CN211514564U - 一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其中，进样系统包括样品送样器和微流控芯片。微流控芯片包括样品入口和与样品入口连通的样品通道、抗体通道以及检测液通道。样品通道、抗体通道和检测液通道上均设有控制阀，样品送样器与样品入口连接。储存系统分别设置在抗体通道和检测液通道上。驱动系统设置在储存系统上。检测系统包括电极组和与电极组连接的电化学检测器，微流控芯片与电极组连接。电极组中的工作电极包被与样品对应的第一抗体，抗体通道放入与样品对应的冻干的第二抗体，储存系统分别储存第二抗体溶解液和检测液。减少了人力资源的使用，降低了检测成本，大大提高了检测效率，能够实现高通量检测。
Description
技术领域
本实用新型涉及电化学检测技术领域，具体涉及一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置。
背景技术
分子自组装技术指的是分子在氢键、静电、范德华力、疏水亲脂等弱作用力推动下,自发地形成具有特殊结构和形状的分子集合体的过程。这种技术为人们提供了一种有效地从分子水平上构建各种不同结构体系的新方法，利用自组装原理实现的自组装技术具有原位自发性、热力学稳定、构成方法简单并且不受基底材料形状的影响，均可以形成均一稳定、分子排列有序、低缺陷以及尺寸纳米级等诸多优点，在电化学分析领域得到了巨大的应用。
微流控是一个包括了工程学、物理学、化学、微加工和生物工程等领域的多交叉学科。微流控技术具有将生物、化学等实验室的基本功能缩微到一个几平方厘米芯片上的能力，可以精确控制和操控微尺度流体，以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析。微流控技术的基本特征和最大优势是多种单元技术在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成，具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、高通量、分析速度快等优势。
电化学检测器具有结构简单、成本低、灵敏度高、容易集成，易于微型化、集成化，具有独特的优势。
然而，现有技术中，并没有将自组装技术与微控流技术结合很好地运用到电化学检测技术中。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种将自组装技术、微流控芯片技术与电化学检测技术高度整合，从而能够极大程度上提高检测效率的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案为：
一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，包括进样系统、储存系统、驱动系统和检测系统。其中，进样系统包括样品送样器和微流控芯片。其中，微流控芯片包括抗体通道、检测液通道以及与样品送样器连通的样品通道。样品通道、抗体通道和检测液通道上均设有控制阀。储存系统分别设置在抗体通道和检测液通道上。驱动系统设置在储存系统上。检测系统包括电极组和与电极组连接的电化学检测器，微流控芯片与电极组中的工作电极连接。电极组中的工作电极包被与样品对应的第一抗体，抗体通道放入与样品对应的冻干的第二抗体，储存系统分别储存第二抗体溶解液和检测液。
根据本实用新型的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，通过微流控芯片通道控制流体，将可以形成自组装的样品及相关溶液自组装在电极上，进而用电化学的方法进行检测。因此将自组装技术、微流控技术和电化学检测技术的优势高度结合，可以实时可以实时在线地对样品进行电化学检测，并且将自组装技术及微流孔芯片技术应用于电化学检测技术中，极大的扩大了微流控芯片的应用前景。通过送样器和驱动系统保证了样品、抗体溶解液和检测液输送的稳定性，减少了人力资源的使用，降低了检测成本，大大提高了检测效率，能够实现高通量检测。同时，根据本实用新型的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置可以检测不同的样品，可以是从金属离子和气体的原子或小分子物质到生物物质，包括酶和抗体或者抗原等大分子，然后在工作电极上包被相对应的第一抗体，微流控抗体通道中放入对应的第二抗体，实现样品的快速检测。
对于上述技术方案，还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本实用新型的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，在一个优选的实施方式中，驱动系统包括微量注射泵和与微量注射泵连接的气囊。
通过微量注射泵和气囊的统一驱动，能够有效实现溶解液和检测液输送的稳定性，因此能够有效降低检测成本。
进一步地，在一个优选的实施方式中，根据本实用新型的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，检测系统包括至少两组电极组。
通过设置多个电极组，能够同时对多个样品进行检测，进一步提高检测效率。
具体地，在一个优选的实施方式中，控制阀为单向阀。
通过设置单向阀，能够控制液体在各微控流通道内只能单向流动，从而避免液体回流影响检测结果，由于每个微控流通道内均设有单向阀，因此，当其中一条微控流通道内的溶液进入电极组时，能够保证其与微流控通道内溶液静止，从而在极大程度上确保检测的有效性和精准性。
进一步地，在一个优选的实施方式中，根据本实用新型的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，还包括出样系统，出样系统与电极组连接。
通过出样系统能够将电极组中多余的液体排出，从而起到清洗电极的作用。
具体地，在一个优选的实施方式中，出样系统包括与电极组连接的接出通道和与出样通道连接的废液瓶。
这种结构形式的出样系统结构简单，耗材小少，同时能够对排出的废液进行有效收集和处理，从而避免产生环境污染。
具体地，在一个优选的实施方式中，电极组还包括参比电极和辅助电极。其中，样品通道、抗体通道和检测液通道均与工作电极连接。参比电极和辅助电极分别与工作电极连接。参比电极、工作电极和辅助电极均与电化学检测装置连接。
通过采用包括电极组成的三电极体系，能够保证电极电位的恒定，从而实现稳定地测定待测物的含量。
具体地，在一个优选的实施方式中，储存系统包括抗体溶解液储存池和检测液储存池，抗体溶解液储存池与抗体通道连接，检测液储存池与检测液通道连接。
通过不同的储存池布置在对应的微控流通道上，能够方便抗体溶解液合检测液进入对应的微控流通道，确保检测结果精确。
优选地，在一个优选的实施方式中，电极组的电极基底由氧化锢锡导电玻璃(ITO)、玻碳电极(GCE)和金电极(Au)中任意一种基质制成。
氧化锢锡导电玻璃(ITO)是透光的，可以用于需要透光和用显微镜观察的场合，例如细胞培养。玻碳电极(GCE)稳定，便宜。金电极(Au)稳定，方便硫醇修饰，导电性最好，制作成微电极的工艺成熟。同时上述基质能够保证良好的导电性能和在测试条件下的稳定性。
优选地，在一个优选的实施方式中，微流控芯片由单晶硅、无定形硅、玻璃、金属和有机聚合物中任意一种基质制成。
上述材质均适用于微流控芯片的制作，并且能够根据不同检测的需求选择确定的一种材质来提升整个化学检测装置的稳定性和可靠性。
相比现有技术，本实用新型的优点在于：减少了人力资源的使用，降低了检测成本，大大提高了检测效率，能够实现高通量检测。同时，可以检测不同的样品，从而增加了整个检测装置的适用性。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：
图1示意性显示了本实用新型实施例的基于自组装技术及微控流芯片的电化学检测装置。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
图1示意性显示了本实用新型实施例的基于自组装技术及微控流芯片的电化学检测装置10。
如图1所示，本实用新型实施例的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置10，包括进样系统1、储存系统2、驱动系统3和检测系统4。其中，进样系统1包括样品送样器11和微流控芯片12。微流控芯片12包括样品入口121、抗体通道123、检测液通道124以及与样品入口121连通的样品通道122。样品通道122、抗体通道123和检测液通道124上均设有控制阀125，样品送样器11与样品入口121连接。储存系统2分别设置在抗体通道123和检测液通道124上。驱动系统3设置在储存系统2上。检测系统4包括电极组41和与电极组41连接的电化学检测器42，微流控芯片12与电极组41中的工作电极411连接。电极组41中的工作电极411包被与样品对应的第一抗体，抗体通道123放入与样品对应的冻干的第二抗体，储存系统2分别储存第二抗体溶解液和检测液。
根据本实用新型实施例的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，通过微流控芯片通道控制流体，将可以形成自组装的样品及相关溶液自组装在电极上，进而用电化学的方法进行检测。因此将自组装技术、微流控技术和电化学检测技术的优势高度结合，可以实时可以实时在线地对样品进行电化学检测，并且将自组装技术及微流孔芯片技术应用于电化学检测技术中，极大的扩大了微流控芯片的应用前景。通过送样器和驱动系统保证了样品、抗体溶解液和检测液输送的稳定性，减少了人力资源的使用，降低了检测成本，大大提高了检测效率，能够实现高通量检测。同时，根据本实用新型的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置可以检测不同的样品，可以是从金属离子和气体的原子或小分子物质到生物物质，包括酶和抗体或者抗原等大分子，然后在工作电极上包被相对应的第一抗体，微流控抗体通道中放入对应的第二抗体，实现样品的快速检测。
具体地，在本实施例中，样品通道122、抗体通道123和检测液通道124的形状及尺寸可以设置多种形式，可以在不影响各微流控通道的情况下根据具体实验流程设计为直线型、S型等，也可以适当增加或缩小通道尺寸。
进一步地，本实用新型实施例的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置10包括至少两组以上电极组41。通过设置多个电极组，能够同时对多个样品进行检测，进一步提高检测效率。
如图1所示，本实用新型实施例的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置10，优选地，驱动系统3包括微量注射泵和与微量注射泵连接的气囊31。通过微量注射泵和气囊的统一驱动，能够有效实现溶解液和检测液输送的稳定性，因此能够有效降低检测成本。具体地，在本实施例中，控制阀125包括单向阀。通过设置单向阀，能够控制液体在各微控流通道内只能单向流动，从而避免液体回流影响检测结果，由于每个微控流通道内均设有单向阀，因此，当其中一条微控流通道内的溶液进入电极组时，能够保证其与微流控通道内溶液静止，从而在极大程度上确保检测的有效性和精准性。
进一步地，如图1所示，本实用新型实施例的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置10，还包括出样系统5，出样系统5与电极组41连接。通过出样系统能够将电极组中多余的液体排出，从而起到清洗电极的作用。具体地，在本实施例中，出样系统5包括与电极组41连接的接出通道51和与接出通道51连接的废液瓶52。这种结构形式的出样系统结构简单，耗材小少，同时能够对排出的废液进行有效收集和处理，从而避免产生环境污染。
具体地，在本实施例中，如图1所示，储存系统2包括抗体溶解液储存池21和检测液储存池22，抗体溶解液储存池21与抗体通道123连接，检测液储存池22与检测液通道124连接。通过不同的储存池布置在对应的微控流通道上，能够方便抗体溶解液合检测液进入对应的微控流通道，确保检测结果精确。
优选地，在本实施例中，电极组41的电极基底由氧化锢锡导电玻璃(ITO)、玻碳电极(GCE)和金电极(Au)中任意一种基质制成。氧化锢锡导电玻璃(ITO)是透光的，可以用于需要透光和用显微镜观察的场合，例如细胞培养。玻碳电极(GCE)稳定，便宜。金电极(Au)稳定，方便硫醇修饰，导电性最好，制作成微电极的工艺成熟。同时上述基质能够保证良好的导电性能和在测试条件下的稳定性。具体地，在本实施例中，如图1所示，电极组41还包括参比电极412和辅助电极413。其中，样品通道122、抗体通道123和检测液通道124均与工作电极411连接。参比电极412和辅助电极413分别与工作电极411连接。参比电极412、工作电极411和辅助电极413均与电化学检测装置42连接。通过采用包括电极组成的三电极体系，能够保证电极电位的恒定，从而实现稳定地测定待测物的含量。优选地，工作电极411为金电极(Au)，参比电极为碳材料，辅助电极(对电极)为铂材料或者其他金属材料。工作电极上包被有石墨烯及第一抗体。电极基底的形状在不影响微流控通道的情况下可以为圆形或其他形状。
优选地，在本实施例中，微流控芯片12由单晶硅、无定形硅、玻璃、金属和有机聚合物中任意一种基质制成。有机聚合物包括：热塑性聚合物、固化型聚合物和溶剂挥发型聚合物，热塑性聚合物包括有聚酰胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等；固化型聚合物有聚二甲基硅氧烷(PDMS)、环氧树脂和聚氨酯等；溶剂挥发型聚合物有丙烯酸、橡胶和氟塑料等。这些材质均适用于微流控芯片的制作，并且能够根据不同检测的需求选择确定的一种材质来提升整个化学检测装置的稳定性和可靠性。
具体地，在本实施例中，样品为具有选择性的抗体、抗原、酶、蛋白质分子、有机分子配体、分子、核酸适配体等。
本实用新型实施例的基于自组装技术及微控流芯片技术的化学检测装置的一个具体电化学检测例如下：
本检测例通过抗体通道123使含有纳米金及碱性磷酸酶(ALP)的肌钙蛋白I(cTnI)第二抗体自组装在包被有石墨烯及cTnI第一抗体的金工作电极411表面，并对cTnI进行电化学检测。
样品进样器11提供样品流动所需的动力，cTnI溶液经样品进样器11的注入从微流控芯片12的样品入口121流入样品通道122内，流经样品通道122，进入电极组41的工作电极411，与cTnI第一抗体结合。
经微量注射泵和气囊31驱动，抗体溶解液通道122中，溶解冻干的含有纳米金及ALP的cTnI第二抗体，流经抗体溶解液通道122，进入电极组41的工作电极411，与cTnI结合，并且将电极组中多余的cTnI经接出通道51排出至废液瓶51中，从而起到清洗电极作用。在cTnI第二抗体溶解液流动时，由于单向阀的作用，样品通道122及检测液通道124的溶液保持静止。
经微量注射泵和气囊31驱动，PBS流入检测液通道124中，流经检测液通道124，进入电极组41的工作电极411，可以将电极组41中多余的含有纳米金及ALP的cTnI第二抗体经接出通道51排出至废液瓶52中，从而起到清洗电极作用，然后进行电化学检测。
因此，使用本实用新型实施例的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置大大缩减了人力资源的浪费，极大地提高了检测效率。
根据上述实施例，可见，本实用新型涉及的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，减少了人力资源的使用，降低了检测成本，大大提高了检测效率，能够实现高通量检测。同时，可以检测不同的样品，从而增加了整个检测装置的适用性。
虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，包括进样系统、储存系统、驱动系统和检测系统；其中，
所述进样系统包括样品送样器和微流控芯片；其中所述微流控芯片包括抗体通道、检测液通道以及与所述样品送样器连通的样品通道，所述样品通道、所述抗体通道和所述检测液通道上均设有控制阀；
所述储存系统分别设置在所述抗体通道和所述检测液通道上；
所述驱动系统设置在所述储存系统上；
所述检测系统包括电极组和与所述电极组连接的电化学检测器，所述微流控芯片与所述电极组中的工作电极连接；
其中，所述电极组中的工作电极包被与样品对应的第一抗体，所述抗体通道放入与样品对应的冻干的第二抗体，所述储存系统分别储存第二抗体溶解液和检测液。
2.根据权利要求1所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述驱动系统包括微量注射泵和与所述微量注射泵连接的气囊。
3.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述检测系统包括至少两组所述电极组。
4.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述控制阀为单向阀。
5.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，还包括出样系统，所述出样系统与所述电极组连接。
6.根据权利要求5所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述出样系统包括与所述电极组连接的接出通道和与所述出样通道连接的废液瓶。
7.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述电极组还包括参比电极和辅助电极；其中，
所述样品通道、所述抗体通道和所述检测液通道均与所述工作电极连接；
所述参比电极和所述辅助电极分别与所述工作电极连接；
所述参比电极、所述工作电极和所述辅助电极均与所述电化学检测装置连接。
8.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述储存系统包括抗体溶解液储存池和检测液储存池，所述抗体溶解液储存池与所述抗体通道连接，所述检测液储存池与所述检测液通道连接。
9.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述电极组的电极基底由氧化锢锡导电玻璃、玻碳电极和金电极中任意一种基质制成。
10.根据权利要求1或2所述的基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置，其特征在于，所述微流控芯片由单晶硅、无定形硅、玻璃、金属和有机聚合物中任意一种基质制成。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201922201180.0U CN211514564U (zh) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN110947436A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-03 | 清华大学 | 一种基于自组装技术及微流控芯片技术的电化学检测装置 |
| CN113080606A (zh) * | 2021-05-21 | 2021-07-09 | 北京大学口腔医学院 | 一种具有检测功能的口腔清洁工具 |
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2019
- 2019-12-10 CN CN201922201180.0U patent/CN211514564U/zh active Active
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