基于磷光发光技术的时间分辨荧光生物传感器及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种基于磷光发光技术的时间分辨荧光生物传感器及其应用，包括：激发光路模块、光电信号接收转换模块、控制系统模块、放大整形电路、译码接口电路和数据缓存模块，所述激发光路模块包括主检测激发光模块和辅助光学扫描模块；所述光电信号接收转换模块包括主检测光电转换模块和辅助扫描光电转换模块。本发明专利技术采用磷光发光材料即铂/钯卟啉作为生物标记物，结果在绿色光照射下以红外光光信号的形式表现出来，并可进行仪器判读，从而实现对目标被检测物的定量检测。本发明专利技术依据其待测物发生免疫反应方式的不同，将层析试纸条分为夹心法模式、竞争法模式、间接法模式和捕获法模式对样品中的不同待测物进行快速、灵敏地定性和定量检测分析。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于磷光发光技术的时间分辨荧光生物传感器及其应用，属于免疫检测

技术介绍
为解决FIA受来自样品，特别是生物样品较强且变化大的荧光背景，以及散射等因素的干扰问题，极大地促进了长寿命、长波长荧光标记层析试纸条(如镧系金属螯合物、卟啉类化合物)的合成和时间分辨荧光技术的发展，目前非同位素标记分析的灵敏度已达到或超过放射免疫分析方法。磷光分析法是突光分析法的姊妹技术，相对于突光，它又有其很多独特的优越性(I)有大的StOkes位移，磷光的波长比荧光的波长长，和激发光谱离得较远，不会和激发光谱重叠，不仅可減少或消除试样(特别是生物试样)本底荧光和入射激发光的干扰，自吸收现象也有减轻；(2)由于—Stl自旋禁阻，磷光的寿命比荧光长，磷光 的寿命约为10_3 10s，易于实现时间分辨測定；(3)选择性更好。但到目前，磷光免疫分析并未得到应有的发展。究其原因，主要受到磷光发光材料的限制，尤其是水溶性高、生物相容性好的磷光发光材料的缺乏，故未开发ー种既适合于免疫分析，又能显示磷光检测优势的磷光技术。金属卟啉是自然界中广泛存在的一类大环化合物，如血红素、叶绿素、VB12等，它们在生命体的新陈代谢以及很多基本生物过程中都起着不可忽视的作用。卟啉分子由四个吡咯环通过次甲基连结，形成一四配位卟啉核。卟啉环非常稳定，可与直径为3. 7埃的金属发生配位；它与过渡态金属形成的络合物尤其稳定，比如，Zn-四苯基卩卜啉(ZnTPP),其稳定常数为1029。大部分金属都与卟啉形成I : I的络合物，只有Na、K、Li络合物的配合比为2 1，两个金属原子分别位于卟啉环平面的上方和下方。如图I所示，描述了卟啉能量跃迁产生磷光的原理。卩卜啉的电子吸收光谱主要有Soret带(又称B带)和Q带。Soret带位于400 450nm之间，摩尔吸光系数高(2 5X IO5Iiior1. L. cnT1)。而金属卩卜啉的Soret带吸收较弱，当环侧有亲电子基团时，Soret带将向长波方向移动。卟啉的Q带一般在450 650nm之间，有四个相关峰；当吡咯环氮上的氢被金属离子取代形成金属卟啉后，四个相关峰减弱或消失。卟啉和金属卟啉由于具有18电子大π离域结构，所以，以其B带或Q带作为激发波长，均在600 700nm间(或更长的波长范围)有不同程度的荧光发射；一般情況下，金属卟啉的荧光强度要弱于卟啉。室温下，P卜啉本身不发磷光，当与某些金属形成络合物并与有序介质(如表面活性剤、蛋白质和核酸等生物大分子)共存时才在近红外区发射磷光；但只有极少数的金属卟啉发磷光，最常见的为钯卟啉和钼卟啉。钯/钼卟啉具有极强的磷光，其特点是长寿命(ms)，长波长￠00 IOOOnm)。最常见的有水溶性meso-四(4-磺酸苯基)卟啉(H2TSPP4-)和meso-四(4-N-三甲氨基苯基)卟啉(H2TMAP4+)的钯/钼络合物，以及非水溶性的八こ基卟啉(OEP)和四苯基-四苯并卟啉(Ph4TBP)的钯/钼络合物等。600 IOOOnm的近红外区是研究生物物质发光探针和光化学传感器的一个极为有用的区域。所以，具有特殊磷光特性的钯/钼卟啉便成为生物分析方面非常有效的探针分子，结合一些简单的检测仪器便可提供很高的灵敏度和选择性。如附图4所示，在外界激发下，钼卟啉在650nm发出强磷光，持续时间100微秒(吸收波范围390-410nm)，钯卟啉在670nm发出强磷光持续时间500微秒(吸收波范围400-420nm)。这些卟啉粒子也有很大的Stokes位移(均为280nm)。与其它发光材料相比较，钼/钯卟啉的优势在于极微的光漂白，使用便宜的强光源，如发光二极管就能有效激发。此外，生物样本和硝酸纤维素膜的背景荧光在390-420nm激发比在以铕离子为代表的时间分辨荧光的激发光波长365nm时都低。尽管390_420nm光透过硝酸纤维素膜也不尽理想，但优于365nm光，更适合于透射式測量。钼卟啉还可共价标记抗体，为检测各种样本提供了一个灵敏的快速检测技木。目前，免疫层析技术中所使用的标记物通常是酶、胶体金以及各种彩色微球标记物，这些标记物应用于免疫层析技术中有相同的特点物理吸附方式标记和通过颜色判断检测結果。其中物理吸附方式标记(即疏水性和静电吸附原理)的特点使得其容易形成非特异性干扰，需要在生产エ艺配方中添加非特异性干扰消除层析试纸条，如吐温20等表面 活性剂等，但使用这类层析试纸条的同时，也容易造成基于这类标记物的假阳性或假阴性的結果。另外通过颜色判读结果在使用时必然受观察者主观影响大，尤其是弱阳性结果，且只能做出定性判断，而无法实现精确的定量判定。这些缺点大大限制了免疫层析技术在临床检测中的应用。公开号为CN102087293A公开日为2011年6月8日，名称为“ー种全程定量检测肌钙蛋白I的免疫层析试纸条及其制备方法”和公开号为CN10208721公开日为2011年6月8日、名称为“荧光定量检测仪”的专利申请均公开了基于荧光乳胶标记的层析法检测方法，其荧光激发波长为470nm，发射波长为530nm。但这类传统有机荧光材料没有解决其固有的光漂白问题；同时，生物样品自身荧光的干扰及有机荧光分子的光不稳定性等也降低了待测物的荧光信号，必将导致检测灵敏度偏低，检测线性范围窄，难以满足临床检测的需求。公开号为CN102192983A公开日为2011年9月21日、名称为“时间分辨荧光免疫层析定量检测试纸条及其制备方法和应用”的专利申请则公开了其采用填充了镧系稀土元素及其螯合物的时间分辨荧光微球作为标记探针。但对现有稀土荧光生物标记探针来说，ー个主要的缺点是几乎所有的镧系稀土荧光探针都需采用紫外光激发。到目前为止，已知的几种可见光激发镧系稀土元素配合物由于存在着水溶性差、极性配位溶剂中不稳定、荧光量子产率低或缺乏活性标记基团等问题而无法直接用于生物标记。这在很大程度上限制了这类探针在活体生物样品測定中的应用。中国专利号为ZL200410034104. O、名称为“基于上转换发光技术免疫层析试纸条”和中国专利号为ZL200410034105. 5、名称为“上转换发光生物传感器”的专利均公开了ー种免疫层析试纸条及检测方法。其常用的上转换荧光材料主要以氟化物和氧化物为基质，掺杂Yb和Er等稀土元素。上转换纳米荧光材料的激发光为红外光，在此激发波长下生物样品具有极低的背景荧光，而检测波长在可见区，不存在复杂基质样品背景荧光干扰测定的问题。上转换纳米荧光材料的光学稳定性好，没有光漂白和褪色现象。目前阻碍上转换纳米荧光材料在生化分析中应用的主要问题是其较低的量子产率和大的粒径，一般很难得到粒径小于50nm的强突光性上转换突光材料。公开号为CN1811449公开日为2006年8月2日、名称为“量子点标记快速免疫层析试纸条的检测方法”和公开号为CN101893623A公开日为2010年11月24日、名称为“超灵敏量子点微球免疫层析试纸条快速检测方法”的专利申请均公开了基于量子点技术的免疫层析试纸。量子点纳米颗粒能够在光激发下发出荧光，作为ー种新型的无机荧光纳米材料已被广泛地应用于生命科学领域，在生物医学研究中显示了很好的应用价值，使其成为生物传感和成像測定中重要的荧光探针。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磷光发光技术的时间分辨荧光生物传感器，其特征在于，包括：激发光路模块、光电信号接收转换模块、控制系统模块、放大整形电路、译码接口电路和数据缓存模块，所述激发光路模块包括主检测激发光模块和辅助光学扫描模块；所述光电信号接收转换模块包括主检测光电转换模块和辅助扫描光电转换模块；所述主检测激发光模块包括第一激发光源、第一透镜、第一滤光片、第二透镜、分光镜、第二滤光片、第三透镜和光栅；所述辅助光学扫描模块包括第二激发光源、第三滤光片、第四透镜和第五透镜；所述的控制系统模块包括主电路、第一电机、第二电机、第三电机、机械传动装置、显示屏和打印装置；由第一激发光源发出的光经第一透镜、第一滤光片、分光镜和第二透镜发射到层析试纸条的检测区中，检测区发出的磷光信号经第二滤光片、第三透镜和光栅射到主检测光电转换模块，经光电转换输入到主电路并在显示屏上显示或打印装置进行打印；主电路控制第二激发光源发射激发光束，经第三滤光片、第四透镜发射到层析试纸条的条码区，条码区反射出激光信号再经第五透镜、辅助扫描光电转换模块、放大整形电路、译码接口电路和数据缓存模块输入到主电路并在显示屏上显示或打印装置进行打印；主电路控制激发光路模块、光电信号接收转换模块、第一电机、第二电机、第三电机和机械传动装置的运动。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢爱武，
申请(专利权)人：深圳市艾瑞生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：