基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，裝置包括管道，管道分別被分隔為反應(yīng)腔室1、磁分離腔室2和電學(xué)狀態(tài)測量腔室3，在反應(yīng)腔室1上設(shè)置有磁顆粒試劑包4、樣品進(jìn)口5、酶標(biāo)生物探針試劑包6和洗液包7；在磁分離腔室2上設(shè)置有底物試劑包8；在磁分離腔室2的外表面設(shè)置有電磁鐵9；在電學(xué)狀態(tài)測量腔室3管道壁上鑲嵌有由敏感電極19與惰性層20構(gòu)成的非修飾惰性電極10。本實用新型非修飾惰性電極的使用提升了通用性、持久性，使其可以成為傳感器的一個固定組建，由此解決了傳感器一體化/自動化、檢測成本的問題；而基于非修飾惰性電極的反應(yīng)溶液穩(wěn)態(tài)電學(xué)特性測量，則為檢測精密性、檢測穩(wěn)定性奠定了堅實基礎(chǔ)。
【專利說明】
基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于體外診斷技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的 免疫檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在診斷方面，電學(xué)免疫生物傳感器具有優(yōu)勢。免疫生物傳感的核心是，采用光、電、 磁等可以精準(zhǔn)測量的物理參數(shù)，對微觀免疫特異識別予以直觀、量化的表征。根據(jù)測量物理 信號的不同可以分為光學(xué)免疫生物傳感器、電學(xué)免疫生物傳感器、磁學(xué)免疫生物傳感器等。 其中，電學(xué)免疫生物傳感器與光學(xué)免疫生物傳感器相比，由于沒有光信號激發(fā)、接收過程中 對角度和光徑的限制，因而可以大幅減小體積為便攜化奠定基礎(chǔ)；電學(xué)免疫生物傳感器與 磁學(xué)免疫生物傳感器相比，一般對電位、電流、電阻抗等進(jìn)行測量，不存在電磁干擾，因而敏 感性、穩(wěn)定性更高。
[0003]表面修飾、表面電化學(xué)反應(yīng)使電極不具有通用性、持久性，由此為電學(xué)免疫檢測帶 來了傳感器一體化/自動化、檢測成本、檢測精密性、檢測穩(wěn)定性方面的問題。電學(xué)免疫生物 傳感(見圖1)的核心器件是活潑電極51，其是電學(xué)測量與生物識別的交界面，現(xiàn)有基于電極 的電學(xué)免疫生物傳感通常都具有如下的特征：
[0004] [ 1 ]電極表面修飾:電極作為生物傳感的交界面，通常在其表面修飾某一種特異抗 體52,根據(jù)抗體捕獲靶標(biāo)53的自身特性(非標(biāo)記法)或抗體捕獲靶標(biāo)后產(chǎn)生的電化學(xué)敏感產(chǎn) 物54(標(biāo)記法，例如酶標(biāo)二抗55催化底物56)，實現(xiàn)對免疫檢測的識別。這種特定抗體修飾的 電極，大幅降低了電極對于不同靶標(biāo)、不同次檢測的通用性，使得針對不同靶標(biāo)、每次檢測 都要替換電極，導(dǎo)致檢測成本高。
[0005] [2]電極表面電化學(xué)反應(yīng):電阻抗、電位、電流等電學(xué)信號測量，都是基于電化學(xué)敏 感產(chǎn)物在活潑電極表面發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生可以檢測的信號。電化學(xué)過程對電極表 面造成了不可逆的改變，并在測量結(jié)果中逐步積累，影響其使用的持久性。
[0006] 上述特征在電學(xué)免疫生物傳感的實際應(yīng)用中造成了如下問題:傳感器無法一體化 集成/自動化操作，電極作為傳感器的核心部件，在每次檢測中都要替換;增加了檢測成本； 每次檢測都需替換電極、電極檢測中會發(fā)生損耗，由此電極之間的差異、電極損耗過程中的 差異大幅降低了檢測的精密性與穩(wěn)定性。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量 的免疫檢測裝置。
[0008] 本實用新型的技術(shù)方案概述如下：
[0009] -種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，包括管道，管道分別被第 一閥門11和第三閥門13分隔為反應(yīng)腔室1、磁分離腔室2和電學(xué)狀態(tài)測量腔室3,在反應(yīng)腔室 1上設(shè)置有磁顆粒試劑包4、樣品進(jìn)口 5、酶標(biāo)生物探針試劑包6和洗液包7;在磁顆粒試劑包4 內(nèi)設(shè)置有磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15;酶標(biāo)生物探針試劑包6內(nèi)設(shè)置有酶標(biāo)生物探針16;在 洗液包7內(nèi)設(shè)置有洗液17 ;在磁分離腔室2上設(shè)置有底物試劑包8和連接有第二閥門12的液 體出口；在磁分離腔室2的外表面設(shè)置有電磁鐵9;在底物試劑包8內(nèi)設(shè)置有底物18;在電學(xué) 狀態(tài)測量腔室3管道壁上鑲嵌有由敏感電極19與惰性層20構(gòu)成的非修飾惰性電極10,和連 接有第四閥門14的液體出口。
[0010] 優(yōu)選的是，管道呈"S"形，第一閥門11和第三閥門13分別設(shè)置在S的轉(zhuǎn)彎處。
[0011] 磁顆粒試劑包4與反應(yīng)腔室1活動連接、酶標(biāo)生物探針試劑包6與反應(yīng)腔室1活動連 接、洗液包7與反應(yīng)腔室1活動連接、底物試劑包8與磁分離腔室2活動連接。
[0012] 磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15中生物探針為抗體或抗原。
[0013] 酶標(biāo)生物探針16中的生物探針為抗體或抗原;所述酶為堿性磷酸酶或辣根過氧化 物酶。
[0014] 底物18為與堿性磷酸酶配對的對硝基苯磷酸二鈉或與辣根過氧化物酶配對的3， 3'，5,5'_四甲基聯(lián)苯胺。
[0015] 惰性層20為金層，鉑層或碳層。
[0016]洗液17為磷酸鹽洗液、碳酸鹽洗液或Tris洗液，依據(jù)磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15和 酶標(biāo)生物探針16中生物探針不同而不同。
[0017] 本實用新型的裝置所具有的優(yōu)點為，采用非修飾惰性電極作為裝置的固定組建， 極大降低了裝置與利用裝置進(jìn)行檢測的成本;優(yōu)選采用"S"形管道設(shè)計時，極大減小了裝置 的體積，提升了集成度;實現(xiàn)了磁顆粒免疫捕獲與電學(xué)生物傳感的集成，而反應(yīng)腔室、磁分 離腔室和電學(xué)狀態(tài)測量腔室的分隔式設(shè)計以及管道、閥門、液體出口的設(shè)置最大限度排除 了液體樣本基質(zhì)對檢測結(jié)果的影響，為檢測結(jié)果的準(zhǔn)確奠定了基礎(chǔ)。
[0018] 利用本實用新型的裝置進(jìn)行檢測，非修飾惰性電極的使用提升了通用性、持久性， 使其可以成為傳感器的一個固定組建，由此解決了傳感器一體化/自動化、檢測成本的問 題;而基于非修飾惰性電極的反應(yīng)溶液穩(wěn)態(tài)電學(xué)特性測量，則為檢測精密性、檢測穩(wěn)定性奠 定了堅實基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0019] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)示意圖。
[0020] 圖2為本實用新型結(jié)構(gòu)不意圖。
[0021] 圖3為在本實用新型的裝置中，磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15對靶標(biāo)21進(jìn)行捕獲，形 成磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物/靶標(biāo)復(fù)合物22示意圖；
[0022] 圖4為在本實用新型的裝置中，磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物/靶標(biāo)復(fù)合物22與酶標(biāo)生 物探針16發(fā)生特異性的識別反應(yīng)，形成磁顆粒-酶復(fù)合物23示意圖；
[0023] 圖5為在本實用新型的裝置中，磁顆粒-酶復(fù)合物23沖入磁分離腔室2并被電磁鐵9 捕獲不意圖；
[0024] 圖6為在本實用新型的裝置中，底物18被磁顆粒-酶復(fù)合物23中的酶催化形成具有 穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)的產(chǎn)物24示意圖。
[0025] 圖7為在本實用新型的裝置中，將含有催化產(chǎn)物24的反應(yīng)溶液注入電學(xué)狀態(tài)測量 腔室3，由非修飾惰性電極10對穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)進(jìn)行測量示意圖。
【具體實施方式】
[0026] 當(dāng)酶標(biāo)生物探針16與磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15中的生物探針均是抗體時，可以 構(gòu)建雙抗體夾心檢測模式；當(dāng)酶標(biāo)生物探針16與磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15中的生物探針 均是抗原時，可以構(gòu)建雙抗原夾心檢測模式;當(dāng)酶標(biāo)生物探針16與磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物 15中的生物探針分別是抗原、抗體時，可以構(gòu)建競爭檢測模式；當(dāng)酶標(biāo)生物探針16與磁顆 粒-生物探針偶聯(lián)物15中的生物探針分別是二抗、抗原時，可以構(gòu)建間接檢測模式。
[0027] 堿性磷酸酶(磁顆粒-酶復(fù)合物23中的酶)催化對硝基苯磷酸二鈉(底物18 )，形成 含有對硝基苯酚(催化產(chǎn)物24)的反應(yīng)溶液，造成反應(yīng)溶液穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)的改變，這種改變 與針對靶標(biāo)的免疫反應(yīng)發(fā)生與否、發(fā)生強(qiáng)度具有相關(guān)性。由非修飾惰性電極10對反應(yīng)溶液 穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)中的電阻抗、電阻和/或介電常數(shù)進(jìn)行測量，從而可以推算出液體樣本中靶標(biāo) 21的濃度。
[0028] 辣根過氧化物酶(磁顆粒-酶復(fù)合物23中的酶)催化3,3'，5,5'_四甲基聯(lián)苯胺(底 物18)，形成含有偶氮化合物(催化產(chǎn)物24)的反應(yīng)溶液，從而造成反應(yīng)溶液穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)的 改變，這種改變與針對靶標(biāo)的免疫反應(yīng)發(fā)生與否、發(fā)生強(qiáng)度具有相關(guān)性。由非修飾惰性電極 10對反應(yīng)溶液穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)中的電阻抗、電阻和/或介電常數(shù)進(jìn)行測量，從而可以推算出液 體樣本中靶標(biāo)21的濃度。
[0029] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作進(jìn)一步的說明。
[0030] -種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置(見圖2)，包括管道，管道分 別被第一閥門11和第三閥門13分隔為反應(yīng)腔室1、磁分離腔室2和電學(xué)狀態(tài)測量腔室3，在反 應(yīng)腔室1上設(shè)置有磁顆粒試劑包4、樣品進(jìn)口 5、酶標(biāo)生物探針試劑包6和洗液包7;在磁顆粒 試劑包4內(nèi)設(shè)置有磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15;酶標(biāo)生物探針試劑包6內(nèi)設(shè)置有酶標(biāo)生物探 針16;在洗液包7內(nèi)設(shè)置有洗液17;在磁分離腔室2上設(shè)置有底物試劑包8和連接有第二閥門 12的液體出口；在磁分離腔室2的外表面設(shè)置有電磁鐵9;在底物試劑包8內(nèi)設(shè)置有底物18; 在電學(xué)狀態(tài)測量腔室3管道壁上鑲嵌有由敏感電極19與惰性層20構(gòu)成的非修飾惰性電極 10，和連接有第四閥門14的液體出口。
[0031] 優(yōu)選的是，管道呈"S"形，第一閥門11和第三閥門13分別設(shè)置在S的轉(zhuǎn)彎處。
[0032] 磁顆粒試劑包4與反應(yīng)腔室1活動連接、酶標(biāo)生物探針試劑包6與反應(yīng)腔室1活動連 接、洗液包7與反應(yīng)腔室1活動連接、底物試劑包8與磁分離腔室2活動連接。
[0033] 磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15中生物探針為抗體或抗原。
[0034] 酶標(biāo)生物探針16中的生物探針為抗體或抗原;所述酶為堿性磷酸酶或辣根過氧化 物酶。
[0035] 底物18為與堿性磷酸酶配對的對硝基苯磷酸二鈉或與辣根過氧化物酶配對的3， 3'，5,5'_四甲基聯(lián)苯胺。
[0036]惰性層20為金層，鉑層或碳層。
[0037] -種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測方法，包括如下步驟：
[0038] 1)使用一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置(見圖2)
[0039] 2)(見圖3)關(guān)閉第一閥門11、第二閥門12、第三閥門13和第四閥門14;
[0040]通過樣品進(jìn)口 5將含有靶標(biāo)21的液體樣品注入反應(yīng)腔室1，隨后將磁顆粒試劑包4 中的磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15注入反應(yīng)腔室1，磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物15對靶標(biāo)21進(jìn)行 捕獲，形成磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物/靶標(biāo)復(fù)合物22;
[0041] 3)(見圖4)將酶標(biāo)生物探針試劑包6中的酶標(biāo)生物探針16注入反應(yīng)腔室1，磁顆粒- 生物探針偶聯(lián)物/靶標(biāo)復(fù)合物22與酶標(biāo)生物探針16發(fā)生特異性的識別反應(yīng)，形成磁顆粒-酶 復(fù)合物23;
[0042] 4)(見圖5)打開第一閥門11和第二閥門12,將洗液17注入反應(yīng)腔室1，將磁顆粒-酶 復(fù)合物23沖入磁分離腔室2并被電磁鐵9捕獲，樣品中的其它基質(zhì)經(jīng)連接有第二閥門12的液 體出口流出；
[0043 ] 5)(見圖6)將第一閥門11和第二閥門12關(guān)閉，將底物試劑包8中的底物18注入磁分 離腔室2，底物18被磁顆粒-酶復(fù)合物23中的酶催化形成催化產(chǎn)物24，從而造成反應(yīng)溶液穩(wěn) 態(tài)電學(xué)狀態(tài)的改變；
[0044] 6)(見圖7)打開第三閥門13,將含有催化產(chǎn)物24的反應(yīng)溶液注入電學(xué)狀態(tài)測量腔 室3，由非修飾惰性電極10對穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)中的電阻抗、電阻和/或介電常數(shù)進(jìn)行測量。 [0045] 實施例1-實施例8見表1。
[0047] 利用各實施例的裝置所進(jìn)行的實驗例如下：
[0048] 實驗例1:
[0049] 利用實施例1的檢測裝置進(jìn)行大腸桿菌的檢測，用LB培養(yǎng)基將純培養(yǎng)的大腸桿菌 (大腸桿菌0157 :H7[CICC編號21530]購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心）系列稀釋至 0、101、10 2、103、104、105、106、10 7、10^11/1111，每個濃度的樣品分別測量3次，結(jié)果見表2:
[0050] 表2:
[0051]
[0052] 實驗例2:
[0053] 利用實施例2的檢測裝置描述進(jìn)行梅毒抗體的檢測，用正常人血清將純化的人梅 毒總IgG(購自中科質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)）系列稀釋至0、25、50、100、500、1000、5000、10000ng/ ml，每個濃度的樣品分別測量3次，結(jié)果見表3:
[0054] 表3:
[0056] 實驗例3:
[0057] 利用實施例3的檢測裝置描述進(jìn)行嗎啡的檢測，用正常人尿液將嗎啡標(biāo)準(zhǔn)品（購自 公安部物證鑒定中心)稀釋至〇、〇. 5、1、5、10、50、100、500、1000ng/ml，每個濃度的樣品分別 測量3次，結(jié)果見表4:
[0058] 表4:
[0059]
[0060] 實驗例4:
[0061 ]利用實施例4的檢測裝置描述進(jìn)行梅毒抗體的檢測，用正常人血清將純化的人梅 毒總IgG(購自中科質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)）系列稀釋至0、25、50、100、500、1000、5000、10000ng/ ml，每個濃度的樣品分別測量3次，結(jié)果見表5:
[0062] 表5:
[0063]
[0064] 實驗例5:
[0065] 利用實施例5的檢測裝置描述進(jìn)行大腸桿菌的檢測，用LB培養(yǎng)基將純培養(yǎng)的大腸 桿菌(大腸桿菌0157 :H7[CICC編號21530]購自中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心）系列稀 釋至0、101、10 2、103、104、105、106、10 7、10^11/1111，每個濃度的樣品分別測量3次，結(jié)果見表6:
[0066] 表6:
[0068] 實驗例6:
[0069] 利用實施例6的檢測裝置描述進(jìn)行梅毒抗體的檢測，用正常人血清將純化的人梅 毒總IgG(購自中科質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)）系列稀釋至0、25、50、100、500、1000、5000、10000ng/ ml，每個濃度的樣品分別測量3次，結(jié)果見表7:
[0070] 表7:
[0072] 實驗例7:
[0073] 利用實施例7的檢測裝置描述進(jìn)行嗎啡的檢測，用正常人尿液將嗎啡標(biāo)準(zhǔn)品（購自 公安部物證鑒定中心)稀釋至〇、〇. 5、1、5、10、50、100、500、1000ng/ml，每個濃度的樣品分別 測量3次，結(jié)果見表8:
[0074] 表8:
[0075]
[0076] 實驗例8:
[0077] 利用實施例8的檢測裝置描述進(jìn)行梅毒抗體的檢測，用正常人血清將純化的人梅 毒總IgG(購自中科質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)網(wǎng)）系列稀釋至0、25、50、100、500、1000、5000、10000ng/ ml，每個濃度的樣品分別測量3次，結(jié)果見表9:
[0078] 表9:
[0079]
【主權(quán)項】
1. 一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，包括管道，其特征是:管道分 別被第一閥門（11)和第三閥門（13)分隔為反應(yīng)腔室（1)、磁分離腔室(2)和電學(xué)狀態(tài)測量腔 室(3)，在反應(yīng)腔室（1)上設(shè)置有磁顆粒試劑包(4)、樣品進(jìn)口（5)、酶標(biāo)生物探針試劑包(6) 和洗液包(7);在磁顆粒試劑包(4)內(nèi)設(shè)置有磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物（15);酶標(biāo)生物探針試 劑包(6)內(nèi)設(shè)置有酶標(biāo)生物探針（16);在洗液包(7)內(nèi)設(shè)置有洗液(17);在磁分離腔室(2)上 設(shè)置有底物試劑包(8)和連接有第二閥門（12)的液體出口；在磁分離腔室(2)的外表面設(shè)置 有電磁鐵(9);在底物試劑包(8)內(nèi)設(shè)置有底物（18);在電學(xué)狀態(tài)測量腔室(3)管道壁上鑲嵌 有由敏感電極(19)與惰性層(20)構(gòu)成的非修飾惰性電極(10 )，和連接有第四閥門（14)的液 體出口。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，其特 征是所述管道呈"S"形，第一閥門（11)和第三閥門（13)分別設(shè)置在S的轉(zhuǎn)彎處。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，其 特征是磁顆粒試劑包(4)與反應(yīng)腔室（1)活動連接、酶標(biāo)生物探針試劑包(6)與反應(yīng)腔室（1) 活動連接、洗液包(7)與反應(yīng)腔室（1)活動連接、底物試劑包(8)與磁分離腔室(2)活動連接。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，其 特征是磁顆粒-生物探針偶聯(lián)物(15)中生物探針為抗體或抗原。5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，其 特征是所述酶標(biāo)生物探針（16)中的生物探針為抗體或抗原;所述酶為堿性磷酸酶或辣根過 氧化物酶。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，其 特征是所述底物（18)為與堿性磷酸酶配對的對硝基苯磷酸二鈉或與辣根過氧化物酶配對 的3,3'，5,5'_四甲基聯(lián)苯胺。7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于惰性電極穩(wěn)態(tài)電學(xué)狀態(tài)測量的免疫檢測裝置，其 特征是所述惰性層(20)為金層，鉑層或碳層。
【文檔編號】G01N33/53GK205643355SQ201620321484
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】張紅
【申請人】張紅