一种聚电解质水凝胶离子二极管及其制备方法和其在核酸检测中的用途技术

本发明专利技术涉及生物化学领域，特别是涉及一种聚电解质水凝胶离子二极管及其制备方法和其在核酸检测中的用途，所述聚电解质水凝胶离子二极管包括微流控芯片和水凝胶异质结，所述微流控芯片上设有微通道，所述微通道包括工作微通道和参考微通道，所述工作微通道和参考微通道通过桥通道连通，所述工作微通道和参考微通道分别设有用于安装工作电极和参考电极的电极孔；所述水凝胶异质结包括P型水凝胶和N型水凝胶，所述P型水凝胶和N型水凝胶均设于桥通道内，所述P型水凝胶为阳离子型聚电解质水凝胶，所述N型水凝胶为阴离子型聚电解质水凝胶。本发明专利技术可利用电学信号检测核酸。发明专利技术可利用电学信号检测核酸。

【技术实现步骤摘要】
一种聚电解质水凝胶离子二极管及其制备方法和其在核酸检测中的用途


[0001]本专利技术涉及生物化学领域，特别是涉及一种聚电解质水凝胶离子二极管及其制备方法和其在核酸检测中的用途。

技术介绍

[0002]核酸物质的测量经常依赖于基因扩增技术，例如利用荧光定量聚合酶链式反应(qPCR)和多重置换扩增(MDA)等，但是这些技术往往会用到昂贵的荧光信号读取设备。为了能够快速、准确以及低成本地检测核酸分子，依赖于电学信号的技术也是一种高效可取的手段，例如利用纳米毛细二极管或石墨烯场效应管来探测核酸浓度变化所引起的电学信号变化从而完成检测以及标定的功能。但是，这些技术中所用到的检测元件主要由玻璃和金属这类生物相容性较差的材料构成，此外大部分生物结构中的信号传递都是通过离子传导的，而玻璃和金属无法很好地模拟这样一个过程。因此有必要进一步探索以提供一种高效、便捷并兼顾离子传导性，同时利用电学信号检测核酸浓度以及标定核酸扩增过程的产品和方法。

技术实现思路

[0003]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种聚电解质水凝胶离子二极管及其制备方法和其在核酸检测中的用途，用于解决现有技术中的问题。
[0004]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种聚电解质水凝胶离子二极管，所述聚电解质水凝胶离子二极管包括微流控芯片和水凝胶异质结，所述微流控芯片上设有微通道，所述微通道包括工作微通道和参考微通道，所述工作微通道和参考微通道通过桥通道连通，所述工作微通道和参考微通道分别设有用于安装工作电极和参考电极的电极孔；所述水凝胶异质结包括P型水凝胶和N型水凝胶，所述P型水凝胶和N型水凝胶设于桥通道内，所述P型水凝胶为阳离子型聚电解质水凝胶，所述N型水凝胶为阴离子型聚电解质水凝胶。
[0005]本专利技术还提供所述聚电解质水凝胶离子二极管的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0006]1)制备所述微流控芯片，对所述微流控芯片的微通道进行表面修饰；
[0007]2)向微通道内通入P型水凝胶预溶液，交联使其在桥通道内形成P型水凝胶；
[0008]3)向微通道内通入N型水凝胶预溶液，交联使其在桥连通内形成N型水凝胶。
[0009]本专利技术还提供所述聚电解质水凝胶离子二极管在制备核酸检测装置中的用途。
[0010]本专利技术还提供一种核酸检测装置，所述核酸检测装置包括所述聚电解质水凝胶离子二极管、电化学工作站以及计算机，所述电化学工作站与聚电解质水凝胶离子二极管和计算机信号连接。
[0011]本专利技术还提供所述聚电解质水凝胶离子二极管或所述核酸检测装置在核酸检测
中的用途。
[0012]本专利技术还提供一种核酸检测的方法，所述方法包括检测工作微通道内不含待测核酸时以及含有不同待测核酸时的电信号，通过比较各电信号的差异从而获得各待测核酸的差异。
[0013]如上所述，本专利技术的聚电解质水凝胶离子二极管及其制备方法和其在核酸检测中的用途，具有以下有益效果：
[0014]1.聚电解质水凝胶离子二极管加工简单，成本便宜，可利用电学信号检测核酸，不依赖于类似PCR仪的昂贵设备所需的通过荧光信号进行检测。
[0015]2.聚电解质水凝胶相比于传统基于金属和玻璃材料的器件有更好的生物相容性和离子传导性，从而能够更好地模拟生物结构中的信号传递。
[0016]3.可以在核酸扩增过程中实现原位的扩增标定。
附图说明
[0017]图1为聚电解质水凝胶离子二极管的加工流程示意图，按照a
‑
b
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c
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d
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e
‑
f的顺序进行；
[0018]图2为聚电解质水凝胶离子二极管内微通道设计图，a图为实施例1、2所用的设计图，b图为实施例3所用设计图；
[0019]图3为聚电解质水凝胶内部孔道结构的电子显微图，a图为P型水凝胶，b图为N型水凝胶；
[0020]图4为聚电解质水凝胶离子二极管内部结构示意图；
[0021]图5为聚电解质水凝胶离子二极管内部水凝胶区域荧光显微图；
[0022]图6为聚电解质水凝胶离子二极管检测时工作原理示意图，a图为水凝胶内部在DNA影响前后发生变化示意图，b图为水凝胶区域及周围部分微通道内的工作环境示意图；
[0023]图7为聚电解质水凝胶离子二极管在初始状态下、DNA影响下、PLL影响下的电流
‑
电压曲线图；
[0024]图8为聚电解质水凝胶离子二极管在初始状态下、DNA影响下、PLL影响下的整流比变化柱状图；
[0025]图9为聚电解质水凝胶离子二极管对相同质量浓度下不同bp长度DNA检测时的整流比变化柱状图；
[0026]图10为聚电解质水凝胶离子二极管对相同摩尔浓度下不同bp长度DNA检测时的整流比变化柱状图；
[0027]图11为聚电解质水凝胶离子二极管对不同PCR原料及DNA扩增产物检测时的整流比变化柱状图；
[0028]图12为聚电解质水凝胶离子二极管对不同质量浓度DNA进行实时检测时的整流比变化曲线图；
[0029]图13为聚电解质水凝胶离子二极管对PCR进行扩增标定过程中整流比随着扩增周期数增加时变化的柱状图；
[0030]图14为聚电解质水凝胶离子二极管对PCR进行扩增标定过程中整流比变化以及qPCR荧光值随着扩增周期数增加时变化的曲线图；
[0031]图15为利用MDA进行原位扩增标定时所用聚电解质水凝胶离子二极管的荧光实物图；
[0032]图16为图15中展示聚电解质水凝胶离子二极管的结构示意图以及对应区域内荧光变化显微图；
[0033]图17为聚电解质水凝胶离子二极管在进行原位扩增标定时水凝胶区域和腔室区域内荧光值变化曲线图；
[0034]图18为聚电解质水凝胶离子二极管在进行原位扩增标定时DNA浓度和整流比变化随时间增加而变化曲线图；
[0035]图19为聚电解质水凝胶离子二极管对不同质量浓度DNA进行检测时的电流
‑
电压曲线图；
[0036]图20为聚电解质水凝胶离子二极管在进行原位扩增标定时不同扩增时间下的电流
‑
电压曲线图；
[0037]图21为聚电解质水凝胶离子二极管对PCR进行扩增标定过程中不同扩增周期数下的电流
‑
电压曲线图。
具体实施方式
[0038]如图4所示，本专利技术提供一种聚电解质水凝胶离子二极管，所述聚电解质水凝胶离子二极管包括微流控芯片和水凝胶异质结，所述微流控芯片上设有微通道，所述微通道包括工作微通道和参考微通道，所述工作微通道和参考微通道通过桥通道连通，所述工作微通道和参考微通道分别设有用于安装工作电极和参考电极的电极孔；所述水凝胶异质结包括P型水凝胶和N型水凝胶，所述P型水凝胶和N型水凝胶均设于桥通道内，所述P型水凝胶为阳离子型聚电解质水凝胶，所述N型水凝胶为阴离子型聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述聚电解质水凝胶离子二极管包括微流控芯片和水凝胶异质结，所述微流控芯片上设有微通道，所述微通道包括工作微通道和参考微通道，所述工作微通道和参考微通道通过桥通道连通，所述工作微通道和参考微通道分别设有用于安装工作电极和参考电极的电极孔；所述水凝胶异质结包括P型水凝胶和N型水凝胶，所述P型水凝胶和N型水凝胶均设于桥通道内，所述P型水凝胶为阳离子型聚电解质水凝胶，所述N型水凝胶为阴离子型聚电解质水凝胶。2.根据权利要求1所述的聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述微流控芯片选自PDMS
‑
玻璃键合芯片、PDMS
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PDMS芯片、PDMS
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水凝胶芯片或水凝胶
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水凝胶芯片。3.根据权利要求1所述的聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述工作微通道两端设有用于安装工作电极的电极孔；和/或，所述参考微通道两端设有用于安装参考电极的电极孔。4.根据权利要求1所述的聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述聚电解质水凝胶离子二极管还包括工作电极和参考电极。5.根据权利要求1所述的聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述工作微通道呈“U”型或方型，和/或，所述参考微通道呈“U”型。6.根据权利要求1所述的聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述微通道内部经过表面修饰；优选的，所述微通道表面经过亲水性修饰；更优选的，所述微通道表面经过3
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(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯修饰。7.根据权利要求1所述的聚电解质水凝胶离子二极管，其特征在于，所述阳离子型聚电解质水凝胶为3
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磺丙基丙烯酸盐钾盐形成的水凝胶，和/或，所述阴离子型聚电解质水凝胶为二烯丙基二甲基氯化铵形成的水凝胶。8.权利要求1
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7任一所述的聚电解质水凝胶离子二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：1)制备所述微流控芯片，对所述微流控芯片的微通道进行表面修饰；2)向微通道内通入P型水凝胶预溶液，交联使其在桥通道内形成P型水凝胶；3)向微通道内通入N型水凝胶预溶液，交联使其在桥连通内形成N型水凝胶。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述微通道内部进行亲水性表面修饰；优选的，步骤1)中通过想微通道内通入3
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(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯进行亲水性表面修饰。10.根据权利要求8...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一凡，熊陈玮，张蓉，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：