一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片及检测方法技术

本发明专利技术涉及一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片及检测方法，属于微流控技术领域。所述液滴微流控芯片依次由盖片层20、上流体通道层30、下流体通道层40和基底层50构成；基于上述液滴微流控芯片的糖尿病高灵敏度检测装置，包括高压液相色谱泵2，进样阀3，液滴微流控芯片6，氘灯和卤钨灯光源10，紫外‑可见光光谱仪11和数据处理软件13。本发明专利技术提出的该微流控芯片体积小，成本低廉，操作简单，有利于现场实时检测。糖尿病高灵敏度检测方法不仅适用于HbA1c样品的高灵敏度检测，而且适用于多肽、核酸和蛋白质等生物大分子的检测。

【技术实现步骤摘要】
一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片及检测方法
本专利技术涉及一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片及检测方法，属于微流控
，也属于医疗设备

技术介绍
糖尿病是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，发病率高，是目前危害人类健康的四大主要疾病之一。长期患糖尿病易引发糖尿病酮症、心血管疾病、神经病变、糖尿病足、糖尿病肾病等并发症，严重威胁人类健康。根据中华医学会糖尿病学分会2013年公布，估计我国有1.39亿糖尿病患者，其中60.7％的糖尿病患者未得到诊断。多年来，糖尿病诊断都是以血浆葡萄糖水平为标准，包括空腹血糖和口服糖耐量试验2小时血糖值。然而，血糖检测方法易受饮食、运动、药物等因素的影响以及需要特定时间采血，这极大地限制了检测结果的准确性，同时给患者带了不便。2010年，美国糖尿病协会(ADA)明确规定将糖化血红蛋白(HbA1c)作为监测糖尿病血糖控制的“金标准”，其反应2-3个月内平均血糖控制水平，而且不受急性血糖波动的影响，稳定性好，精确度高，无需空腹或特定时间取血。目前临床实验室中应用的HbA1c检测方法主要有两大类：一类方法基于糖化血红蛋白与非糖化血红蛋白所带的电荷不同，如离子交换层析法、电泳法等方法；另一类方法基于血红蛋白上糖化基团的结构特点，如亲和层析法、离子捕获法和免疫法等。2002年，国际临床化学联合会(IFCC)公布了HbA1c检测的国际标准法，即通过高压液相色谱法与质谱(HPLC-MS)联合检测方法。然而，HPLC-MS联合检测方法需要贵重的仪器以及复杂的操作，使得其在临床推广上存在困难。目前，离子交换HPLC法被认为是分析检测HbA1c的金标准，其测定的是血液中HbA1c占总血红蛋白(Hb)的百分含量。文献[1](M.V.Antunes,2009,BrazilianJournalofPharmaceuticalSciences,45(4),651-657.)提出了将阳离子交换HPLC法和紫外-可见分光光度法联用作为检测HbA1c的标准化方法。然而，该方法采用商用阳离子交换色谱柱结合柱外检测的方法，导致试剂消耗量较大和分析时间较长，而且色谱柱末端与检测器之间由于管路连接存在较大的死体积，使得被分离的样品组分容易发生扩散和重新混合，从而降低了检测灵敏度。为了提高检测灵敏度，我们提出了将阳离子交换色谱柱和检测池集成到微流控芯片上，并且在色谱柱末端与检测池之间增加了液滴发生器，该方法不仅避免了管路连接产生的死体积，而且以液滴的方式进行检测避免了样品在色谱柱末端的扩散和重新混合，因此提高了检测灵敏度。此外，检测池的结构设计为Z型，增加了光程，从而进一步提高了检测灵敏度。该液滴微流控芯片不仅适用于HbA1c的高灵敏度检测，也普遍适用于在紫外-可见光波段具有吸收峰的多肽、核酸和蛋白质等生物大分子的检测。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的检测灵敏度较低、检测仪器体积大和操作步骤复杂等方面的不足，本专利技术提出了一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，该微流控芯片体积小，成本低廉，操作简单，有利于现场实时检测。此外，本专利技术还提出了一种糖尿病高灵敏度检测方法，该方法不仅适用于HbA1c样品的高灵敏度检测，而且适用于多肽、核酸和蛋白质等生物大分子的检测。参阅图2，本专利技术提出的一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴微流控芯片依次由盖片层20、上流体通道层30、下流体通道层40和基底层50构成；其中水相入口21贯通盖片层20，与上流体通道层30上的水相引入通道31连通；所述水相引入通道31内部有色谱柱；贯穿于盖片层20的第一油相入口22和第二油相入口23，分别通过上流体通道层30上的第一油相引入通道32和第二油相引入通道33，与所述水相引入通道31和第一液滴通道34形成十字型通道；参阅图3，贯通上流体通道层30的第一小孔35和贯通下流体通道层40的第二小孔41位置相应，两者贯通后形成微型检测池；所述微型检测池连通上流体通道层30上的第一液滴通道34与贯穿下流体通道层40的第二液滴通道42；第二液滴通道42通过依次贯通下流体通道层40、上流体通道层30和盖片层20的流体出口24实现与外界流通。所述的液滴微流控芯片为透明热塑性材料，例如：聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、环烯烃共聚物(COC)等材料中的一种或几种。作为一种优选方式，上述的液滴微流控芯片，所述水相引入通道31的形状为弯曲蛇形，其内部填充满强阳离子交换聚合物整体柱，该强阳离子交换聚合物整体柱即为色谱柱，它的材料为丙烯酸酯共聚物，内部疏松多孔；该强阳离子交换聚合物整体柱通过光或热引发聚合反应生成，整体柱的机械强度、孔径大小、pH值耐受范围、交换容量等性能参数可以通过改变聚合物的种类和配比来调节。整体柱通道长度可以设置在1至25厘米范围内，通道深度可以设置为0.05至1毫米范围内，通道宽度可以设置为0.05至2毫米范围内。参阅图4，作为一种优选方式，上述的液滴微流控芯片，所述第一油相引入通道32和第二油相引入通道33，与水相引入通道31和第一液滴通道34所形成的十字型通道，即为液滴发生器；所述十字型通道是带有弧形的收缩结构，有利于产生尺寸较小的液滴，其宽度满足关系2*W1≥W2≥0.5*W1，2*W1≥W3＝W4≥0.5*W1且W>W2；其中，W1为水相引入通道31末端通道宽度，W2为第一液滴通道34入口通道宽度，W3为第一油相引入通道32末端通道宽度，W4为第二油相引入通道33末端通道宽度，W是第一液滴通道34的宽度；其工作原理是：使用外部泵或阀驱动系统分别将油相和水相溶液从各自入口注入，在十字通道交叉口处，由于水相受到油相的挤压，在剪切力、粘性力、表面张力和惯性力等力之间的相互作用产生油包水(W/O)液滴，并被油相带入第一液滴通道34。所述液滴发生器产生液滴的尺寸可以通过调节第一油相引入通道32和第二油相引入通道33与水相引入通道31中流体的流速比值来改变。上述的液滴微流控芯片，所述水相引入通道31内部强阳离子交换聚合物整体柱的制备，在芯片其余部件都制备好之后进行，其制备方法包括以下步骤：第一步，氧等离子体清洗。使用氧等离子体清洗机对液滴微流控芯片微通道内壁进行处理，时间为5～10分钟，空气流量为100～300sccm，功率为20～100W，反应腔室压力为10～20Pa。第二步，硅烷化处理。20wt％3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液通过加入甲酸调节pH至4～6，并将其从水相入口21通入液滴微流控芯片的水相引入通道31中，流速为0.1～10μL/min，时间为0.5～3h，然后用乙醇清洗液滴微流控芯片微通道；接着向液滴微流控芯片中通入氮气10～20分钟至完全充满整个通道，最后将流体入口和出口密封待用。第三步，光或热引发聚合反应。将单体、交联剂、致孔剂和引发剂混合溶解形成预聚物，其中单体、交联剂、致孔剂和引发剂的质量分数比例分别为20～30：15～20：50～70：1～5；所述致孔剂由致孔剂Ⅰ和致孔剂Ⅱ两种组分构成，致孔剂Ⅰ和致孔剂Ⅱ的质量分数比例为2～3：1；将预聚物通入液滴微流控芯片的水相引入通道31中，在紫外光或加热条件下使预聚物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴微流控芯片依次由盖片层20、上流体通道层30、下流体通道层40和基底层50构成；其中水相入口21贯通盖片层20，与上流体通道层30上的水相引入通道31连通；所述水相引入通道31内部有色谱柱；贯穿于盖片层20的第一油相入口22和第二油相入口23，分别通过上流体通道层30上的第一油相引入通道32和第二油相引入通道33，与所述水相引入通道31和第一液滴通道34形成十字型通道；贯通上流体通道层30的第一小孔35和贯通下流体通道层40的第二小孔41位置相应，两者贯通后形成微型检测池；所述微型检测池连通上流体通道层30上的第一液滴通道34与贯穿下流体通道层40的第二液滴通道42；第二液滴通道42通过依次贯通下流体通道层40、上流体通道层30和盖片层20的流体出口24实现与外界流通。

【技术特征摘要】
1.一种用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴微流控芯片依次由盖片层20、上流体通道层30、下流体通道层40和基底层50构成；其中水相入口21贯通盖片层20，与上流体通道层30上的水相引入通道31连通；所述水相引入通道31内部有色谱柱；贯穿于盖片层20的第一油相入口22和第二油相入口23，分别通过上流体通道层30上的第一油相引入通道32和第二油相引入通道33，与所述水相引入通道31和第一液滴通道34形成十字型通道；贯通上流体通道层30的第一小孔35和贯通下流体通道层40的第二小孔41位置相应，两者贯通后形成微型检测池；所述微型检测池连通上流体通道层30上的第一液滴通道34与贯穿下流体通道层40的第二液滴通道42；第二液滴通道42通过依次贯通下流体通道层40、上流体通道层30和盖片层20的流体出口24实现与外界流通。2.一种如权利要求1所述的用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述的液滴微流控芯片为透明热塑性材料。3.一种如权利要求2所述的用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述的液滴微流控芯片材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、环烯烃共聚物(COC)材料中的一种或几种。4.一种如权利要求1所述的用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述水相引入通道31的形状为弯曲蛇形，其内部填充满强阳离子交换聚合物整体柱，该强阳离子交换聚合物整体柱即为色谱柱，它的材料为丙烯酸酯共聚物，内部疏松多孔；该强阳离子交换聚合物整体柱通过光或热引发聚合反应生成。5.一种如权利要求4所述的用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述的液滴微流控芯片整体柱通道长度在1至25厘米范围内，通道深度为0.05至1毫米范围内，通道宽度为0.05至2毫米范围内。6.一种如权利要求1所述的用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片，其特征在于：所述第一油相引入通道32和第二油相引入通道33，与水相引入通道31和第一液滴通道34所形成的十字型通道，即为液滴发生器；所述十字型通道是带有弧形的收缩结构，有利于产生尺寸较小的液滴，其宽度满足关系2*W1≥W2≥0.5*W1，2*W1≥W3＝W4≥0.5*W1且W>W2；其中，W1为水相引入通道31末端通道宽度，W2为第一液滴通道34入口通道宽度，W3为第一油相引入通道32末端通道宽度，W4为第二油相引入通道33末端通道宽度，W是第一液滴通道34的宽度；其工作原理是：使用外部泵或阀驱动系统分别将油相和水相溶液从各自入口注入，在十字通道交叉口处，由于水相受到油相的挤压，在剪切力、粘性力、表面张力和惯性力等力之间的相互作用产生油包水(W/O)液滴，并被油相带入第一液滴通道34；所述液滴发生器产生液滴的尺寸可以通过调节第一油相引入通道32和第二油相引入通道33与水相引入通道31中流体的流速比值来改变。7.一种如权利要求1所述的用于糖尿病高灵敏度检测的液滴微流控芯片中所述水相引入通道31内部强阳离子交换聚合物整体柱的制备方法，其特征在于，该强阳离子交换聚合物整体柱的制备在芯片其余部件都制备好之后进行，其制备方法包括以下步骤：第一步，氧等离子体清洗：使用氧等离子体清洗机对液滴微流控芯片微通道内壁进行处理，时间为5～10分钟，空气流量为100～300sccm，功率为20～100W，反应腔室压力为10～20P；第二步，硅烷化处理：20wt％3-(异丁烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的乙醇溶液通过加入甲酸调节pH至4～6，并将其从水相入口21通入液滴微流控芯片的水相引入通道31中，流速为0.1～10μL/min，时间为0.5～3h，然后用乙醇清洗液滴微流控芯片微通道；接着向液滴微流控芯片中通入氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：常洪龙，李丁，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61