一种毛细自驱动微流控芯片及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种毛细自驱动微流控芯片及其制备方法与应用。本发明专利技术提供的微流控检测芯片包括样品垫、结合物垫、可产生毛细驱动力的基底、检测区、质控区和吸水材料，各部分按照所述顺序搭接组合而成。在所述基底上设置有具有向上突起的纤维状纳米结构阵列，可产生毛细驱动力并固化捕获探针。本发明专利技术设计加工具有毛细驱动力的纳米纤维阵列的透明材料作为载体，在检测中将检测探针呈现为完全可视的表面以利于检测结果的定量分析，而且具有毛细驱动力的纳米纤维阵列还具有比表面积大的优点，更利于捕获配体的大量固化并提高后续检测分析的灵敏度和选择性。

A capillary self-driving microfluidic chip and its preparation method and Application

The invention discloses a capillary self-driving microfluidic chip, a preparation method and application thereof. The microfluidic detection chip provided by the invention comprises a sample pad, a bond pad, a substrate capable of generating capillary driving force, a detection area, a quality control area and a water absorbing material, each part of which is lapped and combined in accordance with the said order. A fibrous nanostructure array with an upward projection is arranged on the substrate, which can generate capillary driving force and solidify the capture probe. The invention designs and processes transparent materials with capillary driving force as carriers, presents detection probes as fully visible surfaces in detection to facilitate quantitative analysis of detection results, and nanofiber arrays with capillary driving force have the advantages of large specific surface area, which is more conducive to capturing large amounts of solidification of ligands and improving the sensitivity of subsequent detection and analysis. And selectivity.

【技术实现步骤摘要】
一种毛细自驱动微流控芯片及其制备方法与应用
本专利技术属于生物
，具体涉及一种毛细自驱动微流控芯片及其制备方法与应用。
技术介绍
免疫层析试纸条是上世纪80年代发展起来的一种简便易用的快速检测技术，该技术将胶体金、胶体硒、着色乳胶微球等标记抗体或抗原后作为检测探针储存于玻纤膜内。当液态检测样本在毛细作用驱动下依次通过样品垫、储存有检测探针的玻纤膜、固化有待检分子对应配体的硝酸纤维素膜、吸水垫时在硝酸纤维素膜上捕获并呈色相应的靶分子。经过多年的发展，该技术制备简单、成本极低、操作简便，在生物医学检测领域得到了广泛的应用。但是，免疫层析试纸条是基于硝酸纤维素膜的检测方案，只能在不透明的硝酸纤维素膜表面呈色，膜内所捕获的检测探针无法呈色，使得免疫层析试纸条损失了大部分检测信号，因而检测灵敏度较低，且无法对待检分子进行更为精确的定量分析。为解决上述问题，瑞典的阿米克股份公司开发了基于毛细微柱阵列的微流控芯片技术并申请了相关的专利(国内专利号：ZL03813252.4)。该技术将硝酸纤维素膜改为具有直径为数十个微米的毛细微柱阵列的透明热塑聚合物作为载体，经过表面修饰改性后固化捕获探针来替代传统的硝酸纤维素膜，从而得到既可实现液态样本毛细驱动的载体，又可在检测中将检测探针呈现为完全可视的表面以利于检测结果的定量。然而，在现有的微加工技术条件下，热塑性聚合物材料微柱阵列的直径尚不可能达到更小，因此可供免疫反应用的比表面积与硝酸纤维素膜还存在有较大差距。而且热塑性材料本身天然疏水，需要较多表面改性工艺步骤来调节微流控通道的亲水性和表面功能化以完成毛细驱动和捕获探针(待检分子对应配体)的包被。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种微流控检测芯片。本专利技术提供的微流控检测芯片由样品垫、结合物垫、可产生毛细驱动力的基底和吸水材料按照所述顺序依次搭接固定在载体上而成；所述基底是以透光性材料为衬底制备而成；所述基底上设置有检测区和质控区；所述检测区在所述结合物垫一侧，所述质控区在所述吸水材料一侧；所述检测区和所述质控区上均设置具有向上突起的纤维状纳米结构阵列。上述芯片中，所述纤维状纳米结构的直径为50-300nm；所述纤维状纳米结构之间的距离为5-500nm；所述透光性材料可为玻璃衬底、石英衬底、载玻片或盖玻片；所述检测区和所述质控区表面覆有具有向上突起的纤维状纳米结构阵列的聚合物层；所述样品垫可为玻纤膜；所述结合物垫可为固化有荧光标记探针的玻纤膜；所述荧光标记探针为能与待检物质相互作用的配体；所述检测区上连接有所述能与待检物质相互作用的配体，所述质控区上连接有不能与待检物质相互作用、但能与所述待检物质相互作用的配体结合的物质；所述基底的检测区上能与待检物质相互作用的配体可以与待检物质结合，待检物质又与所述荧光标记探针上的能与待检物质相互作用的配体结合，通过双抗体夹心法将荧光标记探针固定在检测区上，通过检测荧光标记探针上的荧光强度检测待检物质的含量；所述基底的质控区上的不能与待检物质相互作用、但能与待检物质相互作用的配体结合的物质可以与荧光标记探针上的能与待检物质相互作用的配体结合，不需要通过待检物质就可以将荧光标记探针固定在质控区，通过检测荧光标记探针上的荧光强度对微流控芯片进行质控；所述吸水材料可为滤纸、玻纤膜或高分子吸水材料；所述能与待检物质相互作用的配体可为抗体或抗原。上述芯片中，所述待检物质可为蓖麻毒素；所述抗体可为抗蓖麻毒素多克隆抗体；所述不能与待检物质相互作用、但能与待检物质相互作用的配体结合的物质可为羊抗兔多克隆抗体；所述抗蓖麻毒素多克隆抗体和所述羊抗兔多克隆抗体均通过酰胺键固定在所述表面覆有具有向上突起的纤维状纳米结构阵列的聚合物层上；所述聚合物材料可为光刻胶或聚酰亚胺；所述聚合物层的厚度可为2-10μm；所述载体可为塑料壳体。本专利技术的另一个目的是提供一种制备上述微流控芯片的方法。本专利技术提供的制备上述微流控芯片的方法包括所述可产生毛细驱动力的基底的制备方法；所述可产生毛细驱动力的基底的制备方法如下：1)以透光性材料为衬底旋涂聚合物，形成有聚合物层的衬底；将所述有聚合物层的衬底进行烘烤，得到烘烤后的聚合物层；2)对所述烘烤后的聚合物层进行光刻，去除在检测区和质控区外分布的聚合物层，得到图形化的检测区和质控区；3)采用等离子体对图形化的检测区和质控区进行轰击，形成具有纤维状纳米结构阵列的基底；4)将所述具有纤维状纳米结构阵列的基底依次经过氨基化和戊二醛表面功能化处理，得到表面修饰后的基底；5)将所述能与待检物质相互作用的配体和不能与待检物质相互作用、但能与所述待检物质相互作用的配体结合的物质分别点样于所述表面修饰后的基底的检测区与质控区，得到固化有配体的基底。上述方法中，所述步骤1)中，采用甩胶机旋涂聚合物，所述旋涂的条件为：转速为3000rpm，时间为30s；所述烘烤的条件为：温度为120度，时间为20分钟；所述聚合物层的厚度为5μm；所述步骤2)中，所述光刻的方法具体如下：采用EVG光刻机进行曝光；所述曝光条件为：紫外光波长为365nm，曝光剂量为6mJ/s，时间为80s；所述曝光后置于CD26显影液中进行显影，所述显影的时间为38s；所述显影后还包括用等离子体去胶机进行扫底膜处理和烘烤的步骤；所述扫底膜处理的条件为：时间为7min，氧气压强为0.48Pa，入射功率为5W，反射功率为0W，温度为70℃；所述烘烤的条件为：温度为140℃，时间为40min；所述步骤3)中，等离子体可以为任何能够对所述聚合物层进行轰击的等离子体；具体可为氩等离子体、氧等离子体、氮等离子体等，或几种等离子体的两两组合或先后组合；所述轰击的条件为：等离子体气源的流量为50-400sccm，腔体压力为0.2-5Pa，射频功率为150-350W，处理时间为2-120min；经等离子体轰击之后，在聚合物层所在的位置形成纤维状纳米结构阵列。该纤维状纳米结构之间的距离大小为几十纳米至几个微米，部分纳米纤维呈弯曲或倾斜，底部或顶部可以两两相互靠近，形成簇状或丛状结构，从而在纤维状纳米结构之间形成大量纳米孔隙，加之纳米纤维的材料具有亲水性，进而纤维状纳米结构阵列具有毛细驱动力。所述步骤3)和步骤4)之间还包括将所述具有纤维状纳米结构阵列的基底进行清洗和吹干的步骤；所述清洗的方法如下：将所述具有纤维状纳米结构阵列的基底放入H2O2:H2SO4(比例为1:2)的溶液中清洗1小时，然后置于去离子水中超声5分钟；所述步骤4)中，所述氨基化和戊二醛表面功能化处理的方法如下：将具有纤维状纳米结构阵列的基底在3-氨基丙基-三甲氧基硅氧烷溶液中浸泡20分钟，得到氨基化基底；将所述氨基化基底在戊二醛溶液中浸泡2小时，得到表面修饰后的基底；所述3-氨基丙基-三甲氧基硅氧烷溶液为将3-氨基丙基-三甲氧基硅氧烷(APTES)与丙酮溶液混匀得到的溶液，所述APTES在3-氨基丙基-三甲氧基硅氧烷溶液中的体积分数为2％；所述戊二醛溶液是将戊二醛与PBS溶液(pH7.4)混匀得到的溶液，所述戊二醛在所述戊二醛溶液中的体积分数为5％；所述浸泡后还包括清洗和吹干的步骤。所述步骤5)中，所述抗蓖麻毒素多克隆抗体和所述羊抗兔多克隆抗体均以1mg/mL的浓度稀释于含有体积分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微流控检测芯片，该微流控检测芯片由样品垫、结合物垫、可产生毛细驱动力的基底和吸水材料按照所述顺序依次搭接固定在载体上而成；所述基底是以透光性材料为衬底制备而成；所述基底上设置有检测区和质控区；所述检测区在所述结合物垫一侧，所述质控区在所述吸水材料一侧；所述检测区和所述质控区上均设置具有向上突起的纤维状纳米结构阵列。

【技术特征摘要】
1.一种微流控检测芯片，该微流控检测芯片由样品垫、结合物垫、可产生毛细驱动力的基底和吸水材料按照所述顺序依次搭接固定在载体上而成；所述基底是以透光性材料为衬底制备而成；所述基底上设置有检测区和质控区；所述检测区在所述结合物垫一侧，所述质控区在所述吸水材料一侧；所述检测区和所述质控区上均设置具有向上突起的纤维状纳米结构阵列。2.根据权利要求1所述的芯片，其特征在于：所述纤维状纳米结构的直径为50-300nm；所述纤维状纳米结构之间的距离为5-500nm；所述透光性材料可为玻璃衬底、石英衬底、载玻片或盖玻片；所述检测区和所述质控区表面覆有具有向上突起的纤维状纳米结构阵列的聚合物层；所述样品垫为玻纤膜；所述结合物垫为固化有荧光标记探针的玻纤膜；所述荧光标记探针为能与待检物质相互作用的配体；所述检测区上连接有所述能与待检物质相互作用的配体，所述质控区上连接有不能与待检物质相互作用、但能与所述待检物质相互作用的配体结合的物质；所述吸水材料为滤纸、玻纤膜或高分子吸水材料；所述能与待检物质相互作用的配体为抗体或抗原。3.根据权利要求1或2所述的芯片，其特征在于：所述待检物质为蓖麻毒素；所述抗体为抗蓖麻毒素多克隆抗体；所述聚合物材料为光刻胶或聚酰亚胺；所述聚合物层的厚度为2-10μm。4.一种制备权利要求1-3中任一所述的芯片的方法，包括所述可产生毛细驱动力的基底的制备方法；所述可产生毛细驱动力的基底的制备方法如下：1)以透光性材料为衬底旋涂聚合物，形成有聚合物层的衬底；将所述有聚合物层的衬底进行烘烤，得到烘烤后的聚合物层；2)对所述烘烤后的聚合物层进行光刻，去除在检测区和质控区外分布的聚合物层，得到图形化的检测区和质控区；3)采用等离子体对所述图形化的检测区和质控区进行轰击，形成具有纤维状纳米结构阵列的基底；4)将所述具有纤维状纳米结构阵列的基底依次经过氨基化和戊二醛表面功能化处理，得到表面修饰后的基底；5)将能与待检物质相互作用的配体和不能与待检物质相互作用、但能与所述待检物质相互作用的配体结合的物质分别点样于所述表面修饰后的基底的检测区与质控区，得到固化有配体的基底。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤1)中，采用甩胶机旋涂聚合物，所述旋涂的条件为：转速为3000rpm，时间为30s；所述烘烤的条件为：温度为120度，时间为20分钟；所述步骤2)中，所述光刻的方法如下：采用EVG光刻机进行曝光；所述曝光条件为：紫外光波长为365nm，曝光剂量为6mJ/s，时间为80s；所述曝光后置于CD26显影液中进行显影，所述显影的时间为38s；所述显影后还包括用等离子体去胶机进行扫底膜处理和烘烤的步骤；所述扫底膜处理的条件为：时间为7min，氧气压强为0.48Pa，入射功率为5W，反射功率为0W，温度为70℃；所述烘烤的条件为：温度为140℃，时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨浩，毛海央，高姗，王景林，王云翔，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事医学科学院微生物流行病研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11