1中取出,移动到孔2上方,将固相单元的吸液端202插入到孔2中静置,此时孔2中的液体将会自动由下向上扩散;
当7分钟结束后,将固相单元从孔2中取出,移动到孔3上方,将固相单元的吸液端插入到孔3中静置,此时孔3中的液体将会自动由下向上扩散;
当7分钟结束后,将固相单元从孔3中取出,移动到孔4上方,将固相单元的吸液端插入到孔4中静置,此时孔4中的液体将会自动由下向上扩散;
当7分钟结束后,将固相单元从孔4中取出,移动到孔5上方,将固相单元的吸液端插入到孔5中静置,此时孔5中的液体将会自动由下向上扩散。
当7分钟结束后,将固相单元从孔5中取出,平放在工作台上,将反应液倒入卡壳的芯片窗口中,此时底物液会平铺在窗口内的反应区域内,并缓慢地经阻液元件下方的膜扩散到吸水区域,10分钟后暂时驻留在反应区域内的底物液将被吸水区域吸收完全,再在5分钟内观察反应区域内是否出现位置点,总IgE点,和特异性IgE斑点的出现。
位置点的分布为直角坐标,通过比对横向和纵向的位置点,确认出现的斑点位置,斑点位置与发生免疫反应的特定过敏原物质一一对应。从而判断出是否血清中存在与该物质发生结合的特异性IgE的存在。总IgE点位于纵向位置点的最下方,此处位置由于与过敏原物质点不在同一条扩散路径上,因此不影响特异性IgE各点的检测。
图5B为一个犬血清样本的检测结果,结果表明该样本中含有与过敏原物质烟曲霉菌、腐食酪螨、羊毛、羊皮屑、蟑螂、鯷鱼、土豆、和西瓜反应的特异性IgE,同时该样本中的总IgE的含量偏高。
以上这样的操作可以采用手来进行操作,比如在家里进行测试的时候。当然也可以采用机器进行自动的操作,比如把溶液槽密封膜撕掉,然后把样本加入1号溶液腔中,然后把测试卡的洗液端202插入到1号槽中,放入到机器设备中,机器设备中具有类似机械手的结构加注测试装置卡放置吸水纸的卡上,开始计算时间,等到具体时间后,从1号槽中取出测试卡,顺次插入到后续的溶液腔中进行反应。等到最后一个孔接触结束后,可以取出直接滴加反应溶液,也可以把反应溶液实现注入到6好孔,让反应液从多孔薄膜上流入并经过测试区域。采用这样的机器设备,可以在实验室里连续处理,反应结束后,也可以自动配备读取设备,例如拍照单元直接对测试区域拍照,直接对图像进行处理,直接输出结果,当然也可以肉眼看测试单元的结果。
实施例子6:封闭试剂对测试效果的影响
具体方式方案也实施例子5一样,当样本是阴性样本的时候,如果采用了封闭试剂(如孔2中的试剂),则在测试区域上没有出现颜色斑点,而没有封闭试剂,则在测试区域上出现了颜色斑点,表示在各个测试单元上具有非特异性位点,也表示空白区域具有背景出现。能够捕获羊抗狗IgE-HRP的酶,产生了假阳性的结构,而且,在各个测试点之间也有颜色沉淀,让背景也不是非常干净,清晰。所以,在对于测试多个过敏原的检测中,封闭溶液是能够解决非特异性结合,避免假阳性,而且可以让测试背景干净,减少背景对测试区域的影响。
Claims (34)
1.一种检测液体样本中被分析物质的装置,包括:测试区域和吸水区域,其中测试区域用于接触液体,而吸水区域位于测试区域的下游,用于吸收来自测试区域上的液体,在测试区域上固定一个或者多个第一受体,该第一受体能够特异结合液体样本中一种被分析物质或者多种不同的被分析物质。
2.根据权利要求1所述的装置,所述的第一受体包括多个不同的第一受体,这些多个不同的第一受体以阵列的方式被固定在测试区域上,每一个受体直接或者间接特异结合液体样本中多种不同的被分析物质。
3.根据权利要求2所述的装置,所述的测试区域位于多孔薄膜上。
4.根据权利要求3所述的装置,所述的多孔薄膜的一端用于直接接触液体,多孔薄膜的另一端与吸水区域接触,从而让吸水区域吸收来多孔薄膜上的液体,从而让液体从多孔薄膜的接触液体的一端经过测试区域流到与吸水区域接触的另一端。
5.根据权利要求4所述的装置,所述的液体包括液体样本,含有标记物质的液体,洗涤液体和/或封闭液中的一种以上的液体。
6.根据权利要求5所述的装置,含有标记物质的液体包括还包括第二受体,所述的第二受体能够直接或者间地特异结合液体样本中一种被分析物质。
7.根据权利要求6所述的装置,所述的第二受体具有多个第二受体,每一个受体能够分别特异结合液体样本中多个不同的分析物质,每个受体所带的标记物质种类相同。
8.根据权利要求7所述的装置,所述的标记物的种类包括酶、带有颜色的颗粒或者染料,或者荧光标志物。
9.根据权利要求7所述的装置,所述的标记物质为酶。
10.根据权利要求4所述的装置,所述的多孔薄膜用于直接接触液体的一端可以连续的接触不同种类的液体,所述的液体包括液体样本,含有标志物的液体,洗涤液体和/或封闭液中的一种以上的液体。
11.根据权利要求3所述的装置,所述的装置还包括阻液元件,该阻液元件能够让液体停留在多孔薄膜上的测试区域上,或者所述的阻液元件能够让液体穿过多孔薄膜而减少从多孔薄膜的表面流动。
12.根据权利要求11所述的装置,所述的液体还包括反应液,所述的里具有能够与标记物质发生反应产生信号的反应试剂。
13.根据权利要求12所述的装置,所述标记物质以溶液的形式存在,同时,在含有标志物质的溶液中还包括多个第二受体,每个受体能够特异结合第一受体与被分析物质接的复合物。
14.根据权利要求11所述的装置,所述阻液元件位于测试区域的的周围。
15.根据权利要求11所述的装置,所述的阻液元件位于多孔薄膜上,把多孔薄膜划分为样本接触区域,测试区域,以及与吸水区域接触的区域,所述的阻液元件位于样本接触区域与测试区域之间,和/或者阻液元件位于测试区域与吸水区域接触的区域之间;或者,所述的阻液元件位于测试区域的上游和/或位于测试区域的下游。
16.根据权利要求11所述的装置,所述的阻液元件位于多孔薄膜上,在多孔薄膜上围成一个液体池的区域,所述的测试区域位于所述的液体池的区域内。
17.根据权利要求16所述的装置,所述的液体池用于直接接收能够与标志物发生反应产生信号的反应溶液。
18.根据权利要求11所述的装置,所述的阻液元件覆盖在多孔薄膜上,但是并不实质影响多孔薄膜的毛细作用力,从而让吸收区域能够促使位于多孔薄膜上的反应液的流动。
19.根据权利要求11所述的装置,所述的阻液元件覆盖在多孔薄膜上,但是并不实质影响多孔薄膜的毛细作用力,从而让吸水区域可以实质让所述的样本溶液,带有标记物质的第二受体溶液能够通过测试区域而被吸收区域吸收。
20.根据权利要求11所述的装置,所述阻液元件是实质由疏水性高分子材料组成,其包括,聚氯乙烯,聚酯,聚氨酯,聚苯乙烯中的一种或者多种。
21.根据权利要求5所述的装置,所述的液体还包括含有封闭试剂的液体,以及用于溶解样本的处理溶液,所述的处理溶液中不含有封闭试剂。
22.根据权利要求21所述的装置,所述的封闭试剂是被设置用于封闭多孔薄膜上空白区域的多孔。
23.根据权利要求21所述的装置,所述的封闭试剂包括蛋白成分。
24.根据权利要求3所述的装置,所述的多孔薄膜包括硝酸纤维膜或聚偏氟乙烯膜。
25.如权利要求3所述的装置,其中,所述的多孔薄膜是使用纯水作为液体沿多孔薄膜扩散4厘米所需要的时间小于5分钟。
26.如权利要求1所述的一种装置,所述的吸水区域包括吸水垫,所述的吸水垫包括亲水性纤维材料,选自天然植物纤维,或选自化学合成的醋酸纤维。
27.一种检测液体样本中被分析物质的装置,包括:
多孔薄膜,所述的多孔薄薄膜上包括测试区域,在测试区域上以阵列的方式固定多个不同的第一受体,该多个不同的受体的中的每个受体能够特异结合液体样本中一种被分析物质;
吸水区域,所述的吸水区域与多孔薄膜液体连通,从而吸收来自多孔薄膜上的液体;
其中,依靠吸水区域的吸水功能,能够让多孔薄膜被设置能够多次接触不同种类的液体,从而完成液体样本中被分析物质的测试。
28.根据权利要求27所述的装置,其中,所述的液体包括液体样本、封闭溶液、反应溶液,带有标志物质的第二受体溶液,一种或者多种洗涤溶液。
29.根据权利要求28所述的装置,其中,所述的多孔薄膜接触不同种类的测试液体是依照顺序依次接触液体样本溶液、洗涤溶液,带有标志物质的第二受体溶液。
30.根据权利要求28所述的装置,其中,所述的多孔薄膜的一端用于接触所述的不同种类的液体,而吸水区域用于让所述的不同种类的液体从多孔薄膜的一端经过测试区域流到吸水区域上。
31.根据权利要求27所述的装置,其中,所述的多孔薄膜上设置阻液元件,该阻液元件可以让液体留在测试区域上一定的时间,所述的液体为反应液。
32.根据权利要求31所述的装置,其中,所述的反应液是被直接施加在测试区域上,而不是通过多孔薄膜的一端来吸收的。
33.根据权利要求31所述的装置,其中,所诉的阻液元件是覆盖在多孔薄膜表面上,但是并不影响薄膜的一端的吸水区域的吸水功能。
34.根据权利要求31所述的装置,其中,所诉的阻液元件在多孔薄膜上形成一个溶液池,所述的溶液池内包括所述的测试区域,所述的溶液池被设定用于接收反应液。
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