快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片制造技术

本发明专利技术公开了快速检测SARS‑CoV‑2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片及这种芯片的制备方法，该生物芯片由带有检测条形码阵列的GOQDs功能化底物、捕获抗体/抗原阵列微打印PDMS层和精确定量样品检测PDMS层组成，用于高通量、快速、灵敏、同时定量检测血清中SARS‑CoV‑2抗原蛋白和IgG/IgM抗体，该芯片的应用不仅有助于COVID‑19患者的快速诊断，而且为感染者、药物治疗和疫苗接种者提供了有价值的筛选途径。

【技术实现步骤摘要】
快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片
本专利技术涉及快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片，属于生物

技术介绍
COVID-19现在对全球健康仍旧构成严重威胁，目前常用的诊断SARS-CoV-2感染的方法是通过RT-PCR检测鼻拭子样本中的病毒RNA，这种方法简单可靠，但是样本采集过程中需要操作细节，耗时数小时以上，且无法追踪病毒感染的免疫反应。最近对SARS-CoV-2的研究表明，病毒感染后血清中出现SARS特异性抗体8-9，如IgG、IgM和IgA。研究表明，不同人群在不同时间点的中和抗体动态水平表现出不同的临床特征，抗体(IgG、IgM)自COVID-19感染后第4天开始出现，16发病后20天内血清阳性率达100.0％，至41～53天仍为100.0％。年龄在31岁以上的患者中的抗体水平高于16-30岁的患者，而女性患者在疾病早期和病情严重时IgG抗体的生成倾向于强于男性患者，女性患者的平均IgG抗体水平往往高于男性患者。因此，血清中的病毒特异性抗体可作为有效的诊断生物标志物，用于病毒感染筛查和评估患者出院和注射疫苗后的适应性免疫反应。此外，循环血中的病毒抗原(spike(S)蛋白18-20和核衣壳(N)蛋白21-23)也可用于COVID-19相关病毒血症的预后研究。目前SARS-CoV-2特异性抗体和病毒抗原的检测方法主要有电子晶体管生物传感器法、金纳米粒子侧流法、酶联免疫吸附法。电子晶体管生物传感器在SARS-CoV-2抗原蛋白检测中具有较高的灵敏度，但其实际应用受到非常复杂的制造工艺的限制；金纳米粒子侧流法用于快速检测SARS-CoV-2IgG/IgM抗体，但灵敏度有限，可进行定量检测；酶联免疫吸附法(ELISA)能提供定量检测，但其操作过程复杂，检测时间长。
技术实现思路
本专利技术克服了上述现有技术的不足，提供快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片，该生物芯片由带有检测条形码阵列的GOQDs功能化底物、捕获抗体/抗原阵列微打印PDMS层和精确定量样品检测PDMS层组成，用于高通量、快速、灵敏、同时定量检测血清中SARS-CoV-2抗原蛋白和IgG/IgM抗体。快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片的制作方法，包括如下步骤：(1)制备带有检测条形码阵列的GOQDs基层；(2)利用基底(如硅片)和ICP刻蚀工艺制作基底模具；(3)利用步骤(2)获得的基底模具制备PDMS层，其上打孔产生抗体/抗原阵列的出入口，打孔后将其与步骤(1)中获得的GOQDs基层结合形成间隔编码微流控生物芯片，将捕获抗体/抗原特异性探针加载到获得的间隔编码微流控生物芯片的与芯片上微通道相连的入口中，将抗体/抗原探针阵列微打印在微通道内的基层上，获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片；(4)再制作一个厚度为0.5-1mm的PDMS层和一个厚度为2-3mm的PDMS层，将两个PDMS层对齐后置于75-80℃烘烤50-60min，形成精确定量样品检测PDMS层；(5)步骤(3)获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片和步骤(4)获得的精确定量样品检测PDMS层结合，即可形成快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片。进一步的，步骤(1)中所述的制备带有检测条形码阵列的GOQDs功能化底物的方法，包括如下步骤：S1取玻璃基板清洗后使用3-氨基丙基三甲氧基西兰(APTES)溶液处理，清洗后获得经过APTES处理后的玻璃基板；S2将步骤S1中获得的经过APTES处理后的玻璃基板放入GOQDs溶液中自组装GOQDs，完成后冲洗去除多余GOQDs，在带有GOQDs的玻璃基板上微打印抗体/抗原检测探针条形码阵列，获得带有检测条形码阵列的GOQDs基层。进一步的，上述3-氨基丙基三甲氧基西兰(APTES)溶液的浓度为1-5％，上述GOQDs溶液的浓度1-5mg/mL。进一步的，步骤(2)中所述的基底模具为具有20-30个宽度为5-50μm的平行条带状凸起的硅片模具。进一步的，步骤(3)中所述的制备PDMS芯片层的方法包括如下步骤：将步骤(2)中获得硅片模具放入三甲基氯硅烷(TMCS)中浸泡15-20min，将Sylgard184A和Sylgard184B按照重量比为10:1的比例混合后加载到经过TMCS处理过的硅片模具上，气泡抽真空后，放入70-80℃中固化60min，将PDMS层从硅片模具上剥离，获得PDMS层。本申请还可以获得一种依据上述制备方法制备的快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片。进一步的，上述微流控生物芯片在快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体中的应用。进一步的，上述应用的应用方法，包括如下步骤：将待测样品导入微流控生物芯片的微腔中，室温孵育3～20min，用1％的BSA从间隔编码微流控生物芯片上剥离精确定量样品检测PDMS层，1％BSA溶液冲洗间隔编码微流控生物芯片，将300μL荧光共轭检测抗体复合物加载分散到整个间隔编码微流控生物芯片表面，使用1％BSA、1×PBS、0.5×PBS和去离子水依次冲洗，干燥后使用荧光扫描仪(如GenePix-4400)扫描间隔编码微流控生物芯片获得并分析目标抗体/抗原浓度。进一步的，上述荧光共轭检测抗体复合物的浓度为5-20μg/ml。有益效果：本申请制备的微流控生物芯片综合了纳米材料和微流控芯片的优点，能够同时检测60个样本的多种SARS-CoV-2抗原或IgG/IgM抗体，每个患者的样本量仅为2μL，超低检出限约为0.3pg/mL，定性检测时间短于10min，实现高通量、快速、灵敏、定量检测血清中SARS-CoV-2抗原蛋白和IgG/IgM抗体。该芯片的应用不仅有助于COVID-19患者的快速诊断，而且为感染者、药物治疗和疫苗接种者提供了有价值的筛选途径。附图说明图1SARS-CoV-2病毒和微流控生物芯片的示意图。图2微流控生物芯片示意图。图3芯片制造工艺图。图4传感生物芯片的构建及检测机理验证图。图5生物传感芯片上抗Covid-19抗原和抗体IgM/IgG的检测流程示意图。图6微流控生物芯片检测SARS-CoV-2抗体/抗原的特异性和敏感性。图7检测时间对微流控生物芯片检测限和定量检测量的影响。图8S抗原浓度为5至500ng/mL的(a)5min，(b)10min，(c)20min和(d)40min处观察到的荧光强度条形图。图9S-IgG浓度为5至500ng/mL时，在(a)5min、(b)10min、(c)20min和(d)40min时观察到的荧光强度条形图。图10S-IgM浓度为5至500ng/mL时，在(a)5min、(b)10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)制备带有检测条形码阵列的GOQDs基层；/n(2)利用基底和ICP刻蚀工艺制作基底模具；/n(3)利用步骤(2)获得的基底模具制备PDMS层，其上打孔产生抗体/抗原阵列的出入口，打孔后将其与步骤(1)中获得的GOQDs基层结合形成间隔编码微流控生物芯片，将捕获抗体/抗原特异性探针加载到获得的间隔编码微流控生物芯片的与芯片上微通道相连的入口中，将抗体/抗原探针阵列微打印在微通道内的基层上，获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片；/n(4)再制作两个PDMS层，将两个PDMS层对齐后烘烤，形成精确定量样品检测PDMS层；/n(5)步骤(3)获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片和步骤(4)获得的精确定量样品检测PDMS层结合，即可形成快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片。/n

【技术特征摘要】
1.快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)制备带有检测条形码阵列的GOQDs基层；
(2)利用基底和ICP刻蚀工艺制作基底模具；
(3)利用步骤(2)获得的基底模具制备PDMS层，其上打孔产生抗体/抗原阵列的出入口，打孔后将其与步骤(1)中获得的GOQDs基层结合形成间隔编码微流控生物芯片，将捕获抗体/抗原特异性探针加载到获得的间隔编码微流控生物芯片的与芯片上微通道相连的入口中，将抗体/抗原探针阵列微打印在微通道内的基层上，获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片；
(4)再制作两个PDMS层，将两个PDMS层对齐后烘烤，形成精确定量样品检测PDMS层；
(5)步骤(3)获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片和步骤(4)获得的精确定量样品检测PDMS层结合，即可形成快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片。


2.如权利要求1所述的微流控生物芯片的制作方法，其特征在于，步骤(1)中所述的制备带有检测条形码阵列的GOQDs功能化底物的方法，包括如下步骤：
S1取玻璃基板清洗后使用APTES溶液处理，清洗后获得经过APTES处理后的玻璃基板；
S2将步骤S1中获得的经过APTES处理后的玻璃基板放入GOQDs溶液中自组装GOQDs，完成后冲洗去除多余GOQDs，在带有GOQDs的玻璃基板上微打印抗体/抗原检测探针条形码阵列，获得带有检测条形码阵列的GOQDs基层。


3.如权利要求2所述的微流控生物芯片的制作方法，其特征在于，所述的APTES溶液的浓度为1-5％，所述的GOQDs溶液的浓度1-5mg/mL。


4.如权利要求1所述的微流控生物芯片的制作方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩琳，张宇，王春华，刘宏，邢志青，陈莉，张平，
申请(专利权)人：山东科讯生物芯片技术有限公司，山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37