全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片及其制作和应用制造技术

全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片及其制作和应用，通过丝网印刷和激光雕刻技术在纸基上加工胞浆预分离、血细胞洗脱、细胞裂解及血红蛋白释放、干扰杂质除去、三电级系统等多个功能单元；包含不同密度的激光刻蚀阵列微缝的扇形洗脱池，用于不同洗脱剂针对血细胞及血红蛋白的多次快速洗涤；通过亚甲蓝简单物理修饰的抛光碳工作电极，加速血红蛋白和电极间的电子传递，使三电级系统具有较大的电流响应及检测范围；通过简单的将该芯片不同区域的功能单元叠置及部分翻折，即可获得三维结构的立体纸基微流控芯片；整个检测过程操作简单、分析速度快、所需样品体积小，适用于家庭医疗、野外急诊、偏远及不发达等地区的全血中血红蛋白含量的快速检测。

Paper based microfluidic chip for detecting hemoglobin in whole blood and its production and Application

Whole blood hemoglobin test paper based microfluidic chip and its production and application, multiple functions by screen printing and laser engraving processing in a paper based on cytoplasmic pre separation, blood cell elution, cell lysis and release of hemoglobin, impurity removal, three level system interference unit; including laser etching arrays with different density of micro cracks the fan-shaped pool for different elution, elution times fast washing for hemoglobin and blood cells; carbon working electrode by polishing the methylene blue simple physical modification, accelerate the electron transfer between the electrode and the hemoglobin level, the EIC system with current response and larger detection range; through simple functions of the chips of different regional units the stacked and folded, can obtain three-dimensional paper based three-dimensional structure of microfluidic chip; the whole detection process, simple operation The utility model has the advantages of high speed and small sample size, and is suitable for rapid detection of hemoglobin content in whole blood in family medical treatment, field emergency, remote and underdeveloped areas, etc..

【技术实现步骤摘要】
全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片及其制作和应用
本专利技术涉及微流控分析应用于全血中血红蛋白定量测定
，特别涉及全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片及其制作和应用，是一种将全血分析中涉及的胞浆预分离、血细胞洗脱、细胞裂解及血红蛋白释放、干扰杂质去除(无机盐、葡萄糖和脂质)等样品预处理单元，与用于循环伏安电化学检测的丝网印刷三电极系统集成的全血血红蛋白检测纸基微流控芯片。
技术介绍
血红蛋作为血液的组成成分，负责从肺部运载氧气到身体各器官和组织，具有非常重要的生理作用(A.N.Schechter,Blood,2008,112,3927)。血红蛋白含量过高或过低都会导致血液输氧能力的降低，严重时使各器官的功能紊乱。血液中血红蛋白浓度的变化与多种疾病相关，如白血病、贫血、心脏病等(X.F.Yang,etal.,Talanta,2003,61,439-445)，血红蛋白疾病遍布人群极广，女性中贫血的病发率就高达64.4％。因此血红蛋白的测定对许多疾病的预防、确诊和治疗都有重要意义。目前血红蛋白含量检测方法主要包括，分光光度法(K.Takahata,etal.,Clin.Chim.Acta,1999,283,129-138)、免疫分析法(K.Zhang,etal.,Anal.Chim.Acta,2000,413,109-113)、化学发光法(Z.S.Traore,etal.,Luminescence,2013,28,56-62)、高效液相色谱法(M.R.V.Bommel,etal.,J.Chromatogr.A,2000,886,19-29；T.H.J.Huisman,etal.,Anal.Chim.Acta,1997,352,187-200)和质谱法(F.Helmich,etal.,Clin.Chim.Acta,2016,460,220-226)。传统方法(色谱、质谱等)虽然检测结果准确稳定，但依赖操作繁琐、价格昂贵的大型检测仪器。比色分析虽然仪器简单，但需有生物毒害的试剂(荧光染料等)辅助检测。电化学生物传感器技术以其响应快、灵敏度高等显著优点在临床诊断领域发展迅速。Pakapongpan等通过自组装过程将亚甲蓝-多壁碳纳米管复合物修饰在玻碳电极表面，该电化学传感器在较宽浓度范围内(5nM～2μM)均对血红蛋白有相应(R.Palangsuntikul,etal.,Electrochim.Acta,2011,56,6831-6836)。Wang等通过电聚合作用制备了一种基于离子液体功能化的石墨烯分子印迹聚合材料，将其作为蛋白分子识别元件修饰玻碳工作电极，用于血红蛋白检测(Z.Wang,etal.,Biosens.Bioelectron.,2014,61,391-396)。2015年Matysiak等将碳封装的铁纳米颗粒修饰在工作电极(碳膜沉积的金石英电极)表面，无需预处理过程，通过外加磁场可直接对全血样品中的血红蛋白进行电化学定量检测，结果表明该修饰电极不受血液样本中杂质干扰，对血红蛋白的电活性响应良好(E.Matysiak,etal.,Biosens.Bioelectron.,2015,64,554-559)。然而上述研究使用成本较高的玻碳电极、银电极和金电极等，电极修饰过程相对复杂，部分方法的检测结果依赖前期的样品预处理效果，传统独立的电级体系亦不利于三电极的集成和批量生产。纸基电化学分析芯片因制备工艺简单、易于操作、成本低廉、便于携带、环境友好、微型集成、分析速度快等优点近年来迅速发展，广泛用于家庭、野外、资源匮乏等地区的生命小分子、癌症标记物、污染物、病原体等的快速检测，但其在全血中血红蛋白的检测未见报道。将血液预处理过程涉及的血浆离心、血细胞清洗、细胞裂解及血红蛋白释放等步骤集成于纸基电化学分析芯片，可消除血液中复杂成分对检测信号的干扰，同时简化了特异性响应电极繁琐复杂的修饰过程，无需外部设备(超声震荡器和离心机)，对于简化操作过程，减少检测成本及试剂用量，普及和推广血红蛋白检测，有重要的现实意义。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片及其制作和应用，通过丝网印刷和激光雕刻技术在纸基上加工胞浆预分离、血细胞洗脱、细胞裂解及血红蛋白释放、干扰杂质去除(无机盐、葡萄糖、脂质等)、三电极系统等多个功能单元；包含不同密度的激光刻蚀阵列微缝的扇形洗脱池，可快速完成不同洗脱剂针对血细胞及血红蛋白的多次洗涤；亚甲蓝修饰的抛光碳工作电极可加速血红蛋白和电极间的电子传递，使三电级系统具有较大的电流响应及检测范围，通过将该芯片不同区域的功能单元叠置及部分翻折，即可获得三维结构的立体纸基微流控芯片来执行其分离、检测等特定功能；应用时整个检测过程操作简单、分析速度快、所需样品体积小，适用于家庭医疗、野外急诊、偏远及不发达等地区的全血中血红蛋白含量的快速检测。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：全血中血红蛋白含量检测的纸基微流控芯片，包括3个功能区域，纸基芯片I区用于胞浆分离后的细胞洗脱，纸基芯片II区用于全血进样与胞浆分离及后期电化学检测，纸基芯片III区用于细胞裂解后血红蛋白洗脱，所述的纸基芯片I区和III区包含不同数目阵列微缝的扇形洗脱池，所述的纸基芯片II区包含由银/氯化银参比电极、亚甲蓝修饰的抛光碳工作电极和对电极组成的丝网印刷三电极系统。全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片的制作方法，包括如下步骤，(1)、用绘图软件设计纸基芯片II区的工作电极17和对电极19的电极系统，工作电极17和对电极19垂直设置，以该设计为模板加工成丝网印刷的电极网板A，在色谱纸正面通过电极网板A丝网印刷碳浆，获得包含碳工作电极17和碳对电极19的色谱纸，放入预热150℃的烘箱中烘干5分钟后取出；(2)、用绘图软件设计只包含参比电极18的银/氯化银电极模板，并加工成丝网印刷的电极网板B，在包含烘干的碳工作电极17和碳对电极19的色谱纸正面，通过网板B丝网印刷银/氯化银浆，得到包含碳工作电极17、碳对电极19和银/氯化银电极18的三电极系统的色谱纸，将三电极系统的色谱纸放入预热150℃的烘箱中烘干5分钟后取出；(3)、用绘图软件设计全血纸基微流控芯片的疏水结构模板，包括纸基芯片I区、II区和III区，其中纸基芯片I区和III区结构相同均包含八个亲水的扇形洗脱池25和一个中心连接池26，纸基芯片II区整体为疏水结构，以该疏水结构模板为依据加工成疏水结构网板C，疏水结构在包含三电极的色谱纸的背面通过网板C丝网印刷质量比8:1的PDMS和正硅酸乙酯TEOS的液态胶，在预热的150℃烘箱中加热1小时，使PDMS疏水障碍干燥的同时活化碳电极，每次印刷过程都需位置校准；(4)、再设计激光刻蚀微缝加工模板图，在与纸基芯片I区和III区的八个亲水的扇形洗脱池25相契合的位置设计平行阵列的激光刻蚀微缝，八个亲水的扇形洗脱池25依次交替分布具有不同密度的激光刻蚀微缝27、28，通过激光刻蚀仪以及设计的微缝加工模板图，在包含三电极和疏水结构单元的色谱纸正面，以激光刻蚀仪最大强度16％的激光强度和最大刻蚀速度70％的激光速度加工微缝结构，激光刻蚀开始前进行位置校准，获得包含阵列微缝结本文档来自技高网...

【技术保护点】
全血中血红蛋白含量检测的纸基微流控芯片，其特征在于，包括3个功能区域，纸基芯片I区用于胞浆分离后的细胞洗脱，纸基芯片II区用于全血进样与胞浆分离及后期电化学检测，纸基芯片III区用于细胞裂解后血红蛋白洗脱，所述的纸基芯片I区和III区包含不同数目阵列微缝的扇形洗脱池，所述的纸基芯片II区包含由银/氯化银参比电极、亚甲蓝修饰的抛光碳工作电极和对电极组成的丝网印刷三电极系统。

【技术特征摘要】
1.全血中血红蛋白含量检测的纸基微流控芯片，其特征在于，包括3个功能区域，纸基芯片I区用于胞浆分离后的细胞洗脱，纸基芯片II区用于全血进样与胞浆分离及后期电化学检测，纸基芯片III区用于细胞裂解后血红蛋白洗脱，所述的纸基芯片I区和III区包含不同数目阵列微缝的扇形洗脱池，所述的纸基芯片II区包含由银/氯化银参比电极、亚甲蓝修饰的抛光碳工作电极和对电极组成的丝网印刷三电极系统。2.全血中血红蛋白检测的纸基微流控芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤，(1)、用绘图软件设计纸基芯片II区的工作电极(17)和对电极(19)的电极系统，工作电极(17)和对电极(19)垂直设置，以该设计为模板加工成丝网印刷的电极网板A，在色谱纸正面通过电极网板A丝网印刷碳浆，获得包含碳工作电极(17)和碳对电极(19)的色谱纸，放入预热150℃的烘箱中烘干5分钟后取出；(2)、用绘图软件设计只包含参比电极(18)的银/氯化银电极模板，并加工成丝网印刷的电极网板B，在包含烘干的碳工作电极(17)和碳对电极(19)的色谱纸正面，通过网板B丝网印刷银/氯化银浆，得到包含碳工作电极(17)、碳对电极(19)和银/氯化银电极(18)的三电极系统的色谱纸，将三电极系统的色谱纸放入预热150℃的烘箱中烘干5分钟后取出；(3)、用绘图软件设计全血纸基微流控芯片的疏水结构模板，包括纸基芯片I区、II区和III区，其中纸基芯片I区和III区结构相同均包含八个亲水的扇形洗脱池(25)和一个中心连接池(26)，纸基芯片II区整体为疏水结构，以该疏水结构模板为依据加工成疏水结构网板C，疏水结构在包含三电极的色谱纸的背面通过网板C丝网印刷质量比8:1的PDMS和正硅酸乙酯TEOS的液态胶，在预热的150℃烘箱中加热1小时，使PDMS疏水障碍干燥的同时活化碳电极，每次印刷过程都需位置校准；(4)、再设计激光刻蚀微缝加工模板图，在与纸基芯片I区和III区的八个亲水的扇形洗脱池(25)相契合的位置设计平行阵列的激光刻蚀微缝，八个亲水的扇形洗脱池(25)依次交替分布具有不同密度的激光刻蚀微缝(27、28)，通过激光刻蚀仪以及设计的微缝加工模板图，在包含三电极和疏水结构单元的色谱纸正面，以激光刻蚀仪最大强度16％的激光强度和最大刻蚀速度70％的激光速度加工微缝结构，激光刻蚀开始前进行位置校准，获得包含阵列微缝结构的八个亲水的扇形洗脱池9-16的芯片I区，芯片III区具有相同结构；(5)、设计激光刻蚀剪切及折叠线加工模板图，在纸基芯片I区亲水的中心连接池(26)设计八条剪切线，将中心连接池(26)分成8个同等大小的扇形区(1-8)，在纸基芯片II区设计圆形结构(20)，在纸基芯片III区亲水的中心连接池同样设计八条剪切线，在芯片I、II和III区的连接位置设计10条剪切线(a-b、b-c、c-d、d-e、e-f、g-h、h-i、i-j、j-k和k-l)，在芯片II区设计折叠线(b-h和e-k)，在所得的色谱纸正面同样通过激光刻蚀仪，以30％激光强度和100％的激光速度加工步骤(5)设计的激光刻蚀剪切及折叠线加工模板图，获得一个镂空的进样区(20)26条剪切线以及两条折叠线的纸基微流控芯片；(6)、对纸基微流控芯片上的碳工作电极和碳对电极表面进行抛光处理，用砂纸在碳工作电极(17)和对电极(19)表面，沿同一方向用力均匀的打磨去除电极表面钝化的碳层，得到抛光的碳电极表面(23)，再用超纯水清洁碳工作电极和碳对电极表面，洗去碳电极表面打磨产生的微细碳颗粒，清洗电极过程中超纯水只流经或接触芯片II的疏水区域，严禁污染芯片亲水位置；(7)、通过物理吸附法将亚甲蓝修饰到碳工作电极上：将亚甲蓝添加到pH＝7.4磷酸盐缓冲液中，搅拌半小时，配置成40mM的亚甲蓝溶液，以体积比为1000:1的比例配置亚甲蓝-TritonX.100混合溶液，混合均匀静置20分钟，分别将亚甲蓝溶液均匀滴到打磨过的碳工作电极和碳对电极表面，并将其置于防潮柜内避光干燥12小时；(8)、在芯片II的色谱纸正面镂空的进样区(20...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁恒，刘倩，许朝萍，薛方，武鹤婷，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61