一种基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法，将生物识别分子分别修饰在绝缘微球的表面，然后加入待测目标物进行生物反应，在微通道两端施加恒定的电压或电流，形成闭环电路，混合液在电渗流驱动下流经微通道，绝缘微球在通过微通道时导致闭环电路的电阻上升，并且上升幅度与绝缘微球的聚集状态相关，通过检测闭环电路的电流或电压的变化值从而可间接得到待测目标物含量。本发明专利技术无需任何洗涤、分离步骤，仅涉及一步生化反应，从而在保证准确度的前提下，极大地缩短了分析时间，具有准确、快速、成本低等优点，在食品安全、体外诊断、环境监测等需要现场快速检测的领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法
本专利技术属于检测领域，涉及一种均相分析方法，尤其是一种基于绝缘微球分散状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法。
技术介绍
发展准确、操作简便、检测速度快、成本低的检测方法和配套设备在食品安全、体外诊断、环境监测等领域具有重大意义。一种有效的策略是利用无需分离特异性识别组分和其与目标物形成的复合物的方式，即均相测定形式。此类方法依赖如下原理，检测信号的开启或关闭取决于特异性结合反应。相反，异相测定形式依赖于对结合和游离的特异性识别组分进行物理分离，其中包含大量洗涤步骤，不仅费时费力，而且使操作更加复杂，容易出现累积误差。目前，应用较为广泛的均相测定形式主要基于荧光或化学发光检测，如荧光共振能量转移(FRET)、空间邻近化学发光(SPARCL)等方式。应该指出，在分析测定领域，“均相”仅代表无需分离步骤，与物理化学中的定义不同。例如，一种基于电极邻近的钌离子的氧化还原反应的电化学发光测定，虽然涉及固相(修饰电极)的使用，但其并不需要分离步骤，依然属于均相测定范畴。通常，传统的均相测定形式之所以可以避免分离步骤，在于生物识别分子和目标物的特异性结合导致标记物距离拉近或局部浓度升高，从而可以发生能量共振转移或局部反应速率加快，致使特异性信号与背景信号区分开来。但是，此类方法通常需要专门的标记物和精密的检测设备，成本较高；另外，这种特异性信号属于距离诱导间接产生，附加了后续物理化学过程，如能量共振转移、氧化还原反应等，增加了方法的不稳定性。然而，食品安全、体外诊断、环境监测等领域不断追求分析方法的低成本、稳定性，如何从根本上克服当前均相测定方法的不足依然存在着挑战。为解决这一问题，前期工作中，我们将生物识别分子修饰在微米级别的绝缘微球上，目标物的存在会引起绝缘微球分散状态的改变，以双抗夹心法为例，待测抗原与抗体的结合会导致绝缘微球的聚集，之后以小孔电阻颗粒计数技术对溶液中绝缘微球的粒径分布进行检测，从而对目标物进行定量分析。该方法仅需一步生物化学反应，即目标物的特异性识别结合，不仅稳定性好，同时不需要分离、洗涤，是一种“样品进、结果出”的均相反应模式。但是，该方法采用小孔电阻颗粒计数需要较昂贵的仪器，不利于该方法的进一步应用。于是，我们提出基于微通道的电阻分析方法。在该方法中，绝缘微球在电渗流的作用下通过微通道时，由于存在阻塞效应，将会导致微通道内电阻的改变，进而可以引起电流或电压的改变。同时，我们预测绝缘微球分散状态的不同，其引起电阻改变的能力也不同。因此，目标物和生物识别分子的特异性结合将诱导溶液中绝缘微球状态发生改变，绝缘微球从原来的分散状态变成聚集状态。在相同条件下，处于聚集状态的绝缘微球聚集体和处于分散状态绝缘微球在电渗作用下通过微通道时引起电阻改变的能力不同，可以直接将电信号作为读出信号，因此无需分离步骤，即达到均相测定的目的。同时，采用电流或者电压为读出信号，设备简单便宜，有利于实现现场、快速检测。
技术实现思路
本专利技术目的是为解决现有的均相测定方法原理复杂、成本高、稳定性差等问题，而提供一种成本低、稳定性好、操作简便的基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法，实现一系列目标物的现场快速检测。上述目的是通过以下技术方案实现的：一种基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法，包括以下步骤：(1)将生物识别分子分别修饰在绝缘微球的表面，然后加入待测目标物进行生物反应，使分散状态的绝缘微球发生聚集，分散状态的改变量与待测目标物浓度相关；(2)向反应后的溶液中加入电解质，然后置入正极电极和负极电极并施加恒定的电压或电流，形成闭环电路，反应混合液在电渗流驱动下流经设在正极电极和负极电极之间的微通道，绝缘微球在通过微通道时产生阻塞效应，导致闭环电路的电阻上升，并且上升幅度与绝缘微球的聚集状态呈正相关，通过检测闭环电路的电流或电压的变化值从而可间接得到待测目标物含量；所述生物识别分子为能够与待测目标物发生竞争免疫反应的抗体及其抗原；或所述生物识别分子为能够与待测目标物发生双抗夹心免疫反应的包被抗体及其标记抗体；或所述生物识别分子为能够与待测目标物发生DNA分子杂交反应的捕获探针及其检测探针。优选地，所述微通道的内径为10～500μm，长度为0.5～10mm。最佳地，所述微通道的内径为25μm，长度为1mm。优选地，所述绝缘微球的粒径为0.1-50μm，最佳为5μm。优选地，当向正极电极和负极电极施加恒定的电压时，所述电压为10-500v，最佳为60v。优选地，所述绝缘微球为聚苯乙烯微球或聚丁二烯微球或聚异戊二烯微球。优选地，所述电解质为PBS。本专利技术进一步提供一种基于绝缘微球分散状态变化导致微通道电阻改变的均相分析装置，该装置包括第一导电池和第二导电池，所述第一导电池和第二导电池之间设有微通道，所述微通道的内径为10～500μm，长度为0.5～10mm，所述第一导电池和第二导电池的内部分别设有正极电极和负极电极，所述正极电极和负极电极分别通过导线与直流电源的正、负极连接，形成闭环电路，所述闭环电路上设有检测仪表和电源输出控制器。本专利技术再进一步提供一种基于绝缘微球分散状态变化导致微通道电阻改变的均相分析芯片，该芯片上设有第一导电池、第二导电池、微通道和反应通道，所述微通道的内径为10～500μm，长度为0.5～10mm，所述第一导电池和第二导电池通过微通道相连通，所述反应通道与第一导电池相连通，所述第一导电池和第二导电池的内部分别设有正极电极和负极电极，所述正极电极和负极电极分别通过导线与直流电源的正、负极连接，形成闭环电路，所述闭环电路上设有检测仪表和电源输出控制器，所述反应通道的末端设有两个进样口，所述两个进样口与设在芯片外部的蠕动泵连通。本专利技术的检测原理如下：针对不同的目标物，将其对应的生物识别分子修饰在绝缘微球表面。将待测物与上述绝缘微球-生物识别分子偶联物在导电池中进行孵育，待目标物与绝缘微球-生物识别分子偶联物完成特异性结合后，无需分离步骤，直接向导电池中施加恒定的电压(或电流)，电渗流驱动溶液通过微通道，而绝缘微球-生物识别分子偶联物分散状态的不同，其改变微通道内电阻的能力不同，而绝缘微球-生物识别分子偶联物状态的改变和目标物的含量相关，从而以电流(或电压)为读出信号进行定量分析。所述微通道由于其内壁表面带有负电荷，溶液中的正电荷可与上述负电荷相互作用，形成双电层，在高电压的作用下，微通道内溶液将整体向负极移动。溶液中的绝缘颗粒或者绝缘微球聚集体会被电渗流驱动经过微通道，由于存在阻塞效应，将会导致电阻的增大，如下式所示：其中，R表示微通道电阻，l表示微通道长度，S表示微通道横截面积，d表示绝缘颗粒直径，σ表示溶液的电导率。从上式可以看出，在微通道长度l和横截面积S一定时，微通道电阻R与绝缘颗粒直径d相关。由于绝缘颗粒d远小于通道长度l，因此上式第二项可视为定值，从而可得到，微通道电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法，其特征在于包括以下步骤：/n(1)将生物识别分子分别修饰在绝缘微球的表面，然后加入待测目标物进行生物反应，使分散状态的绝缘微球发生聚集，分散状态的改变量与待测目标物浓度相关；/n(2)向反应后的溶液中加入电解质，然后置入正极电极和负极电极并施加恒定的电压或电流，形成闭环电路，反应混合液在电渗流驱动下流经设在正极电极和负极电极之间的微通道，绝缘微球在通过微通道时产生阻塞效应，导致闭环电路的电阻上升，并且上升幅度与绝缘微球的聚集状态呈正相关，通过检测闭环电路的电流或电压的变化值从而可间接得到待测目标物含量；/n所述生物识别分子为能够与待测目标物发生竞争免疫反应的抗体及其完全抗原；或所述生物识别分子为能够与待测目标物发生双抗夹心免疫反应的包被抗体及其标记抗体；或所述生物识别分子为能够与待测目标物发生DNA分子杂交反应的捕获探针及其检测探针。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于绝缘微球状态变化导致微通道电阻改变的均相分析方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将生物识别分子分别修饰在绝缘微球的表面，然后加入待测目标物进行生物反应，使分散状态的绝缘微球发生聚集，分散状态的改变量与待测目标物浓度相关；
(2)向反应后的溶液中加入电解质，然后置入正极电极和负极电极并施加恒定的电压或电流，形成闭环电路，反应混合液在电渗流驱动下流经设在正极电极和负极电极之间的微通道，绝缘微球在通过微通道时产生阻塞效应，导致闭环电路的电阻上升，并且上升幅度与绝缘微球的聚集状态呈正相关，通过检测闭环电路的电流或电压的变化值从而可间接得到待测目标物含量；
所述生物识别分子为能够与待测目标物发生竞争免疫反应的抗体及其完全抗原；或所述生物识别分子为能够与待测目标物发生双抗夹心免疫反应的包被抗体及其标记抗体；或所述生物识别分子为能够与待测目标物发生DNA分子杂交反应的捕获探针及其检测探针。


2.如权利要求1所述的均相分析方法，其特征在于：所述微通道的内径为10～500μm，长度为0.5～10mm。


3.如权利要求1所述的均相分析方法，其特征在于：所述绝缘微球的粒径为0.1-50μm。


4.如权利要求1所述的均相分析方法，其特征在于：当向正极电极和负极电极施加恒定的电压时，所述电压为10-500v。


5.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翊平，何慧禹，聂荣彬，王知龙，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42