一種化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置。該裝置包括聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分。聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分包括超聲換能器、超聲耦合膠體、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片、聚光透明玻璃、光闌和光透鏡、光信號檢測電路。控制檢測部分包括超聲傳感器、PID超聲能量模式控制模塊、微弱光信號處理模塊、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊、能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫。本實(shí)用新型提高反應(yīng)效率，拓展檢測靈敏度、精確度、重復(fù)性和穩(wěn)定性。
【專利說明】一種化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于生物傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置，特別是根據(jù)超聲化學(xué)原理、基于微流動(dòng)注射的化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種免疫分析方法而言，免疫生物傳感器由于其選擇性好，分析速度快，操作簡易，測試儀器具有高性能價(jià)格比等特點(diǎn)正大量的應(yīng)用在醫(yī)療健康、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等各個(gè)領(lǐng)域。在此背景下，如何開發(fā)出性能卓越，差異性小，一致性高的生物傳感器一直還是研發(fā)領(lǐng)域的關(guān)鍵主題。近幾十年來，免疫分析技術(shù)結(jié)合了抗體-抗原間的特異性識別反應(yīng)和電化學(xué)、光譜學(xué)、聲表面波等技術(shù)的靈敏和方便等特性，例如對腫瘤標(biāo)志物、重金屬離子、有機(jī)毒性物質(zhì)等目標(biāo)分析物的高選擇性和高靈敏性，成為臨床、生物化學(xué)、環(huán)境分析等各個(gè)領(lǐng)域重要的分析手段之一。而相對于放射免疫分析法、酶聯(lián)免疫分析法、熒光免疫分析法等分析檢測方法而言，化學(xué)發(fā)光檢測具有無放射污染、所需儀器簡單、檢測限低、靈敏度高和寬的動(dòng)力學(xué)范圍等優(yōu)點(diǎn)，能夠靈活地和多種不同的傳感檢測模式相結(jié)合進(jìn)行高質(zhì)量的檢測分析。
[0003]微流動(dòng)注射分析方法具有操作簡便靈活、分析速度快、易于自動(dòng)化和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。相對于一些常規(guī)分析方法操作步驟的繁瑣，分析時(shí)間較長，樣品消耗量大，測定成本高等問題，微流動(dòng)注射技術(shù)與免疫分析和化學(xué)發(fā)光檢測方法相結(jié)合而發(fā)展起來的微流動(dòng)注射免疫分析技術(shù)已被證明是一種有力的檢測分析方法，相對應(yīng)的分析檢測儀器裝置也已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、藥物分析、食品檢驗(yàn)和臨床分析的眾多關(guān)鍵領(lǐng)域。但是由于常規(guī)的免疫反應(yīng)受限于其對反應(yīng)條件和反應(yīng)體系的嚴(yán)格要求，而影響了反應(yīng)的效率，導(dǎo)致分析時(shí)間與分析性能依然成為一個(gè)不容忽視的重要問題。如何有效解決這一重要問題，也就是在盡量縮短分析時(shí)間的同時(shí)保證和提高分析性能的重要問題，成為本實(shí)用新型的重要特征。而針對多種化學(xué)發(fā)光免疫生物反應(yīng)體系的特點(diǎn)，從系統(tǒng)整體的角度考慮，將超聲化學(xué)效應(yīng)的測控參數(shù)與化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器性能參數(shù)技術(shù)相結(jié)合并形成可操作的質(zhì)控過程信息也是本實(shí)用新型具有廣泛適用性的重要關(guān)鍵特征。當(dāng)前在酶聯(lián)免疫反應(yīng)過程中存在超聲和高頻電磁波兩種加速反應(yīng)方法，相對而言，超聲輻射能量與固相免疫生物傳感技術(shù)相結(jié)合能夠提高檢測分析性能的同時(shí)，還能保持檢測裝置的小型化，為檢測裝置廣泛應(yīng)用于現(xiàn)場監(jiān)測提供便利的技術(shù)基礎(chǔ)。
[0004]免疫生物傳感器固相載體上的抗體(抗原)以及催化反應(yīng)的酶蛋白與被檢測液中相應(yīng)的抗原(抗體)之間存在兩相間的能量壁魚——Nernst層，如何克服這種壁壘限制提高反應(yīng)效率是一個(gè)重要的問題。即使已經(jīng)跨越這一能量壁壘的抗體/抗原發(fā)生有效反應(yīng)尺度內(nèi)的碰撞或者結(jié)合，也還存在著一定非特異性結(jié)合的概率，這種現(xiàn)象會帶來背景噪聲和干擾，導(dǎo)致檢測限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能的降低。因此如何促進(jìn)非特異性結(jié)合向特異性結(jié)合轉(zhuǎn)變，并提高轉(zhuǎn)變的效率，也將是如何提高免疫反應(yīng)效率的重要問題之一。
[0005]根據(jù)超聲化學(xué)的原理，在化學(xué)反應(yīng)中，超聲能量帶來兩個(gè)基本效應(yīng)，一是振蕩效應(yīng)，二是能量擴(kuò)散效應(yīng)。根據(jù)對免疫反應(yīng)中所存在問題的分析發(fā)現(xiàn)，可以利用超聲能量的這些作用促進(jìn)免疫反應(yīng)的成分穿越不同相面之間的Nernst層而有效地發(fā)生反應(yīng)。這種作用的效果也已經(jīng)為許多實(shí)驗(yàn)工作所證實(shí)。另外，針對抗體/抗原之間的特異性結(jié)合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非特異性的結(jié)合力，超聲效應(yīng)也能夠加速實(shí)現(xiàn)非特異性結(jié)合向特異性結(jié)合的轉(zhuǎn)變，也就是促進(jìn)結(jié)合蛋白構(gòu)形的重新選擇性排列。通過控制超聲能量強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)來減少能量擾動(dòng)對特異性結(jié)合的影響，保障其有效特異性結(jié)合的轉(zhuǎn)變速率。這些作用的效果在一定程度上通過物理方式促進(jìn)反應(yīng)速率，增加特異性免疫反應(yīng)效率而在系統(tǒng)的水平上提高化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感檢測的檢測低限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]免疫生物傳感器固相的表面效應(yīng)會對免疫反應(yīng)效率存在著重要的影響，同時(shí)在免疫傳感檢測過程中抗體與抗原或者其他酶標(biāo)記物之間的擴(kuò)散限制也是其中一個(gè)重要的影響因素。它們不但影響著免疫反應(yīng)中所應(yīng)體現(xiàn)的檢測低限和靈敏度，同時(shí)也影響著免疫反應(yīng)速度，從而限制了化學(xué)發(fā)光免疫生物反應(yīng)的檢測效率。本實(shí)用新型針對這一重要問題，針對化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感檢測系統(tǒng)的這些問題，根據(jù)超聲化學(xué)的原理引入了可控的超聲能量輻射功能，通過對傳感器固相表面區(qū)域適度的能量擾動(dòng)來提高免疫生物傳感器敏感膜上免疫反應(yīng)的速度，獲得均勻反應(yīng)的效果，促進(jìn)深度免疫反應(yīng)，提高化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感檢測的靈敏度和一致重復(fù)性。另外，免疫生物傳感檢測過程中的質(zhì)量控制也是一個(gè)不容忽視的重要問題，而根據(jù)超聲化學(xué)的原理引入的可控的超聲能量輻射技術(shù)可以成為質(zhì)控過程的基礎(chǔ)技術(shù)內(nèi)容。通過與質(zhì)控過程緊密結(jié)合，可以規(guī)范地獲得必要的測控參數(shù)與性能參數(shù)而形成關(guān)系信息數(shù)據(jù)庫。這一信息數(shù)據(jù)庫是構(gòu)成整個(gè)可控超聲能量輻射化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。
[0007]本實(shí)用新型的特征是從系統(tǒng)整體水平上出發(fā)，將超聲能量輻射功能和化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測分析相結(jié)合，且在系統(tǒng)整體的水平上，結(jié)合微流動(dòng)注射技術(shù)，最終形成根據(jù)超聲化學(xué)原理、基于微流控注射的化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置及化學(xué)發(fā)光免疫生物反應(yīng)測定的分析方法，來提高檢測分析系統(tǒng)的檢測低限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能指標(biāo)。并且針對多種化學(xué)發(fā)光免疫生物反應(yīng)體系的特點(diǎn)，在系統(tǒng)整體水平上，將超聲化學(xué)效應(yīng)的測控參數(shù)與化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器技術(shù)的性能參數(shù)相結(jié)合，并形成可操作的質(zhì)控過程信息以備廣泛的應(yīng)用之需。這些是本實(shí)用新型的重要關(guān)鍵特征。
[0008]本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置。
[0009]本實(shí)用新型裝置包括聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分。
[0010]所述的聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板111、聲能量阻尼衰減片110、超聲換能器101、超聲耦合膠體102、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107、光闌和光透鏡108、光信號檢測電路106。
[0011]由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107從下至上依次設(shè)置構(gòu)成流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置；[0012]高頻超聲換能器101放置在高分子超聲耦合膠體102與聲能量阻尼衰減片110之間，通過PID超聲能量模式控制模塊202來控制高頻超聲換能器101超聲能量的輻射強(qiáng)度。
[0013]超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構(gòu)成；其中高分子薄膜的聲阻抗特性與所選超聲耦合劑的聲阻抗特性相近。
[0014]超聲耦合膠體102上表面設(shè)有聲透鏡陣列，用于聚焦超聲能量，超聲耦合膠體102通過聲透鏡陣列與聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103緊貼；聲透鏡的凹球面尺寸由焦距而定，焦距為透鏡表面到超聲束聚焦的焦點(diǎn)的距離。通過調(diào)整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點(diǎn)到可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0015]聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103開有兩個(gè)通道作為流體傳輸?shù)倪M(jìn)出口，兩通道分別設(shè)于超聲稱合膠體102的兩側(cè)；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽，從下至上依次放置超聲傳感器201、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104。該凹槽與兩通道構(gòu)成倒置的U型結(jié)構(gòu)，使得流體從一個(gè)通道流向另一個(gè)通道。
[0016]在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設(shè)有娃橡膠密封圈109,用于密封流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置，調(diào)節(jié)流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105的高度，并與聚光透明玻璃107形成封閉結(jié)構(gòu)。
[0017]所述的流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105的高度為I?3_。
[0018]所述的可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104是由硅烷化試劑交聯(lián)戊二醛、殼聚糖等形成載體表面交聯(lián)基膜，形成基膜，進(jìn)一步在基膜上固定抗原分子(或抗體分子)和催化酶，其中催化酶用以催化氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電活性物質(zhì)而引起電流變化，常用酶的種類為堿性磷酸酶、辣根過氧化物酶等。
[0019]所述的聚光透明玻璃107為透光率大于90 %的無機(jī)玻璃或者高分子玻璃；在聚光透明玻璃107的下表面刻有透鏡狀凹槽，用來聚集化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度。通過調(diào)整透鏡狀凹槽的深度與圓半徑尺寸，控制超聲傳感器201發(fā)出光信號透過透鏡狀凹槽使得焦點(diǎn)在光闌和光透鏡108表面。
[0020]在流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105內(nèi)設(shè)有可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104，可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104的下表面粘附有超聲傳感器201，其超聲傳感器201的材料為聚偏氟乙烯PVDF。
[0021]可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104將熒光信號依次透過聚光透明玻璃107與光闌和光透鏡108傳遞給光信號檢測電路106,發(fā)生光電反應(yīng)，完成信號的拾取。
[0022]所述的控制檢測部分包括超聲傳感器201、PID超聲能量模式控制模塊202、微弱光信號處理模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205。
[0023]PID超聲能量模式控制模塊202作為控制處理單元，接收超聲傳感器201的超聲能量信號以及能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動(dòng)超聲換能器101啟動(dòng)工作模式；微弱光信號處理模塊203接收聚光透明玻璃107的采集信號，能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205通過數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204分析處理微弱光信號處理模塊203的信號，然后將識別后的信號傳遞PID超聲能量模式控制模塊202，最終調(diào)節(jié)超聲換能器101的超聲發(fā)射模式(頻率與強(qiáng)度)。
[0024]利用上述的裝置進(jìn)行化學(xué)發(fā)光免疫生物反應(yīng)測定的分析方法，具體是:
[0025]步驟(I).調(diào)節(jié)超聲波換能器101的輻射能量場
[0026]通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調(diào)節(jié)焦距，使焦點(diǎn)到可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0027]所述的超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面的特征尺寸由超聲頻率、聚焦的能量大小、高分子金膜電極基板107材料與厚度以及流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105的特征尺寸等具體參數(shù)決定。
[0028]總體的原則是:①調(diào)節(jié)超聲波換能器101強(qiáng)度使流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105內(nèi)待測溶液能夠產(chǎn)生機(jī)械與溫度的擾動(dòng)，促進(jìn)擴(kuò)散效應(yīng)，克服反應(yīng)的能量壁壘，提高了反應(yīng)效率；②調(diào)節(jié)到適當(dāng)強(qiáng)度，可促進(jìn)待測溶液中抗體/抗原間的非特異性結(jié)合分子分離發(fā)生重排，并向特異性結(jié)合轉(zhuǎn)變，使得待測溶液反應(yīng)充分。
[0029]步驟(2).進(jìn)行微流動(dòng)注射分析
[0030]將待測溶液、載流經(jīng)一通道恒速注入至流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105達(dá)到二者的混合，最終經(jīng)另一通道流出。
[0031]在進(jìn)行微流動(dòng)注射分析過程中，可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應(yīng)抗體發(fā)生特異性結(jié)合反應(yīng)。所述的流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105通過光刻或蝕刻的方法實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)池的微型化。
[0032]步驟(3).超聲發(fā)射能量智能測控過程
[0033]在進(jìn)行步驟(2)的過程中，本實(shí)用新型同時(shí)進(jìn)行超聲發(fā)射能量智能測控。所述的智能控制過程包括兩條反饋信號通路，分別是超聲能量的反饋信號通路、檢測反饋通路。
[0034]所述的超聲能量的反饋信號由超聲傳感器201來檢測超聲輻射能量的強(qiáng)度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構(gòu)成一條閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0035]PID超聲能量模式控制模塊202接收超聲傳感器201的超聲能量信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動(dòng)超聲換能器101啟動(dòng)工作模式。
[0036]所述的檢測反饋通路是由PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理檢測模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205構(gòu)成閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0037]微弱電信號處理檢測模塊203處理光信號檢測電路106獲得的電化學(xué)信號，通過超聲能量模式控制模塊202調(diào)節(jié)超聲換能器101的輻射能量來確定較優(yōu)的免疫反應(yīng)效果，數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應(yīng)體系的參數(shù)集合進(jìn)行整合，形成能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205，這些數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容將為不同免疫檢測分析體系的應(yīng)用提供必要的PID控制參數(shù)。進(jìn)一步地，利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控免疫反應(yīng)溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數(shù)，來獲得超聲福射能量的控制參數(shù)對電化學(xué)免疫反應(yīng)的動(dòng)態(tài)效果，通過對反應(yīng)效果參數(shù)與超聲能量控制參數(shù)之間動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得用于控制的優(yōu)化參數(shù)，這些優(yōu)化參數(shù)與PID控制參數(shù)進(jìn)行信息融合，獲得待測溶液中目標(biāo)抗體或抗原的濃度。
[0038]所述的智能測控方法依據(jù)事先得到的標(biāo)準(zhǔn)免疫化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度的特征動(dòng)力學(xué)曲線，獲得超聲輻射能量的控制參數(shù)，控制化學(xué)免疫反應(yīng)。[0039]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0040]本實(shí)用新型裝置及應(yīng)用方法利用超聲化學(xué)的原理以及超聲能量所產(chǎn)生的微空化攪拌效用結(jié)合特異性免疫反應(yīng)和微流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析的技術(shù)，極大的發(fā)展了硅烷化交聯(lián)戊二醛(殼聚糖)基膜固定抗原的典型微流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光免疫分析技術(shù)，并制備了免疫生物傳感檢測系統(tǒng)。該方法較現(xiàn)有典型技術(shù)方法具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0041]加快了反應(yīng)樣品以及實(shí)際反應(yīng)進(jìn)程，極大地縮短了反應(yīng)時(shí)間，提高檢測效率，非常適合于臨床、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等多個(gè)領(lǐng)域的在線快速檢測應(yīng)用。
[0042]A)優(yōu)越的一致重現(xiàn)性。樣品與敏感物質(zhì)的反應(yīng)的各個(gè)階段由于超聲能量聚焦在反應(yīng)面附近產(chǎn)生的微攪拌和反應(yīng)能量傳遞效應(yīng)，使得反應(yīng)界面的均勻化得到了較大提升，較好地保證了 一致重現(xiàn)性。
[0043]B)利用戊二醛、殼聚糖等典型的高分子材料固定抗原、抗體分子，成本低，技術(shù)成熟。
[0044]C)該傳感器表現(xiàn)出優(yōu)越的檢測靈敏度(低限)、精確性、重復(fù)性和穩(wěn)定性，制備方法成熟簡單，有利于發(fā)展成極具市場實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的產(chǎn)品進(jìn)行推廣。本實(shí)用新型利用超聲化學(xué)的原理以及超聲能量所產(chǎn)生的微攪拌效用結(jié)合特異性免疫反應(yīng)和微流動(dòng)注射化學(xué)發(fā)光分析的技術(shù)，提高了反應(yīng)效率，拓展了檢測靈敏度、精確度、重復(fù)性和穩(wěn)定性，簡化了分析過程，縮短了總體檢測所需時(shí)間，減少了試劑消耗，進(jìn)一步降低了檢測成本，提高了檢測效率和性能，有利于高性能價(jià)格比地實(shí)現(xiàn)臨床分析，食品安全，環(huán)境監(jiān)測等多個(gè)領(lǐng)域中的在線快速分析。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0045]圖1為本實(shí)用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2為本實(shí)用新型裝置的A-A截面部分結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的分析。
[0048]實(shí)施例1.如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型裝置包括聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分。
[0049]所述的聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板111、聲能量阻尼衰減片110、超聲換能器101、超聲耦合膠體102、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107、光闌和光透鏡108、光信號檢測電路106。
[0050]由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107從下至上依次設(shè)置構(gòu)成流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置；
[0051]高頻超聲換能器101放置在高分子超聲耦合膠體102與聲能量阻尼衰減片110之間，通過PID超聲能量模式控制模塊202來控制高頻超聲換能器101超聲能量的輻射強(qiáng)度。
[0052]超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構(gòu)成；其中高分子薄膜的聲阻抗特性與所選超聲耦合劑的聲阻抗特性相近。[0053]超聲耦合膠體102上表面設(shè)有聲透鏡陣列，用于聚焦超聲能量，超聲耦合膠體102通過聲透鏡陣列與聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103緊貼；聲透鏡的凹球面尺寸由焦距而定，焦距為透鏡表面到超聲束聚焦的焦點(diǎn)的距離。通過調(diào)整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點(diǎn)到可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0054]聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103(50mmX40X IOmm)開有兩個(gè)通道作為流體傳輸?shù)倪M(jìn)出口，兩通道分別設(shè)于超聲耦合膠體102的兩側(cè)；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽(20_X10_X2mm)，長度和寬度公差為±1_，高度公差為±0.5mm,從下至上依次放置超聲傳感器201、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104。該凹槽與兩通道構(gòu)成倒置的U型結(jié)構(gòu)，使得流體從一個(gè)通道流向另一個(gè)通道。
[0055]在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設(shè)有硅橡膠密封圈109，用于密封流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置，調(diào)節(jié)流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105的高度，并與聚光透明玻璃107形成封閉結(jié)構(gòu)。
[0056]所述的流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105的高度為I?3_。
[0057]所述的可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104是由硅烷化試劑交聯(lián)戊二醛、殼聚糖等形成載體表面交聯(lián)基膜，形成基膜，進(jìn)一步在基膜上固定抗原分子(或抗體分子)和催化酶，其中催化酶用以催化氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電活性物質(zhì)而引起電流變化，常用酶的種類為堿性磷酸酶、辣根過氧化物酶等。
[0058]所述的聚光透明玻璃107為透光率大于90 %的無機(jī)玻璃或者高分子玻璃；在聚光透明玻璃107的下表面刻有透鏡狀凹槽，用來聚集化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度。通過調(diào)整透鏡狀凹槽的深度與圓半徑尺寸，控制超聲傳感器201發(fā)出光信號透過透鏡狀凹槽使得焦點(diǎn)在光闌和光透鏡108表面。
[0059]在流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105內(nèi)設(shè)有可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104，可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104的下表面粘附有超聲傳感器201，其超聲傳感器201的材料為聚偏氟乙烯PVDF。
[0060]可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104將熒光信號依次透過聚光透明玻璃107與光闌和光透鏡108傳遞給光信號檢測電路106,發(fā)生光電反應(yīng),完成信號的拾取。
[0061]所述的控制檢測部分包括超聲傳感器201、PID超聲能量模式控制模塊202、微弱光信號處理模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205。
[0062]PID超聲能量模式控制模塊202作為控制處理單元，接收超聲傳感器201的超聲能量信號以及能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動(dòng)超聲換能器101啟動(dòng)工作模式；微弱光信號處理模塊203接收聚光透明玻璃107的采集信號，能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205通過數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204分析處理微弱光信號處理模塊203的信號，然后將識別后的信號傳遞PID超聲能量模式控制模塊202，最終調(diào)節(jié)超聲換能器101的超聲發(fā)射模式(頻率與強(qiáng)度)。
[0063]實(shí)施例2.利用上述的裝置進(jìn)行化學(xué)發(fā)光免疫生物反應(yīng)測定的分析方法。
[0064]步驟(I).調(diào)節(jié)超聲波換能器101的輻射能量場
[0065]通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調(diào)節(jié)焦距，使焦點(diǎn)到可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0066]所述的超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面的特征尺寸由超聲頻率、聚焦的能量大小、高分子金膜電極基板107材料與厚度以及流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105的特征尺寸等具體參數(shù)決定。
[0067]總體的原則是:①調(diào)節(jié)超聲波換能器101強(qiáng)度使流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105內(nèi)待測溶液能夠產(chǎn)生機(jī)械與溫度的擾動(dòng)，促進(jìn)擴(kuò)散效應(yīng)，克服反應(yīng)的能量壁壘，提高了反應(yīng)效率；②調(diào)節(jié)到適當(dāng)強(qiáng)度，可促進(jìn)待測溶液中抗體/抗原間的非特異性結(jié)合分子分離發(fā)生重排，并向特異性結(jié)合轉(zhuǎn)變，使得待測溶液反應(yīng)充分。
[0068]步驟(2).進(jìn)行微流動(dòng)注射分析
[0069]將待測溶液、載流經(jīng)一通道恒速注入至流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105達(dá)到二者的混合，最終經(jīng)另一通道流出。
[0070]在進(jìn)行微流動(dòng)注射分析過程中，可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應(yīng)抗體發(fā)生特異性結(jié)合反應(yīng)。所述的流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105通過光刻或蝕刻的方法實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)池的微型化。
[0071]步驟(3).超聲發(fā)射能量智能測控過程
[0072]在進(jìn)行步驟(2)的過程中，本實(shí)用新型同時(shí)進(jìn)行超聲發(fā)射能量智能測控。所述的智能控制過程包括兩條反饋信號通路，分別是超聲能量的反饋信號通路、檢測反饋通路。
[0073]所述的超聲能量的反饋信號由超聲傳感器201來檢測超聲輻射能量的強(qiáng)度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構(gòu)成一條閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0074]PID超聲能量模式控制模塊202接收超聲傳感器201的超聲能量信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動(dòng)超聲換能器101啟動(dòng)工作模式。
[0075]所述的檢測反饋通路是由PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理檢測模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205構(gòu)成閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0076]微弱電信號處理檢測模塊203處理光信號檢測電路106獲得的電化學(xué)信號，通過超聲能量模式控制模塊202調(diào)節(jié)超聲換能器101的輻射能量來確定較優(yōu)的免疫反應(yīng)效果，數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應(yīng)體系的參數(shù)集合進(jìn)行整合，形成能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205，這些數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容將為不同免疫檢測分析體系的應(yīng)用提供必要的PID控制參數(shù)。進(jìn)一步地，利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控免疫反應(yīng)溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數(shù)，來獲得超聲福射能量的控制參數(shù)對電化學(xué)免疫反應(yīng)的動(dòng)態(tài)效果，通過對反應(yīng)效果參數(shù)與超聲能量控制參數(shù)之間動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得用于控制的優(yōu)化參數(shù)，這些優(yōu)化參數(shù)與PID控制參數(shù)進(jìn)行信息融合，獲得待測溶液中目標(biāo)抗體或抗原的濃度。
[0077]所述的智能測控方法依據(jù)事先得到的標(biāo)準(zhǔn)免疫化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度的特征動(dòng)力學(xué)曲線，獲得超聲輻射能量的控制參數(shù)，控制化學(xué)免疫反應(yīng)。
[0078]實(shí)施例3.可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104的制備
[0079]免疫傳感器的制備可以分為兩種方式:在線制備和離線制備。本實(shí)用新型采離線制備，在線制備方式為另外一個(gè)專利的內(nèi)容。
[0080]( I)將待測抗原溶解于緩沖溶液，所選擇的緩沖溶液因抗原種類而異，標(biāo)準(zhǔn)是使免疫反應(yīng)的活性和化學(xué)發(fā)光信號響應(yīng)達(dá)到最大，如何判斷可以通過標(biāo)準(zhǔn)通道的比對進(jìn)行判斷。
[0081](2)對玻片載體表面進(jìn)行預(yù)處理得到平整，干凈，親水性的表面。
[0082](3)配置一定濃度環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷溶液，放置60分鐘使其充分水解，然后移取50微升溶液滴于載體表面，在93°C下加熱60分鐘。滴40微升1%殼聚糖醋酸溶液于環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷處理過的玻片上，再置于烘箱中以100°C的沸水條件下加熱50分鐘，得到硅烷交聯(lián)戊二醛(殼聚糖)基膜。
[0083](4)將40微升抗原溶液滴于硅烷交聯(lián)戊二醛(殼聚糖)基膜上，在4°C冰箱中緩慢揮發(fā)8小時(shí)。
[0084](5)用40微升牛血清白蛋白溶液滴于(4)步驟所得基膜上，封閉活性點(diǎn)，得到免疫功能膜。
[0085]( 6 )將上述免疫功能膜置于化學(xué)發(fā)光流動(dòng)池的嵌入槽內(nèi)構(gòu)成免疫生物分析檢測裝置。
[0086](7)影響所獲得免疫生物功能基膜和免疫傳感器性能的主要因素存在三個(gè)方面:Ca)足夠的時(shí)間和適宜的溫度使環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷充分水解反應(yīng)；(b)免疫生物傳感器的制備受到交聯(lián)戊二醛(殼聚糖)表面形貌結(jié)構(gòu)的影響，這主要取決于制備過程中環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷和戊二醛(殼聚糖)的用量，只有用量配比合適，才能獲得規(guī)則、均勻、一致性好、呈現(xiàn)網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)基膜，從而制備出穩(wěn)定性高，性能好的免疫功能膜；(C)緩沖溶液的PH值:只有在一定酸度下，抗原才具有最佳活性。如果酸度偏離這一數(shù)值，將影響免疫功能基膜和傳感器的性能。
[0087]實(shí)施例4.待測抗原的測定:(1)免疫測定的優(yōu)化條件是保證抗體、抗原和標(biāo)記酶的有效活性，以及化學(xué)發(fā)光實(shí)際的活性條件。(2)在最佳測定條件下，將不同濃度抗原的標(biāo)準(zhǔn)溶液或樣品盒與定量的酶標(biāo)記抗體溶液在溫育后，超聲強(qiáng)度通過質(zhì)控確定控制曲線。然后通過(微)流動(dòng)注射裝置注入到流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105中，前期超聲溫育免疫反應(yīng)中未被結(jié)合的游離酶標(biāo)抗體被傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)中固定的抗原/抗體捕獲，免疫結(jié)合物則基本上被帶出流動(dòng)反應(yīng)室105。按照標(biāo)準(zhǔn)的(微)流動(dòng)注射方式注入化學(xué)發(fā)光底物注到傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)，已被捕獲的酶標(biāo)抗體對化學(xué)發(fā)光體系進(jìn)行催化反應(yīng)獲得發(fā)光信號，根據(jù)質(zhì)控過程中測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行分析識別，通過多參數(shù)信息融合的方式獲得樣品中抗原濃度。
[0088]實(shí)施例5.質(zhì)控測試實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化免疫反應(yīng)測定條件的應(yīng)該包括以下三個(gè)方面:
[0089]反應(yīng)溶液中酶標(biāo)抗體的量:如果采用非競爭免疫分析方法，即將待測抗原和固定量酶標(biāo)記抗體的反應(yīng)溶液在線溫育和超聲攪拌傳遞能量，免疫反應(yīng)結(jié)束后通過固定在免疫傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)上的抗原來分離結(jié)合的和游離的酶標(biāo)空提，由固定在免疫傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)上的抗原捕獲的酶標(biāo)抗體催化化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，從而產(chǎn)生信號降低來間接測定待測抗原的量。反應(yīng)溶液中酶標(biāo)抗體的量的優(yōu)化獲得最大檢測范圍且最靈敏為標(biāo)準(zhǔn)。如果酶標(biāo)抗體的量小于該值，會使檢測范圍縮?。蝗绻笜?biāo)抗體的量大于該值，會使背景信號增大，測定結(jié)果偏小。
[0090]溫育后免疫復(fù)合物流過免疫傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)的流動(dòng)速度超聲強(qiáng)度:按道理免疫復(fù)合物在傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)滯留的時(shí)間越長，即流速越慢，則固定在免疫傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)上的抗原捕獲的游離酶標(biāo)抗體的量越多；反之則游離酶標(biāo)抗體的捕獲量就少；在一定的條件下前者分離效果相對較好，而后者分離的效果就差一些。但是在這兩種情形下，都會存在一定得非特異吸附。非特異性吸附可能導(dǎo)致噪聲提高，影響到傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)的靈敏度和準(zhǔn)確性。另外考慮到超聲一方面可以加速抗體/抗原的反應(yīng)進(jìn)程另一方面可以減少非特異性吸附導(dǎo)致的本底噪聲，超聲的存在可以較大的改善檢測性能，提高檢測效率。但是超聲強(qiáng)度的不合適配置也可能導(dǎo)致負(fù)面因素的出現(xiàn)，這就是當(dāng)強(qiáng)度過大后會導(dǎo)致抗體/抗原失活以及傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)表面的敏感膜出現(xiàn)脫落的問題從而嚴(yán)重影響性能。在本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)中由于采用了超聲聚焦透鏡，可以大大減少超聲能量強(qiáng)度對敏感膜的影響，同時(shí)保證超聲聚焦區(qū)內(nèi)足夠的能量配置，易于改善超聲免疫反應(yīng)的速度和充分性，進(jìn)一步提高和改善免疫檢測性能?；瘜W(xué)的反應(yīng)水平。兼顧到臨床上快速檢測的需求，超聲溫育后免疫復(fù)合物流過免疫傳感器的流速對結(jié)合的和游離的酶標(biāo)抗體分離效果的影響進(jìn)行了優(yōu)化。
[0091]實(shí)施例6.應(yīng)用實(shí)例:檢測過程是首先將待測樣品與稍微過量的HRP標(biāo)記抗體離線溫育，而后將此免疫混合物通入流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室105，前一步溫育中未結(jié)合的酶標(biāo)抗體被免疫傳感器(可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片104)中固定的抗原捕獲，而待測抗原-酶標(biāo)抗體免疫復(fù)合物則被沖洗出來?；诓东@的酶標(biāo)抗體對魯米諾-H202化學(xué)發(fā)光反應(yīng)的催化作用進(jìn)行化學(xué)發(fā)光檢測。典型的酶標(biāo)抗體為辣根過氧化物酶T 己 O
【權(quán)利要求】
1.一種化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感器檢測裝置，其特征在于包括聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分； 所述的聲能傳輸與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板(111)、聲能量阻尼衰減片(110)、超聲換能器(101)、超聲耦合膠體(102)、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板(103)、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104)、硅橡膠密封圈(109)、聚光透明玻璃(107)、光闌和光透鏡(108)、光信號檢測電路(106); 由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板(103)、硅橡膠密封圈(109)、聚光透明玻璃(107)從下至上依次設(shè)置構(gòu)成流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置； 高頻超聲換能器(101)放置在高分子超聲耦合膠體(102)與聲能量阻尼衰減片(110)之間，通過PID超聲能量模式控制模塊(202)來控制高頻超聲換能器(101)超聲能量的輻射強(qiáng)度； 超聲耦合膠體(102)由超聲耦合劑與高分子薄膜構(gòu)成；其中高分子薄膜的聲阻抗特性與所選超聲耦合劑的聲阻抗特性相近； 超聲耦合膠體(102)上表面設(shè)有聲透鏡陣列，用于聚焦超聲能量，超聲耦合膠體(102)通過聲透鏡陣列與聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板(103)緊貼；聲透鏡的凹球面尺寸由焦距而定，焦距為透鏡表面到超聲束聚焦的焦點(diǎn)的距離；通過調(diào)整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點(diǎn)到可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104)表面的垂直距離為I~2_ ; 聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板(103)開有兩個(gè)通道作為流體傳輸?shù)倪M(jìn)出口，兩通道分別設(shè)于超聲耦合膠體(102)的兩側(cè)；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板(103)上表面開有凹槽，從下至上依次放置超聲傳感器(201 )、可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104);該凹槽與兩通道構(gòu)成倒置的U型結(jié)構(gòu)，使得流體從一個(gè)通道流向另一個(gè)通道；` 在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板(103)邊沿設(shè)有硅橡膠密封圈(109)，用于密封流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置，調(diào)節(jié)流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室(105)的高度，并與聚光透明玻璃(107)形成封閉結(jié)構(gòu)； 所述的流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室(105)的高度為I~3mm ; 所述的可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104)是由硅烷化試劑交聯(lián)戊二醛、殼聚糖形成載體表面交聯(lián)基膜，形成基膜，進(jìn)一步在基膜上固定抗原分子或抗體分子和催化酶，其中催化酶用以催化氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電活性物質(zhì)而引起電流變化； 所述的聚光透明玻璃(107)為透光率大于90 %的無機(jī)玻璃或者高分子玻璃；在聚光透明玻璃(107)的下表面刻有透鏡狀凹槽，用來聚集化學(xué)發(fā)光的強(qiáng)度；通過調(diào)整透鏡狀凹槽的深度與圓半徑尺寸，控制超聲傳感器(201)發(fā)出光信號透過透鏡狀凹槽使得焦點(diǎn)在光闌和光透鏡(108)表面； 在流動(dòng)注射反應(yīng)池/注射裝置的流動(dòng)反應(yīng)室(105)內(nèi)設(shè)有可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104)，可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104)的下表面粘附有超聲傳感器(201)，其超聲傳感器(201)的材料為聚偏氟乙烯PVDF ； 可更換化學(xué)發(fā)光免疫生物傳感基片(104)將熒光信號依次透過聚光透明玻璃(107)與光闌和光透鏡(108)傳遞給光信號檢測電路(106),發(fā)生光電反應(yīng),完成信號的拾??； 所述的控制檢測部分包括超聲傳感器(201)、PID超聲能量模式控制模塊(202)、微弱光信號處理模塊(203)、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊(204)、能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫(205)； PID超聲能量模式控制模塊(202)作為控制處理單元，接收超聲傳感器(201)的超聲能量信號以及能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫(205)的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊(202)驅(qū)動(dòng)超聲換能器(101)啟動(dòng)工作模式；微弱光信號處理模塊(203)接收聚光透明玻璃(107)的采集信號，能量控制模式與化學(xué)發(fā)光免疫反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫(205)通過數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊(204)分析處理微弱光信號處理模塊(203)的信號，然后將識別后的信號傳遞PID超聲能量模式控制模塊(202)，最終調(diào)節(jié)超聲換能器(101)的超聲發(fā)射模式。`
【文檔編號】G01N33/544GK203630139SQ201320692169
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】劉軍, 劉峰 申請人:浙江大學(xué)