微流控時間分辨螢光免疫分析裝置及其應用的製作方法

2023-06-15 14:04:06

專利名稱：微流控時間分辨螢光免疫分析裝置及其應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於免疫學領域，特別涉及時間分辨螢光分析裝置及其應用。
背景技術：
時間分辨螢光分析技術是以具有獨特螢光特性的鑭系元素及其螯合劑作為示蹤物，建立的一種新型的非放射性微量分析技術。TRFIA方法學研究和臨床應用發展迅速，成為標記免疫分析發展的一個新的裡程碑，TRFIA技術具有靈敏度高、標準曲線範圍寬、操作簡便、無放射性汙染、多標記等優點，廣泛地應用於腫瘤、傳染病、內分泌疾病、自身免疫性疾病、遺傳性疾病的臨床實驗診斷，已成為生物醫學研究和臨床超微量生化檢驗中常用的分析手段之一。TRFIA (時間分辨螢光免疫分析)利用了具有獨特螢光特性的3價稀土離子及其螯合物為示蹤物代替螢光物質、酶、同位素、化學發光物質，標記抗體、抗原、激素、多肽、蛋白質、核酸探針及生物細胞，待反應體系(如:抗原抗體反應、核酸探針雜交、生物素親和素反應以及靶細胞對效應細胞的殺傷反應等)發生後，用TRFIA檢測儀測定反應產物中的螢光強度。根據產物螢光強度和相對螢光強度的比值，判斷反應體系中分析物的濃度，從而達到定量分析。在現有技術的時間分辨突光免疫檢測方法中，一般檢測是在96微孔板上完成的，一個完整優化系統配製應包括一臺自動移液器，一臺微孔板振蕩器，一臺微孔板洗板機，一臺孵育器，一臺時間分辨螢光免疫分析儀；或是一臺集成上述功能的全自動時間分辨螢光免疫分析儀。檢測步驟一般為:1)—加樣本，加入樣本-A 50 μ I ；2)—加入稀釋液-B100 μ I ；3)—振動，抗原抗體(包被)反應結合，約60min ；4)—洗板，加清洗液-吸空，再加清洗液_吸空，2 6次；或手工清洗,扣板洗淨；5)—加入銪標記液-C 150 μ I ;6)—振動，「帶標記抗體」+ 「抗原抗體(包被)反應結合體，形成夾心」，約30min ；7)—洗板，同步驟4 ；8)—加入解離增強液-D 150 μ I ;9)—振動，解離銪，約5min ;10)—檢測。全部檢測過程，執行4步加樣，(共96*4=376次)，洗板2次，振動3次，用時約150 180min。而執行半自動檢測基本配套設備為:一臺微孔板自動加樣器，微孔板振蕩器，微孔板洗板機。現有技術使用半自動檢測設備，需要的時間更長、更費人力。全自動時間分辨螢光免疫分析儀是指時間分辨螢光免疫實驗(包括加樣，孵育、洗板、加增強液等操作)和螢光的檢測在整個儀器上先後全部完成，幾乎不需要人為參與；雖然省去了人工加樣的繁瑣和不準確性，尤其是在大量樣本的檢測時，但是卻存在著以下主要缺陷:儀器結構複雜，儀器昂貴；儀器使用、維護要求高，綜合使用成本高，無法普及使用。而半自動檢測系統配置需要4種設備:一臺「微孔板自動加樣器」，一臺「微孔板振蕩器」，一臺「微孔板洗滌機」，一臺時間分辨螢光免疫分析儀。其也有以下缺陷:檢測系統複雜，使用4種設備；儀器使用、維護要求高，綜合使用成本高，無法普及使用。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在於採用時間分辨螢光分析技術和膜動微流控晶片技術在生物化學和分子生物學應用領域的應用，特別提供一種使用膜動微流控晶片技術與時間分辨螢光免疫檢測技術的結合，實現全自動微流控時間分辨螢光免疫檢測方法。為了實現本發明目的，具體的技術方案為:一種微流控時間分辨螢光免疫分析裝置，包括加樣單元、微流控控制單元、檢測單元，其還包括採用膜泵驅動方式的微流控晶片，所述微流控晶片位於微流控控制單元分析工作檯上的微流控晶片座中。其中，所述微流控晶片包括:樣本池、稀釋液池、標記液池、解離液池、清洗液池、廢液池；其中所述樣本池中設有樣本閥和樣本通孔；稀釋液池中設有稀釋液閥和稀釋液通孔；所述標記液池中設有標記液閥和標記液通孔，所述解離液池中設有解離液閥和解離液通孔，所述清洗液池設有清洗液閥和清洗液通孔；所述廢液池設有廢液閥和廢液通孔；主閥設置於各閥的中間，各閥通過通道分別與主閥相連。其中，所述樣本閥、主閥和稀釋液池閥及通道，構成樣本池-稀釋液池雙向泵樣本稀釋泵；所述樣本閥、主閥和廢液閥及通道，構成樣本池-廢液池單向泵樣本廢液泵；所述樣本閥、主閥和清洗液閥及通道，構成樣本池-清洗液池單向泵樣本清洗泵；所述樣本閥、主閥和標記液閥及通道，構成樣本池-標記液池雙向泵樣本標記泵；所述樣本閥、主閥和解離液閥及通道，構成樣本池-解離液池雙向泵樣本解離泵。其中，所述樣本池內壁包被有抗體或抗原。其中，所述微流控晶片為不透光聚合物材料製成。優選為聚苯乙烯(PS)或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)。其中，所述加樣單元包括有三維運動機構，在三維運動機構上有加樣頭和加樣泵；三維運動機構在分析工作檯範圍內運動；所述加樣單元還包括有試劑杯，所述試劑杯包括稀釋液杯，標記液杯，解離液杯，清洗液杯，均放置在設備分析工作檯面上。其中，所述微流控控制單元，包括單片機、控制電路系統，控制完成設備操作及與外部設備的通訊；晶片座與晶片相匹配，在與微流控晶片膜泵對應的位置上配有驅動結構，用於對微流控晶片膜泵的驅動。膜泵機構工作原理如圖9所示。當隔膜受力變形偏離其原本的位置就形成了密封膜腔。該膜腔使兩個通道得以溝通，使通道中液體被吸入膜腔。通過連續的六個步驟循環工作，實現液體傳送，就形成了泵。倒序操作左邊和右邊的閥膜可以改變流體流動的方向，實現泵的雙向工作。圖9中上下箭頭表示作用於隔膜的力的方向；右箭頭表示泵送方向。在運行之前，泵處在a狀態,所有閥都處於關閉狀態。在b狀態時,進液閥開啟，液體從進液道被吸入進液閥。接下來是c狀態，泵膜開啟，抽進更多液體進入泵系統。d、e、f狀態分別為:進液閥關閉，出液閥開啟，泵膜關閉以泵出液體。其中，所述微流控控制單元，還包括分析工作檯，臺上有微流控晶片座，及晶片固定緊固裝置，使晶片穩定地固定在晶片座上。其中，所述緊固裝置為機械式緊固裝置或氣壓式緊固裝置。其中，所述檢測單元包括激發光源及其激發光路單元、接收光路單元、信號處理單J Li ο使用本發明提供的裝置進行微流控時間分辨螢光免疫分析的方法，是在微流控晶片上，通過對微流控閥泵的控制，完成時間分辨螢光免疫檢測的所有步驟。具體地，微流控時間分辨螢光免疫分析方法，包括以下步驟:( I)將樣本加入樣本池，稀釋液加入稀釋液池,清洗液加入清洗液池,標記液加入標記液池，解離增強液加入解離增強液池；(2)啟動微流控控制單元工作:抗原抗體結合，排出廢液，清洗，排出廢液，標記結合，排出廢液，清洗，排出廢液，解離增強，檢測。其中，步驟(2)中所述抗原抗體結合具體過程為:樣本池-稀釋液池雙向泵開始雙向工作，使樣本與稀釋液混合；停止時混合液全部貯存在樣本池。所述排出廢液具體過程為:樣本池-廢液池單向泵單向工作，將混合液排入廢液池。所述清洗具體過程為:樣本池-清洗液池單向泵單向工作，將清洗液吸入樣本池。或者，所述清洗具體過程為:以稀釋液池作為清洗緩衝池，樣品池先排除廢液，吸入清洗液，然後關閉單向泵樣本清洗泵和單向泵樣本廢液泵；啟動雙向泵，使清洗液在樣本池和稀釋液池間流動，進行清洗；停止時清洗液在樣本池內。所述標記結合具體過程為:雙向泵啟動，使標記液在樣本池和標記池間流動，進行標記結合，停止時標記液在樣品池內。所述解離增強具體過程為:雙向泵啟動，使解離增強液在樣本池和解離增強液池間流動，進行解離，停止時解離增強液在解離增強液池內。所述檢測具體過程為:檢測單元移動到微流控檢測晶片的檢測位置進行檢測。本發明提出的方法在生物醫學研究或臨床超微量生化檢驗中的應用。本發明的有益效果在於:1.採用微流控技術，使檢測系統簡化；省去了微孔板振蕩器，微孔板洗板機，微流控控制系統結構簡單，優化，無清洗、振動、傳動等機械運動及結構，便於實現自動化；2.微流控技術提高了反應效率:抗原抗體結合，在樣本池中，抗體包被在樣本池，膜泵工作，使溶液在兩個池間不停地往複流動，衝刷樣本池內壁包被面，使溶液中的抗原或抗體與包被面的抗體或抗原有效接觸更加充分；3.提高了清洗效率:微流控泵閥驅動液體流動，實現流動清洗；4.檢測速度提高；5.樣本及試劑的準備，在反應前，將樣本及各種試劑一次性加入晶片中各自的容器內，完成樣本、試劑準備；之後對樣本、試劑進行的操作是通過微流控進行的，在同一批檢測的樣本中，所有的反應操作控制，及反應時間是完全一致的，避免了樣本間反應時間上的
偏差;6.樣本與試劑通過微流控內部的閥泵連通混勻、清洗，避免了使用移液器、加樣器在晶片上方運動可能造成的濺射汙染；7.標記結合、解離過程與抗原抗體結合過程類似，同樣由於膜泵驅動溶液流動，提高了反應速度；8.操作過程封閉，避免了對人員和環境的汙染，提高實驗生物安全性。
總之，本發明的微流控時間分辨螢光免疫分析裝置，採用微流控技術，使檢測系統簡化；省去了微孔板振蕩器，微孔板洗板機，微流控控制系統結構簡單，優化，無清洗、振動、傳動等機械運動及結構，便於實現自動化；本發明的微流控時間分辨螢光免疫分析方法大大提聞了樣本的檢測效率。


圖1為本發明微流控時間分辨螢光免疫分析裝置結構圖；圖2為本發明微流控晶片俯視圖；圖3為本發明微流控晶片底部仰視圖；圖4為本發明樣本池-稀釋液池雙向泵工作流程圖；圖5為本發明樣本池-廢液池單向泵和樣本池-清洗液池單向泵工作流程圖；圖6為本發明稀釋液池和清洗緩衝池工作流程圖；圖7為本發明樣本池-標記液池雙向泵工作流程圖；圖8為本發明樣本池-解離液(檢測)池雙向泵工作流程圖；圖9為膜泵機構工作原理圖。其中，裝置各部件序號如下: 加樣單元IO〗 徵流控晶片丨02 檢測篳元104 徵流控控制單+ 元103 樣本池201 樣本通孔211 樣.本閥301
稀釋液池202 稀釋液通孔2〗2 稀釋液_ 302 雙向泵樣本稀釋泵402 標記液池203 標記液通孔213 標記液_ 303 雙向泵樣本標記泵403 解離液池204 解離液遞孔214 解離液_ 304 雙向泵樣本解離+策404 清洗液池205 清洗液通孔115 清洗液閥305 單向泵樣本渚洗泵405 廢液池206 廢液通孔2〗6 廢液_ 306 單向泵樣本廢液泵406 主閥307通道308通孔309
具體實施例方式以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。在不背離本發明精神和實質的情況下，對本發明方法、步驟或條件所作的修改或替換，均屬於本發明的保護範圍。若未特別指明，實施例中所用的技術手段為本領域技術人員所熟知的常規手段。實施例1:微流控時間分辨螢光免疫分析裝置如圖1、圖2和圖3所示，一種微流控時間分辨螢光免疫分析裝置，包括加樣單元101、微流控控制單元103、檢測單元104，其還包括採用膜泵驅動方式的微流控晶片102。微流控晶片102位於微流控控制單元103分析工作檯上的微流控晶片座中。
微流控芯102包括以下6個池:樣本池201、稀釋液池202、標記液池203、解離液池204、清洗液池205、廢液池206，其中樣本池201中設有樣本閥301和樣本通孔211，稀釋液池202中設有稀釋液閥302和稀釋液通孔212，標記液池203中設有標記液閥303和標記液通孔213，解離液池204設有解離液閥304和解離液通孔214，清洗液池205設有清洗液閥305和清洗液通孔215，廢液池206設有廢液閥306和廢液通孔216 ;各閥通過通道分別與主閥相連。樣本池閥301、主閥307和稀釋液池閥302及通道，構成樣本池201-稀釋液池202雙向泵樣本稀釋泵402 ;樣本閥301、主閥307和廢液閥306及通道，構成樣本池201-廢液池206單向泵樣本廢液泵406 ;樣本閥301、主閥307和清洗液閥305及通道，構成樣本池201-清洗液池205單向泵樣本清洗泵405 ;樣本池閥301、主閥307和標記液閥303及通道，構成樣本池201-標記液池203雙向泵樣本標記泵403 ;樣本閥301、主閥307和解離液池閥304及通道，構成樣本池201-解離液池204雙向泵樣本解離泵404。其中，樣本池201內壁包被有抗體或抗原。該微流控晶片102採用不透光聚合物材料聚苯乙烯(PS)製備。實施例2:用實施例1的裝置測量B型肝炎病毒表面抗原1、包被抗體:抗體為抗B型肝炎病毒表面抗原(抗HBs)單克隆抗體I)用50mM pH9.6的碳酸鈉-碳酸氫鈉緩衝液將用於包被的抗體1:6000倍稀釋，備用;2)將稀釋的抗體按100 μ I/孔加入樣本池內；3)樣本池置於4°C環境，包被20小時；4)包被結束，按300 μ I/孔，用洗液洗滌2次，洗液成分為10mMpH7.4的PBS含5%吐溫-20 (體積比)；5)洗滌結束，將樣本池置於吸水濾紙上吸乾剩餘溶液，之後在樣本池中按150 μ I/孔的量加入封閉液，室溫下封閉2小時，封閉液成分為IOmM ρΗ7.4的PBS含1%BSA(牛血清蛋白);6)封閉結束，將封閉液甩出，將樣本池置於吸水濾紙上吸乾剩餘溶液，然後置於28°C恆溫培養箱內乾燥20小時。2、標記抗體:I) Eu3+-DTPA標記液的製備用純化水(含EU3+l(T6m0l/L)稀釋1- (4_異硫氰酸苄基)二乙烯三胺五乙酸(簡稱DTPA)，將稀釋後的溶液置於37°C恆溫水浴中加熱反應2小時；2 ) Eu3+-DTPA 標記抗體將Img抗體對0.1M碳酸鹽緩衝液(pH9.3)4°C透析16小時，透析後將抗體溶液轉移至EP管，取Eu3+-DTPA 0.2mg,加入抗體溶液中，室溫避光攪拌14小時；3)純化將Superdex 200填料混勻裝入I X 30cm柱中，待填料下沉後,用純化水進行壓柱，流速控制在3ml/min,流2個柱體積即可。柱子壓好後，用0.lmmol/L NaOH對柱子進行處理，流速控制在3ml/min，2個柱體積即可。然後用水洗平，再用柱平衡液(0.1%高純度BSA水溶液)對純化柱平衡I小時。用移液器吸取已標記好的抗體緩慢加入到柱子內，用洗脫液(50mMTris-HCl，含0.9%NaCl和0.05%疊氮鈉pH7.8)對樣品進行洗脫，流速控制在Iml/
mirio4)收集收集洗脫後的樣品Iml/管，根據蛋白檢測儀280nm蛋白的吸光度值選擇吸光度高的五管合併，並將合併的樣品經過0.22 μ m濾膜過濾除菌，置於4°C環境保存，得到銪標記的抗體溶液，簡稱銪標記液。3、製備解離增強液、稀釋液、清洗液解離增強液:6ml冰醋酸用0.1M的鄰苯二甲酸氫鉀調pH值3.2，加入15μπιο1β-ΝΤΑ ( β-萘甲醯三氟丙酮)、50ymol TOPO (三正辛基氧化膦)、Iml TritonX-100，純化水定容至1L，攪拌混勻。樣本稀釋液:含1%牛血清白蛋白、含0.02%乙二胺四乙酸二鈉的Tris-HCl緩衝液；清洗液:含5%Tween20 (吐溫 20)的 0.2MTris-HCl 緩衝液；4、檢測方法:I)參見圖1、圖2。將100 μ I樣本(臨床樣本)加入到微流控檢測晶片102樣本池201內，將微流控檢測晶片102安置在微流控控制單元103上，放置好稀釋液，清洗液，標記液，解離增強液；2)啟動檢測，加樣單元101 (自製)將200 μ I稀釋液加入稀釋液池202,2.0ml清洗液加入清洗液池205，200 μ I銪標記液加入標記液池203，200 μ I解離增強液加入解離增強液池204 ；3)抗原抗體(包被)反應結合；樣本池201-稀釋液池202雙向泵402開始雙向工作(圖4、圖6)，使樣本與稀釋液混合，持續50min ;停止時混合液全部貯存在樣本池201 ；4)排出廢液，樣本池201-廢液池206單向泵406單向工作，將混合液排入廢液池206 ；5)吸入清洗液，樣本池201-清洗液池205單向泵405單向工作(圖5)，將清洗液吸入樣本池201 ；6)清洗，重複執行步驟4)排出廢液、5)吸入清洗液，進行4次；7)銪標記結合，雙向泵403啟動，使150 μ I銪標記液在樣本池201和標記池203間流動(圖7),「帶標記抗體」+ 「抗原抗體(包被)反應結合體,形成夾心」,持續約30min ；停止時標記液在樣品池201內，然後執行步驟4)排除廢液到廢液池206內；8洗板，執行步驟6 )清洗；9)解離增強，雙向泵404啟動，使150 μ I解離增強液在樣本池201和解離增強液池204間流動，進行解離，持續5min，停止時解離增強液在解離增強液池204內(圖8);上述步驟需要時間110_120min。加入解離液後，銪離子會從與包被抗體形成夾心的標記抗體上解離下來，經過激發後產生螢光，根據激發後產生的光強度，可以判定出B肝表面抗原的濃度。同樣方法測試已知濃度的B型肝炎表面抗原標準品(15ng/ml)，平行檢測20孔，其精密度CV〈7%，與傳統方法的比較，可以提高檢測精密度，縮小變異係數。根據《中國生物製品規程2000》版規定，B型肝炎表面抗原診斷試劑盒精密度CV ( 15%。
表1:平行檢測20孔樣本結果
權利要求
1.一種微流控時間分辨螢光免疫分析裝置，包括加樣單元(101)、微流控控制單元(103)、檢測單元(104)，其特徵在於，其還包括採用膜泵驅動方式的微流控晶片(102)，所述微流控晶片(102)位於微流控控制單元(103)分析工作檯上的微流控晶片座中。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述微流控晶片(102)包括:樣本池(201)、稀釋液池(202 )、標記液池(203 )、解離液池(204 )、清洗液池(205 )、廢液池(206 )； 其中所述樣本池(201)中設有樣本閥(301)和樣本通孔(211);稀釋液池(202)中設有稀釋液閥(302)和稀釋液通孔(212);所述標記液池(203)中設有標記液閥(303)和標記液通孔(213)，所述解離液池(204 )中設有解離液閥(304 )和解離液通孔(214)，所述清洗液池(205)設有清洗液閥(305)和清洗液通孔(215);所述廢液池(206)設有廢液閥(306)和廢液通孔(216)； 主閥(307)設置於各閥的中間，各閥通過通道分別與主閥(307)相連。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述樣本閥(301)、主閥(307)和稀釋液池閥(302 )及通道，構成樣本池(201)-稀釋液池(202 )雙向泵樣本稀釋泵(402 );所述樣本閥(301)、主閥(307 )和廢液閥(306 )及通道，構成樣本池(201)-廢液池(206 )單向泵樣本廢液泵(406 );所述樣本閥(301)、主閥(307 )和清洗液閥(305 )及通道，構成樣本池(201)-清洗液池(205)單向泵樣本清洗泵(405);所述樣本閥(301)、主閥(307)和標記液閥(303)及通道，構成樣本池(201)-標記液池(203)雙向泵樣本標記泵(403);所述樣本閥(301)、主閥(307)和解離液閥(304)及通道，構成樣本池(201)-解離液池(204)雙向泵樣本解離泵(404)。
4.如權利要求1-3任意一項所述的裝置，其特徵在於，所述樣本池(201)內壁包被有抗體或抗原。
5.如權利要求1-3任意一項所述的裝`置，其特徵在於，所述微流控晶片(102)為不透光聚合物材料製成。
6.應用權利要求1-5任一所述的裝置進行微流控時間分辨螢光免疫分析的方法，其特徵在於，包括以下步驟: 1)將樣本加入樣本池(201)，稀釋液加入稀釋液池(202)，清洗液加入清洗液池(205)，標記液加入標記液池(203)，解離增強液加入解離增強液池(204)； 2)啟動微流控控制單元(103)工作:抗原抗體結合，排出廢液，清洗，排出廢液，標記結合，排出廢液，清洗，排出廢液，解離增強，檢測。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，步驟2)中所述抗原抗體結合具體過程為:樣本池(201)-稀釋液池組成的(202 )雙向泵樣本稀釋泵(402 )雙向工作，使樣本與稀釋液混合； 步驟2)中所述排出廢液具體過程為:樣本池(201)-廢液池(206)組成的單向泵樣本廢液泵(406 )單向工作，將混合液排入廢液池(206 )。
8.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，步驟2)中所述清洗具體過程為:樣本池(201)-清洗液池(205)組成的單向泵樣本清洗泵(405 )單向工作，將清洗液吸入樣本池(201)。
9.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，步驟2)中所述清洗具體過程為:以稀釋液池(202)作為清洗緩衝池，樣品池(201)先排除廢液，吸入清洗液，然後關閉單向泵樣本清洗泵(405)和單向泵樣本廢液泵(406);啟動雙向泵(402)，使清洗液在樣本池(201)和稀釋液池(202)間流動，進行清洗；停止時清洗液在樣本池(201)內。
10.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，步驟2)中所述標記結合具體過程為:雙向泵(403 )啟動，使標記液在樣本池(201)和標記池(203 )間流動，進行標記結合，停止時標記液在樣品池(201)內。
11.如權利要求7所述的方法，其特徵在於，步驟2)中所述解離增強具體過程為:雙向泵(404)啟動，使解離增強液在樣本池(201)和解離增強液池(204)間流動，進行解離，停止時解離增強液在解離增強液池(204)內。
12.權利要求1-5任意一項所述的裝置在生物醫學研究或臨床超微量生化檢驗中的應用。
全文摘要
本發明提供一種微流控時間分辨螢光免疫分析裝置，其包括加樣單元(101)、微流控控制單元(103)、檢測單元(104)，其還包括採用膜泵驅動方式的微流控晶片(102)，所述微流控晶片(102)位於微流控控制單元(103)分析工作檯上的微流控晶片座中。本發明提出的微流控時間分辨螢光免疫分析裝置，採用微流控技術，使檢測系統簡化；省去了微孔板振蕩器、微孔板洗板機，微流控控制系統結構簡單，優化，無清洗、振動、傳動等機械運動及結構，便於實現自動化。
文檔編號G01N33/533GK103207169SQ20131008106
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月14日 優先權日2012年3月30日
發明者楊奇 申請人:北京博暉創新光電技術股份有限公司