專利名稱：檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物分析和納米技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
探討量子點(QDs)與生物分子之間的相互作用已經(jīng)成為深入理解生命過程本質(zhì)的核心研究之一。在量子點生物分析應(yīng)用中，動力學參數(shù)也是評估量子點與生物分子相互作用的重要指標，因此，建立適用的分析表征技術(shù)手段至關(guān)重要。目前可以開展量子點生物分子間相互作用研究的方法主要有突光光譜法、色譜法和電泳等(Ostergaard J, HeegaardN H H，Electrophoresis 2003，24，2903-2913)。然而，對于量子點與生物分子之間的快速反應(yīng)目前還缺乏行之有效的方法。目前主要的方法是表面等離子共振法(Surface Plasmon Resonance, SPR),然而這種方法通常需要將一種生物分子先固定,操作比較復(fù)雜 (SapsfordK E, Pons T, Medintz I L, et al. J. Phys. Chem. C2007, 111，11528 - 11538)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)對量子點與生物分子之間快速動力學檢測的不足，本發(fā)明提供一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法。突光共振能量轉(zhuǎn)移(fuorescenceresonance energy transfer, FRET)作為一種高效的光學“分子尺”，在生物大分子相互作用、免疫分析、核酸檢測等方面有廣泛的應(yīng)用。在分子生物學領(lǐng)域，該技術(shù)可用于研究活細胞生理條件下研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間相互作用。FRET技術(shù)是近來發(fā)展的一項新技術(shù)，為兩種物質(zhì)間相互作用進行實時的動態(tài)研究提供了便利。因此將FRET與熒光檢測相結(jié)合為生物分子間的快速動力學檢測提供了一種新的思路。微流控芯片是一種采用精細加工技術(shù)，可以在數(shù)平方厘米的基片上實現(xiàn)集微量樣品制備、進樣、反應(yīng)、分離及檢測于一體的微型分析實驗裝置由于微流控芯片微量和快速體積微型化的特點，要求與之匹配的高靈敏度和反應(yīng)快速的檢測裝置。因此，液滴微流控技術(shù)也為生物分子之間的快速動力學提供了一種新的檢測思路(Han Z. , Chang Y. Y. , AuS. ff. , et al. Chem. Commun. 2012, 48, 1601-1603)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，包括微流控芯片、熒光顯微鏡、三個用于向微流控芯片注射液滴的注射泵、熒光接口、熒光光譜儀和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，熒光顯微鏡帶有物鏡、光源、濾光片和載物臺，所述的微流控芯片設(shè)置在物鏡的焦點上，并與載物臺固定；熒光顯微鏡的光源通過光路將激發(fā)光照到微流控芯片上，微流控芯片上產(chǎn)生的熒光經(jīng)濾光片到達熒光顯微鏡的標準口 ；所述的熒光接口一端與熒光顯微鏡的標準口連接，另一端通過光纖與熒光光譜儀連接，所述的熒光接口中設(shè)置用于將顯微鏡標準口的平行光聚集到光纖一端的復(fù)合透鏡；所述的熒光光譜儀的光譜信號輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的信號輸入端連接。所述的復(fù)合透鏡為兩個串聯(lián)設(shè)置的透鏡。所用的微流控芯片材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。其中，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)可以是計算機，用于設(shè)置實驗參數(shù)及采集光譜數(shù)據(jù)；操作程序安裝于計算機中，運行后對熒光檢測裝置進行控制，完成數(shù)據(jù)采集，并且根據(jù)不同位置的熒光強度變化計算量子點與生物分子的結(jié)合動力學。一種基于液滴微流控系統(tǒng)的檢測量子點與生物分子相互作用的方法，采用本發(fā)明所述的一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，設(shè)置熒光光譜儀的工作參數(shù)并運行；打開熒光顯微鏡的光源，根據(jù)熒光分子性質(zhì)選擇濾光片；運行熒光光譜儀進行熒光信號采集；設(shè)置三個注射泵的流速，分別從三個注射泵向微流控芯片注射油、量子點和生物分子；量子點與生物分子混合后形成液滴，熒光光譜儀得到液滴熒光光譜圖；移動微流控芯片，檢測不同位置的熒光光譜，設(shè)置熒光光譜儀的檢測波長，得到熒光強度譜圖；所 采集的信號傳送至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，記錄成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。生物分子用染料分子標記，且所述的染料分子與量子點之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移，染料分子為量子點、羧基四甲基羅丹明(TAMRA)、羅丹明B、德克薩斯紅(TexasRed)、Cy3、Cy5。染料分子與量子點發(fā)生突光共振能量轉(zhuǎn)移,量子點與生物分子相互作用后，隨著時間的變化，熒光強度才逐漸發(fā)生變化，這樣才能夠測反應(yīng)的動力學。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法，將FRET、熒光檢測以及液滴微流控技術(shù)相結(jié)合，操作簡單容易；液滴微流控技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)泵速，形成液滴，使液滴到達檢測窗口的速度加快，從而可以檢測Is以內(nèi)的動力學，甚至是亞秒級別的，檢測靈敏度高，可實現(xiàn)對量子點與生物分子之間的快速動力學檢測；移動微流控芯片，可以檢測不同位置的熒光光譜；熒光光譜儀可同時檢測多個熒光波長，從而減少了誤差，提高了檢測的準確性；設(shè)計了顯微鏡與熒光光譜儀之間的接口，實現(xiàn)了利用顯微鏡中自帶的部件，組成完整的檢測裝置，很大程度上降低了設(shè)備成本。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。圖I是本發(fā)明的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的液滴微流控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的液滴微流控系統(tǒng)的熒光接口的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中實施例I的熒光強度譜圖。圖4中，圖(B)為檢測波長為661nm的微流控芯片不同位置的熒光強度譜圖，圖(A)為圖(B)中(A)處的局部放大圖。圖(D)為檢測波長為612nm的微流控芯片不同位置的熒光強度譜圖，圖(C)為圖(D)中(C)處的局部放大圖。圖5是實施例I的動力學檢測的熒光強度譜圖。圖6是實施例2的動力學檢測的熒光強度譜圖。圖中I、第一注射泵，2、第二注射泵，3、第三注射泵，4、微流控芯片，5、熒光顯微鏡，5-1、物鏡，5-2、光源，5-3、濾光透鏡組，5-4、反射透鏡，5-5、標準口，6、熒光接口，6-1、復(fù)合透鏡，7、熒光光譜儀，8、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，9、光纖。
具體實施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖f圖3所示，本發(fā)明的一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，包括微流控芯片4、熒光顯微鏡5、三個用于向微流控芯片4注射液滴的注射泵、熒光接口 6、熒光光譜儀7和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8，三個注射泵分別為第一注射泵I、第二注射泵2和第三注射泵3，第一注射泵I控制油速，第二注射泵2控制量子點的流速，第三注射泵3控制生物分子的流速，圖I中用圓形圈出的表示不同的檢測位置，從注射入口開始依次編號為a，b, c, d, e, f，g，h, i。熒光顯微鏡5帶有物鏡5-1、光源5_2、濾光片和載物臺，微流控芯片4設(shè)置在物鏡5-1的焦點上，并與載物臺固定；熒光顯微鏡5的光源5-2通過光路將激發(fā)光照到微流控芯片4上，微流控芯片4上產(chǎn)生的熒光經(jīng)濾光片到達熒光顯微鏡5的標準口5-5 ;熒光顯微鏡的光源上設(shè)有濾光片及聚焦系統(tǒng)是一公知技術(shù)，如圖2所示，本發(fā)明中的 濾光片由濾光透鏡組5-3和反射透鏡5-4組成。突光接口 6 —端與突光顯微鏡5的標準口5-5連接，另一端通過光纖9與熒光光譜儀7連接，熒光接口 6中設(shè)置用于將顯微鏡標準口5-5的平行光聚集到光纖9 一端的復(fù)合透鏡6-1，如圖3所示，復(fù)合透鏡6-1為兩個串聯(lián)設(shè)置的透鏡；熒光光譜儀7的光譜信號輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8的信號輸入端連接。本發(fā)明的基于液滴微流控系統(tǒng)檢測量子點與生物分子相互作用的方法的操作流程如下設(shè)置熒光光譜儀7的工作參數(shù)并運行；打開熒光顯微鏡5的光源5-2，根據(jù)熒光分子性質(zhì)選擇濾光片；運行熒光光譜儀7進行熒光信號采集；設(shè)置三個注射泵的流速，分別從三個注射泵向微流控芯片4注射油、量子點和生物分子；量子點與生物分子混合后形成液滴，熒光光譜儀7得到液滴熒光光譜圖；移動微流控芯片4，檢測不同位置的熒光光譜，設(shè)置熒光光譜儀7的檢測波長，得到熒光強度譜圖；所采集的信號傳送至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8，記錄成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。生物分子用染料分子標記，染料分子為量子點、羧基四甲基羅丹明(TAMRA)、羅丹明B、德克薩斯紅(Texas Red)、Cy3, Cy5，且所述的染料分子與量子點之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。實施例I圖4為微流控芯片熒光檢測量子點與生物分子H24_Cy5混合后的熒光強度，圖中所有圓圈為微流控芯片上一個固定位置的檢測窗口示意圖，液滴經(jīng)過這個固定位置會產(chǎn)生不同強度的熒光信號，圓圈里液滴越大對應(yīng)的熒光強度越大。H24-Cy5的序列如下
權(quán)利要求
1.一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，其特征在于包括微流控芯片(4 )、熒光顯微鏡(5 )、三個用于向微流控芯片(4 )注射液滴的注射泵、熒光接口( 6 )、熒光光譜儀(7)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(8)，熒光顯微鏡(5)帶有物鏡(5-1)、光源(5-2)、濾光片和載物臺，所述的微流控芯片(4)設(shè)置在物鏡(5-1)的焦點上，并與載物臺固定；熒光顯微鏡(5)的光源(5-2)通過光路將激發(fā)光照到微流控芯片(4)上，微流控芯片(4)上產(chǎn)生的突光經(jīng)濾光片到達突光顯微鏡(5)的標準口(5-5);所述的突光接口(6) —端與突光顯微鏡(5 )的標準口( 5-5 )連接，另一端通過光纖(9 )與熒光光譜儀(7 )連接，所述的熒光接口( 6 )中設(shè)置用于將顯微鏡標準口(5-5)的平行光聚集到光纖(9) 一端的復(fù)合透鏡(6-1);所述的熒光光譜儀(7)的光譜信號輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(8)的信號輸入端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，其特征在于所述的復(fù)合透鏡(6-1)為兩個串聯(lián)設(shè)置的透鏡。
3.如權(quán)利要求I所述的一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，其特征在于所用的微流控芯片(4)材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
4.一種基于液滴微流控系統(tǒng)的檢測量子點與生物分子相互作用的方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1-3任一項所述的一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，設(shè)置熒光光譜儀(7)的工作參數(shù)并運行；打開熒光顯微鏡(5)的光源(5-2)，根據(jù)熒光分子性質(zhì)選擇濾光片；運行熒光光譜儀(7)進行熒光信號采集；設(shè)置三個注射泵的流速，分別從三個注射泵向微流控芯片(4)注射油、量子點和生物分子；量子點與生物分子混合后形成液滴，熒光光譜儀(7)得到液滴熒光光譜圖；移動微流控芯片(4)，檢測不同位置的熒光光譜，設(shè)置熒光光譜儀(7)的檢測波長，得到熒光強度譜圖；所采集的信號傳送至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(8),記錄成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件；生物分子用染料分子標記，且所述的染料分子與量子點之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于液滴微流控系統(tǒng)的檢測量子點與生物分子相互作用的方法，其特征在于所述的染料分子為量子點、羧基四甲基羅丹明(TAMRA)、羅丹明B、德克薩斯紅(Texas Red)、Cy3、Cy5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測量子點與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，包括微流控芯片、熒光顯微鏡、三個用于向微流控芯片注射液滴的注射泵、熒光接口、熒光光譜儀和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，微流控芯片設(shè)置在物鏡的焦點上；熒光接口一端與熒光顯微鏡的標準口連接，另一端通過光纖與熒光光譜儀連接；熒光光譜儀的光譜信號輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的信號輸入端連接。還涉及一種檢測量子點與生物分子相互作用的方法，生物分子用染料分子標記，且染料分子與量子點之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。本發(fā)明操作容易，檢測靈敏度高，可實現(xiàn)對量子點與生物分子之間的快速動力學檢測；熒光光譜儀可同時檢測多個熒光波長，減少了誤差，提高了檢測的準確性。
文檔編號G01N21/64GK102879366SQ20121035696
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者王建浩, 邱琳, 蔣鵬舉, 王車禮, 夏江 申請人:常州大學