一种可即时检测新冠病毒的棉签

1.本发明涉及医疗器材技术领域，涉及一种可即时检测新冠病毒的棉签。


背景技术：

2.自2019年12月以来，由严重急性呼吸综合征冠状病毒2(sars-cov-2)导致的新冠肺炎(covd-19)疫情迅速在全球蔓延，目前已导致超过1.7亿人感染，超过270万人死亡，快速筛查并隔离感染者(包括无症状感染者)是遏制疫情传播的重要手段之一，特别是规模诊断检测对遏制covid-19疫情至关重要。
3.逆转录-聚合酶链式反应(rt-pcr)、化学发光法、酶联免疫吸附法和免疫层析法等是目前最广泛使用的检测方法，但这些方法均存在样本采集和检测相分离的缺陷，不利于家庭和个人使用。目前，疫情常态化将成为未来的主要趋势，病毒的现场检测和家庭、个人对新冠病毒的自检有利于控制病毒传播速度，防止疫情大面积爆发。
4.因此，开发一种成本低廉且使用便捷的病毒检测工具极具现实意义。


技术实现要素：

5.由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种成本低廉且使用便捷的病毒检测工具，克服了现有病毒检测方法无法实现样本采集、检测一体造成便捷性较差的缺陷。
6.为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
7.一种可即时检测新冠病毒的棉签，包括中空棉签杆，所述中空棉签杆内装有用于检测新冠病毒且与新冠病毒混合后会变色的检测试剂，中空棉签杆的一端设有用于封闭该端的密封塞，所述密封塞与检测试剂之间留有一定空间且该空间内的气压小于大气压力，此时检测试剂两端存在压差，在外界大气压力的作用下检测试剂被限制在中空棉签杆内，中空棉签杆远离密封塞端设有用于取样的棉签头，进行检测时，通过棉签头获取测试对象的样本后，棉签头竖直向下，折断棉签杆设有密封塞端或取除密封塞时检测试剂两侧的气压相等，在重力作用下检测试剂浸润棉签头，棉签头上的样本与检测试剂混合，通过观察棉签头颜色的变化即可获知检测结果。
8.采用该棉签进行新冠病毒检测的操作为：
9.使用棉签头采集待检样本，随后在棉签末端将棉签折断，大气压强进入棉签杆，使棉签杆内检测试剂流入前端棉签头，由于检测试剂的浸润，此时棉签头展示出检测试剂中胶体金纳米粒子的酒红色，反应10-15min后，观察棉签头的变色情况，确定新冠病毒的感染与否。
10.本发明以棉签作为载体，棉签是目前采集生物样本的常用工具之一，如咽拭子和鼻拭子等，在棉签杆中储存检测液，实现样本采集和检测一体化，有利于新冠发生区域的紧急初筛，以便及时隔离已感染患者，大大提高检测效率，其使用便捷性好，家庭和个人可以定期自检，防止疫情扩散，极具应用前景。
11.作为优选的技术方案：
12.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述中空棉签杆为筒状塑料件。
13.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述中空棉签杆设有密封塞端的外壁上设有用于提示折断位置的标记。
14.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述标记为红色条带，所述红色条带缠绕在中空棉签杆的外壁上且其距离中空棉签杆设有密封塞端0.2cm。
15.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述检测试剂包括信号探针和交联探针；
16.所述信号探针是胶体金纳米粒子与可特异性识别新冠病毒s蛋白的单克隆抗体1偶联制得的；
17.所述交联探针是可特异性识别新冠病毒s蛋白的单克隆抗体2进行生物素标记后与链霉亲和素偶联制得的。其中的可特异性识别新冠病毒s蛋白的单克隆抗体1及可特异性识别新冠病毒s蛋白的单克隆抗体2均为现有技术，可采购获取。
18.信号探针的制备过程为：采用静电吸附法将特异性识别新冠病毒s蛋白的单克隆抗体1标记在胶体金纳米粒子表面，获得信号探针。
19.用于识别新冠病毒的信号探针，为了获得高的灵敏度，单克隆抗体1采用不同的标记量，最终单克隆抗体1的标记量通过与新冠病毒及交联探针孵育得到最明显的变色现象确定，信号探针的最终用量通过设置不同的反应投入量，反应完成后观察棉花头的变色情况，得到最大变色强度确定信号探针的最佳使用浓度。
20.交联探针的制备过程为：首先通过酰胺反应将生物素标记在特异性识别新冠病毒s蛋白的单克隆抗体2上，随后利用生物素和链霉亲和素之间的特异性识别，即一个链霉亲和素可以偶联四个生物素，将抗体2标记到链霉亲和素上，获得交联探针。
21.交联探针的用量在单克隆抗体1标记的信号探针的标记量及信号探针使用浓度确定后，通过与新冠病毒及信号探针孵育得到最大变色强度确定来确定。
22.上述涉及到的各缓冲液及复溶液在使用前均需经0.22μm滤膜过滤后再使用。
23.本发明的棉签使用胶体金纳米粒子在棉花头上的颜色改变作为信号输出，1)当棉签头采集的样本中不存在新冠病毒时，胶体金纳米粒子上的单克隆抗体1和链霉亲和素上的单克隆抗体2无法与新冠病毒结合，进而不能使胶体金聚集，无法产生局域表面等离子共振现象，使棉花头呈现胶体金溶液原本的酒红色；2)当采集的样本中含有新冠病毒时，胶体金纳米粒子上的抗体1和链霉亲和素表面的抗体2分别与新冠病毒表面s蛋白的不同表位结合，使新冠病毒聚集，同时使胶体金纳米粒子聚集在新冠病毒表面，聚集的胶体金纳米粒子产生局域表面等离子共振现象，根据新冠病毒浓度的高低，进而在棉花头上展示出紫色、蓝色或黑色。
24.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述棉签头的颜色变化是利用双抗体夹心法，在新冠病毒存在下，信号探针和交联探针中的抗体分别识别新冠病毒表面s蛋白的不同表位，诱导信号探针中胶体金纳米粒子以新冠病毒为中心聚集，使胶体金发生局域表面等离子共振现象而产生的。
25.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述单克隆抗体1和单克隆抗体2为识别新冠病毒表面抗原s蛋白不同位点的配对抗体，单克隆抗体1和单克隆抗体2可从市场上采购成熟产品。
26.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，所述胶体金纳米粒子的粒径为30-40nm，检测试剂的颜色为酒红色。
27.如上所述的一种可即时检测新冠病毒的棉签，胶体金发生局域表面等离子共振现象时产生的颜色变化过程为酒红色-紫色-蓝色-黑色。
28.以上技术方案仅为本发明的一种可行的技术方案而已，本发明的保护范围并不仅限于此，本领域技术人员可根据实际需求合理调整具体设计。
29.发明机理：
30.本发明将检测试剂预先置于棉签杆中，棉签杆末端置有密封塞，密封塞和检测试剂之间预留一段负压，使检测试剂不能流出，将棉签折断后，外界大气压进入，检测试剂流向前端棉花头，将棉花头浸润，呈现出检测试剂中胶体金纳米粒子的酒红色。若待检样品中存在新冠病毒，信号探针和交联探针会与新冠病毒形成聚集体，使胶体金纳米粒子出现局域表面等离子体共振现象，进而使棉花头呈现出紫色、蓝色或者黑色。反之，若不存在新冠病毒，则不会出现聚集现象，棉花头则保持酒红色，其整体操作简便且结果直观，特别适用于新冠病毒的即时检测。
31.上述发明具有如下优点或者有益效果：
32.本发明的可即时检测新冠病毒的棉签，集样本采集与检测为一体，将检测试剂预先置于棉签杆中，待使用棉签头采集样本后，仅需将棉签后端折断，观察前端棉花头的颜色变化，即可判定是否感染新冠病毒。该方法操作步骤简单，短时间即可实现对新冠病毒检测。因此，非常利于新冠病毒的初筛，尤其利于家庭和个人的自行筛查，对疫情防控具有重要意义。
附图说明
33.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
34.图1是本发明的一种可即时检测新冠病毒的棉签的结构示意图；
35.图2是本发明的一种可即时检测新冠病毒的棉签的使用步骤图；
36.图3是本发明的一种可即时检测新冠病毒的棉签的变色原理图；
37.图4为本发明的一种可即时检测新冠病毒的棉签的检测实物图；
38.其中，1-中空棉签杆，2-检测试剂，3-棉签头，4-密封塞，5-红色条带。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体的实施例对本发明中的结构作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
40.实施例1
41.一种可即时检测新冠病毒的棉签，如图1所示，包括中空棉签杆1(筒状塑料件)，中空棉签杆1内装有用于检测新冠病毒的检测试剂2，中空棉签杆1的一端设有用于封闭该端的密封塞4，中空棉签杆1设有密封塞4端的外壁上设有用于提示折断位置的标记(红色条带5，红色条带5缠绕在中空棉签杆1的外壁上且其距离中空棉签杆设有密封塞端0.2cm)，密封
塞4与检测试剂2之间留有一定空间且该空间内的气压小于大气压力，此时检测试剂2两端存在压差，在外界大气压力的作用下检测试剂被限制在中空棉签杆1内，中空棉签杆1远离密封塞4端设有用于取样的棉签头3，进行检测时，通过棉签头3获取测试对象的样本后，棉签头3竖直向下，折断棉签杆1设有密封塞4端或取除密封塞4时检测试剂2两侧的气压相等，在重力作用下检测试剂2浸润棉签头3，棉签头3上的样本与检测试剂2混合，通过观察棉签头颜色的变化即可获知检测结果。
42.检测试剂2的制备过程如下：
43.(1)磷酸盐缓冲液(pbs，0.05m，ph7.4)的配置方法：nacl 40g，na2hpo413.5g,kh2po41.0 g，kcl 1.0g溶于1l超纯水中。
44.(2)胶体金纳米粒子的制备
45.即在匀速搅拌条件下，将100ml 0.01％(w/v)的haucl4溶液加热至沸腾后快速加入2.7ml 1％(w/v)的na3c6h5o7溶液，持续搅拌并保持沸腾10min后，停止加热，匀速搅拌并冷却至室温，将制备好的胶体金溶液置于4℃下保存备用。
46.(3)信号探针的制备
47.取1ml实施方式1中的胶体金溶液，加入5μg单克隆抗体1(菲鹏生物，cov19-ps-mab107，2mg/ml)，静电吸附反应30min，而后加入100μl，10％的bsa，静电吸附反应1h，离心后复溶至100μl胶体金复溶液中，即为信号探针溶液。复溶液配方：0.01m pb 7.4中含30％海藻糖，0.5％bsa，0.5％酪蛋白，1％pvp，1％tween-20，0.1％nan3。
48.(4)交联探针的制备
49.通过生物素-n-琥珀酰亚胺基酯和单克隆抗体2中的氨基的共价偶联合成了生物素化单克隆抗体2，随后利用生物素和链霉亲和素之间的特异性识别，制备了交联探针。详细地，在4mlpb 7.4(0.01m)溶液中添加1mg的单克隆抗体2(菲鹏生物，cov19-ps-mab30，2mg/ml)，并将溶液的ph调节至碱性。然后，将1mg生物素-n-琥珀酰亚胺基酯溶解于16ml pb 7.4(0.01m)中，然后将其添加至上述溶解的单克隆抗体2溶液中在室温下搅拌反应4h。反应完成后，将制备的生物素单克隆抗体2在0.01m pbs中透析3天。随后按照摩尔比为4：1，加入链霉亲和素，反应2h制备交联探针，并于4℃保存。
50.(5)检测试剂的制备：取10μl步骤(3)中的信号探针溶液和10-100ng步骤(4)中的交联探针至胶体金溶液中配成检测试剂，总体积为100μl。
51.(6)将100μl检测试剂预先封装至棉签杆中得到可即时检测新冠病毒的棉签，其变色原理如图3所示。
52.上述可即时检测新冠病毒的棉签的测试方法如下：
53.1)用棉签头分别蘸取通过rt-pcr确定的100份新冠病毒灭活阳性样本和100份新冠病毒阴性样本；
54.2)在棉签末端红色条带标记处将棉签折断，使检测试剂流入棉花头；
55.3)10～15min后观察棉花头颜色变化，其步序如图2所示，阳性及阴性的测试结果如图4所示；
56.4)根据样本检出率，计算本发明的灵敏度和准确性。
57.经验证，本发明的可即时检测新冠病毒的棉签的检出准确率可达94％，其灵敏度较高，可达86％，同时其结构简单，成本低廉，方便携带，集样本采集与检测为一体，非常利
于新冠病毒的初筛，极具应用前景。
58.本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
59.以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。