基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，利用微流控芯片装置，在芯片基底上固定待检测的生物大分子，并用磁纳米颗粒进行标记，待检测的生物大分子包括肿瘤相关抗原、肿瘤相关糖脂及糖蛋白以及激素肽，采用的磁纳米颗粒尺寸为10nm

【技术实现步骤摘要】
基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统


[0001]本专利技术涉及一种微流控芯片磁信号检测系统，尤其是一种基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统。

技术介绍

[0002]疾病的早期诊断依赖于分子特异性细胞检测技术。分子特异性细胞诊断通常是借助光学标记和磁性标记来完成的。目前医学上比较成熟的分子特异性分析方法是采用发光物质作为标记的荧光分析和化学发光分析，该方法的缺点在于所使用的荧光基团的高成本，稳定性受光源以及检测环境的影响。与光学标记相比，磁性标记所用的磁纳米颗粒具有更好的生物相容性、稳定性和更低的毒性，并且可以在不透明的条件下应用，包括体内环境。对于磁性标记应用于分子特异性检测，如何提高灵敏度、空间分辨率和检测效率，是目前学界研究的热点问题。
[0003]目前主要有两种类型的弱磁传感器可以实现超高灵敏度和高空间分辨率的扫描磁成像：超导量子弱磁传感器和基于原子自旋的弱磁传感器。近年来，随着激光技术的进步，涌现出多种基于原子和激光相互作用的基于原子自旋的弱磁传感器，其中基于无自旋交换弛豫的弱磁传感器已经可以达到与超导量子弱磁传感器相当的fT/HZ
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级别的磁场灵敏度，可以实现单个磁纳米粒子的磁信号检测。与超导量子弱磁传感器相比，基于无自旋交换弛豫的弱磁传感器不需要低温的工作条件，节省了液氦的昂贵费用，其运行成本将会大大缩减。而且基于无自旋交换弛豫的弱磁传感器的尺寸比超导量子弱磁传感器的尺寸小得多，可以提供更高的空间分辨率。
[0004]微流控芯片技术是近年来发展起来的一种微型反应操作技术，该检测方法通过某种材质加工成的微型管道芯片，制备成微型的反应区域，最突出的优点是使用的样本量及试剂量非常少，并可实现高通量，多样本同时检测。微流控技术用于磁纳米颗粒的绑定和分离简化了检测步骤，可以实现原位测量，大大减少了检测时间。微流体芯片的阵列化设计与扫描原子磁力仪的结合使得高通量原位筛查生物大分子(抗体
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抗原、受体
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配体、DNA、蛋白质)成为可能。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，所述检测系统可以实现样本中微量生物大分子的特异性检测。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，包括微流控系统、线性扫描仪、用于屏蔽外界磁场干扰的磁屏蔽装置、弱磁传感器和LabVIEW控制器，其中，
[0008]所述微流控系统由蠕动泵、微流控芯片、废液池和磁铁放置装置组成，所述微流控芯片由上层玻璃片、中层PDMS通道层和下层玻璃片组成，所述中层PDMS通道层通过表面等离子体处理的方式被键合在上层玻璃片和下层玻璃片之间，所述中层PDMS通道层两端的流
体通道进出口上封装连通有用于引导液体流入和流出的流体管道，所述流体管道两端通过软导管分别连通蠕动泵和废液池；所述下层玻璃片表面镀有金膜，金膜上修饰
‑
COOH官能团，可以与单克隆抗体上的氨基发生反应，将生物大分子绑定在芯片表面；所述磁铁放置装置分为上中下三个隔层，上下两个隔层中各放有一个矩形钕铁硼强力磁铁，微流控芯片放置在中隔层内；
[0009]所述磁屏蔽装置中部设有轨道，所述弱磁传感器置于磁屏蔽装置内、所述轨道的正上方；
[0010]所述线性扫描仪置于磁屏蔽装置一侧，用于递送微流控芯片，所述微流控芯片置于线性扫描仪的石英棒上，石英棒沿所述轨道移动；所述磁铁放置装置置于线性扫描仪与磁屏蔽装置中间，石英棒可由磁铁放置装置的中隔层穿过；该线性扫描仪可以沿水平方向将装有待测样品的微流控芯片送入磁屏蔽装置中弱磁传感器的正下方；
[0011]所述LabVIEW控制器分别与微流控芯片、线性扫描仪和弱磁传感器线路连接；LabVIEW控制器利用LabVIEW软件同时对微流控芯片、线性扫描仪和弱磁传感器进行控制，实现对待测物的原位磁标记和磁信号的原位测量，有利于提高磁纳米颗粒浓度测量的精准性和工作效率。
[0012]优选的，上述基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，所述微流控芯片由环氧树脂胶封装加固。
[0013]优选的，上述基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，所述流体管道为聚四氟乙烯流体管道。
[0014]优选的，上述基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，所述弱磁传感器为用于探测磁纳米颗粒磁信号的基于无自旋交换弛豫的弱磁传感器。
[0015]上述基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，利用微流控芯片装置，在芯片基底上固定待检测的生物大分子，并用磁纳米颗粒进行标记，待检测的生物大分子包括肿瘤相关抗原、肿瘤相关糖脂及糖蛋白以及激素肽，采用的磁纳米颗粒尺寸为10nm
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10μm，生物大分子的修饰固定过程可通过快速停留技术控制。
[0016]上述基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，通过磁铁放置装置均匀磁化微流控芯片中的磁纳米颗粒，然后将含有待测分子的微流控芯片安装在线性扫描样品台上，利用扫描磁成像的方式，获得微流控芯片表面空间磁场分布。根据偶极磁场分布拟合空间磁场分布，反演得到磁性粒子的数量和空间信息。
[0017]有益效果：
[0018]本专利技术所述基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，具有如下优点：
[0019]1、通过精密线性扫描仪递送微流控芯片沿扫描通道移动，基于无自旋交换弛豫的弱磁传感器扫描微流控芯片检测区域获得空间磁场分布，根据偶极磁场分布拟合空间磁场分布，反演得到磁性粒子的数量和空间信息。
[0020]2、微流控芯片具有样本量少，特异性强，灵敏度高，价格低廉，读取结果可量化、快捷和直观等优势，结合高效的流体驱动和控制，实现待测样品和检测试剂的精准进样和高效快速分配。
[0021]3、通过生物化学手段将磁纳米粒子修饰到特定抗体表面，通过微流体芯片中的微
流道输送磁纳米颗粒标记待测生物大分子，控制微流道中流体的流速分离结合和未结合的磁纳米颗粒，直接在片上实现待测生物大分子浓度测量。
附图说明
[0022]图1是本专利技术基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术中磁化微流控芯片装置的结构示意图；
[0024]图3是本专利技术基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统的检测原理图。
[0025]图中，1
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微流控芯片2
‑
磁铁放置装置1
‑1‑
上层玻璃片
[0026]1‑2‑
中层PDMS通道层1
‑3‑
下层玻璃片1
‑4‑
蠕动泵1
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废液池3
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线性扫描仪4
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石英棒5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无自旋交换弛豫的微流控芯片磁纳米颗粒检测系统，其特征在于：包括微流控系统、线性扫描仪、用于屏蔽外界磁场干扰的磁屏蔽装置、弱磁传感器和LabVIEW控制器，其中，所述微流控系统由蠕动泵、微流控芯片、废液池和磁铁放置装置组成，所述微流控芯片由上层玻璃片、中层PDMS通道层和下层玻璃片组成，所述中层PDMS通道层通过表面等离子体处理的方式被键合在上层玻璃片和下层玻璃片之间，所述中层PDMS通道层两端的流体通道进出口上封装连通有用于引导液体流入和流出的流体管道，所述流体管道两端通过软导管分别连通蠕动泵和废液池；所述下层玻璃片表面镀有金膜，金膜上修饰
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COOH官能团；所述磁铁放置装置分为上中下三个隔层，上下两个隔层中各放有一个矩形钕铁硼强力磁铁，微流控芯片放置在中隔层内；所述磁屏蔽装置中部设有轨道，所述弱磁传感器置于磁屏蔽装置内、所述轨道的正上方；所述线性扫描仪置于磁屏蔽装置一侧，用于递送微流控芯片，所述微...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗大超，鲍博，王日东，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：