自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片及其应用制造技术

本发明专利技术公开了自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片及其应用，电化学免疫传感器包括微流控样品采集单元和检测单元，微流控样品采集单元与检测控制单元通过微流控通道连接；微流控样品采集单元分流至平行的一个或多个微流控检测通道，每一个微流控检测通道底部支持物上固定至少一个捕获待测抗原的抗体探针，在设置与工作电极相邻的检测电化学传感信号的至少一个工作电极和一个对电极构成微流控阵列芯片；工作电极上共价结合有捕获抗体，利用物理吸附或共价结合抗体探针具有高检测效率和灵敏度，因此制得的检测装置具有灵敏度高、稳定性好、重复性好、易于控制等优点，在临床、法医学、环境和医药等领域具有巨大的应用潜力。潜力。潜力。

【技术实现步骤摘要】
自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片及其应用


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片，还涉及自动化电化学微流控免疫生物芯片在制备可穿戴设备中的应用。

技术介绍

[0002]免疫传感，自20世纪70年代以来，特异性免疫反应与灵敏的光学或电化学转导的结合引起了人们的广泛关注。由于电化学传感技术对微型化的适应性，引起了广泛的研究努力集中在具有高灵敏度和特异性的电化学排列免疫传感器和生物芯片。构建电化学免疫传感器的关键步骤之一是选择合适的探针固定方法。最广泛使用的方法是基于微球的固定化技术当探针被物理吸附或共价结合到带磁性铁芯的聚苯乙烯微球表面。虽然这种方法灵敏度高，但这种方法不能提供具有可控空间分辨率的相关免疫试剂，从而限制了其在生物芯片中的应用。另一种替代方法是使用电聚合导体聚合物作为固定化免疫试剂的基质。在福洛斯的开创性工作之后，生物分子如酶、DNA、抗体甚至整个细胞在导电聚合物中的固定化已被广泛应用于制造生物传感器，包括免疫传感器。为提高检测灵敏度，在酶联免疫法中的抗体可以用DNA功能化的纳米结构标记，该DNA标记的功能化材料可以通过聚合酶链式反应、杂交链式反应或者滚环扩增技术实现信号放大，通过该项技术，免疫反应的灵敏度与传统的酶联免疫法相比，可以提高多个数量级。在基于DNA信号放大的酶联免疫法中，催化发夹DNA探针自组装反应和杂交链式反应的放大程度有限；聚合酶链式反应虽信号放大程度高，但是其反应过程需要严格的升温和降温过程，限制了其扩大应用。比较而言，滚环扩增放大技术具有独特的优势，它采用等温扩增，可以实现信号分子105到109甚至是指数数量级的放大。但是同样需要温度控制设备，因此限制了使用给地域和环境。
[0003]因此，亟需一种灵敏度高、不需要附加设备，储存条件要求低，可在多种环境中使用的产品。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供基于自动化电化学微流控免疫生物芯片，本专利技术的目的之二在于自动化电化学微流控免疫生物芯片在制备可穿戴装置中的应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]1、自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片，所述微流控免疫生物芯片包括微流控样品采集单元和检测单元，所述微流控样品采集单元与检测控制单元通过微流控通道连接；
[0007]所述检测控制单元设置平行的一个或多个微流控检测通道，所述每一个微流控检测通道底部支持物上固定至少一个捕获待测抗原的抗体探针，再设置检测电化学传感信号的至少一个工作电极和对应的对电极，构成有序的微流控阵列芯片；
[0008]所述微流控样品采集单元通过控制阀分别与试剂单元中各功能组件连接，所述试剂单元功能组件包括待检测样品储存器、抗体探针储存器、底物储存器、酶标反应器和清洗
溶液容器；
[0009]所述检测控制单元还含有采集传感电极信号模块，控制微流控样品进样和流量模块，放大电信号模块，模数转换处理模块、无线信号传输模块和数据处理模块；
[0010]检测时，工作电极与待测物共孵育使第一抗体与待测物相遇，如待测物有与第一抗体配对的抗原，抗原与第一抗体结合，通入清洗溶液清洗未结合的样品，然后通入与所述抗原匹配的电化学酶标抗体作为第二抗体共孵育，使电化学酶标抗体与已与第一抗体结合的抗原结合形成三明治结构，通入清洗溶液清洗未结合的电化学酶标抗体后，然后加入底物液，进行酶催化反应将底物转化为电化学活性产物，通过以参比电极为基准向传感电极施加电压，电化学活性产物释放产生电子同时产生反应产物，通过测定电流值实现抗原检测，通过调高底物浓度放大检测信号。
[0011]本专利技术优选的，所述检测通道底部支持物为但不限于碳材料、石墨烯、金属氧化物、碳化物、聚合物或他们的混合物；所述固定为在所述工作电极的支持物上物理吸附或共价结合捕获待测抗原的抗体探针。
[0012]本专利技术优选的，所述支持物为但不限于聚吡咯丙酸涂层。
[0013]本专利技术优选的，所述物理吸附为但不限于利用支持物的多孔性能或表面吸附性能物理吸附抗体探针；所述共价结合为但不限于在支持物上修饰有机或生物分子共价连接抗体探针。
[0014]本专利技术优选的，还包括微流控废液处理循环单元，所述废液处理循环单元的入口与微流体通道的出口连接，微流控清洗单元的出口分别与废液容器连接和底物储存器连接。
[0015]本专利技术优选的，所述捕获样品中抗原的抗体探针为但不限于检测癌症、糖尿病、致病微生物、遗传性疾病、心脑血管疾病的抗体。
[0016]本专利技术优选的，所述微流控样品采集单元通过处理器产生脉宽调制(PWM，Pulse Width Modulation)信号控制注射泵，实现样品量的动态调节。
[0017]本专利技术优选的，检测控制单元采用ARM架构的STM32微处理器作为核心芯片搭建电路。
[0018]2、所述自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片在制备可穿戴装置中的应用。
[0019]3、所述自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片在制备现场及时诊断装置中的应用。
[0020]本专利技术的有益效果在于：本专利技术公开了基于催化标记与底物反应的高灵敏电化学免疫检测装置，装置核心部分的传感电极利用聚吡咯丙酸(PPA)薄膜丰富的羧基用于共价连接蛋白质探针，聚吡咯丙酸(PPA)薄膜具有多孔结构和亲水性，提高蛋白探针的结合数量，并有利于电子传输，与传统的固定生物分子方法相比，显著提高检测效率和灵敏度。
[0021]微流控样品采集单元通过处理器产生PWM信号控制注射泵，实现样品量的动态调节；并且可设置为阵列结构，实现多分子检测。
[0022]检测控制单元采用ARM架构的STM32微处理器作为核心芯片，强化数据处理及控制功能，采用多级信号放大电路，电流信号检测限由μA级降至nA级。根据实时检测数据，动态调整样品采集试剂注射量，提高稳定性。提供无线传输功能，便于移动式远程操作。
[0023]还设置微流控清洗单元，实现废液回收，循环利用。将氧化反应产物PQI在电极的反应下还原，生成电活性产物PAP输送回反应池，循环利用。可以大幅度提高灵敏度，减少检测所需样品量。
[0024]本方法得到大量验证，成熟可靠。
附图说明
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明：
[0026]图1为聚吡咯丙酸(PPA)的制备原理图；
[0027]图2为聚吡咯丙酸(PPA)薄膜原子力显微镜图(a：0.05μm氧化铝粉末抛光后的裸电极表面，扫描尺寸50μm；b：0.05μm氧化铝粉末抛光后的裸电极表面，扫描尺寸10μm；c：PPA涂层电极表面，电荷为50mc，扫描尺寸50μm；d：PPA涂层电极表面，电荷为50mc，扫描尺寸10μm；e：PPy涂层电极表面，电荷为50mc，扫描尺寸50μm；f：PPy涂层电极表面，电荷为50mc，扫描尺寸10μm)；
[0028]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片，其特征在于：所述微流控免疫生物芯片包括微流控样品采集单元和检测单元，所述微流控样品采集单元与检测控制单元通过微流控通道连接；所述检测控制单元设置平行的一个或多个微流控检测通道，所述每一个微流控检测通道底部支持物上固定至少一个捕获待测抗原的抗体探针，再设置检测电化学传感信号的至少一个工作电极和对应的对电极，构成有序的微流控阵列芯片；所述微流控样品采集单元通过控制阀分别与试剂单元中各功能组件连接，所述试剂单元功能组件包括待检测样品储存器、抗体探针储存器、底物储存器、酶标反应器和清洗溶液容器；所述检测控制单元还含有采集传感电极信号模块，控制微流控样品进样和流量模块，放大电信号模块，模数转换处理模块、无线信号传输模块和数据处理模块；检测时，工作电极与待测物共孵育使第一抗体与待测物相遇，如待测物有与第一抗体配对的抗原，抗原与第一抗体结合，通入清洗溶液清洗未结合的样品，然后通入与所述抗原匹配的电化学酶标抗体作为第二抗体共孵育，使电化学酶标抗体与已与第一抗体结合的抗原结合形成三明治结构，通入清洗溶液清洗未结合的电化学酶标抗体后，然后加入底物液，进行酶催化反应将底物转化为电化学活性产物，通过以参比电极为基准向传感电极施加电压，电化学活性产物释放产生电子同时产生反应产物，通过测定电流值实现抗原检测，通过调高底物浓度放大检测信号。2.根据权利要求1所述自动化电化学微流控酶联免疫法检测生物芯片，其特征在于：所述检测通道底部支持物为但不限于碳材料、石墨烯、金属氧化物、碳化物、聚合物或他...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，史转转，邹卓，张嫄媛，刘峰，
申请(专利权)人：苏州科技大学，
类型：发明
国别省市：