专利名称：基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控芯片，属 于分析测试领域。
背景技术：
梅毒(Syphilis)是由梅毒螺旋体(T. pallidum, TP)引起的一种性传播疾病 (Sexually transmitted disease, STD)。在自然情况下梅毒螺旋体只感染人类， 人是梅毒唯一传染源，主要通过性接触传播。另也可通过胎盘垂直传播，引起 胎儿先天性梅毒。少数人也可经输血感染。80年代以来，梅毒在我国再次死灰复 燃,据全国性病控制中心统计,我国梅毒发病率年增长率达52.7%，且先天性梅毒 和神经梅毒发病率增加明显，在全球亦有逐渐上升的趋势，梅毒不仅已经成为 世界性的严重社会和公共卫生问题，而且也是危害人群健康的主要疾病之一。 因此，选择简单、快速、高敏感性和特异性诊断方法和试剂，对梅毒早期诊断, 发现传染源，控制梅毒传播具有重要意义。
目前常用的梅毒诊断方法有病原学检查、非梅毒螺旋体抗原血清试验、梅 毒螺旋体血球凝集试验(TPHA)、聚合酶链反应(PCR)和TP快速检测试纸条 等。病原学检査的原理是取患者损害的渗出物或淋巴结穿刺术得到的组织液， 观察螺旋体的特征性形态和运动方式，在理论上对早期梅毒有较高的检出率， 但受到条件的制约(包括就诊用药、高质量的荧光显微镜、试剂和技术等)也 较多，因此实际检出率并不高。非梅毒螺旋体抗原血清试验的原理是目前诊断 梅毒常用的血清学初筛试验，在很多文献中都提到非梅毒螺旋体抗原血清试验虽然简易、快速、易于观察结果，适合于大量人群的血清筛査，但敏感性、特 异性较差，有时会出现生物学假阳性和假阴性反应，容易造成漏检和误检，所
以不适合用于一期梅毒、先天梅毒、神经梅毒的诊断。TPHA虽然其敏感性和 特异性高，主要被用于梅毒确诊试验，但对疗效观察意义不大。TP快速检测试 纸条虽克服了检测对间长、试剂昂贵等缺陷，但国内暂时未有详细报道其灵敏 性和特异性效果，因此不可用于确诊试验。PCR法是较新的诊断方法，它能对 生殖器溃疡进行早期鉴别诊断，区分梅毒、生殖器疱疹及软下疳。但当前诊断 梅毒的PCR法仍存在引物的非特异性、对血清/全血等敏感性低等缺点。而且当 皮损开始愈合、分泌物减少、血清学试验阳性反应时，采用PCR方法就不合适。 另外，PCR方法易受标本中的组织和细胞碎片等物质抑制，导致PCR假阴性结 果，所以PCR检测不宜用作判愈。
非梅毒螺旋体抗原血清试验、TPHA、以及PCR和TP快速检测试纸条等检 测方法均属于免疫分析。以上免疫分析本身有很强的选择性，对传染病的早期 诊断，判断疗效及预后等方面均有重要的意义。然而重大传染病的检测非常复 杂，传统的免疫分析通常只针对单一抗体进行检测。由于一种诊断抗体可出现 在不同致病菌，或不同诊断抗体可在同一致病菌同时出现，因此，开展高效的 多重免疫分析方法(SMIAs)，从生物相关性的角度真实地定性、定量反映各 种致病菌抗体的种类和数量，在早期预防和联检多种传染病、判断传染病菌发 展程度、观察和评价治疗效果等方面都具有重要的医学价值。
电化学免疫传感器具有自动化程度高、廉价、易制备、快速灵敏等独特优 势，配合免疫反应的高效专一，非常适合构建重大传染病多重免疫分析检测的 分析仪。有"生命科学集成电路"之称的微流控芯片(lab-on-chip)是构建微型 化、集成化的电化学免疫传感器的理想技术。微流控芯片技术是将采样、预处理、加试剂、反应、分离、检测等集成在一块微芯片上完成的一门前沿技术， 具有分析速度快、信息量大、试剂消耗少、污染小、操作费用低、仪器使用简
便等优点。且非常适合工业化生产。微流控技术代表着21世纪分析仪器走向微
型化、集成化的发展方向。构建适合于重大传染病检测的微流控安培检测芯片
具有以下优势(1)通过微加工技术很容易在芯片上集成多个检测通道和检 测电极，做到多目标物同时分析，技术可行性高。(2)通过微流动注射技术， 样品在管路中流动保证了电极表面时刻更新，较好克服了电极易被污染，造成
假阳性率高、结果平行性差等问题。(3)微流控传感器上管路直径只有pm级， 反应池体积也只有(jL级，分析时所需试剂用量极少，分析物到达电极表面的扩 散距离短、因此可以大大减少温育时间，实现快速联检目标。(4)目前微流 控传感器多基于光学检测系统，仪器昂贵体积大，全集成很难，而且检测成本 很高，限制了其推广。而传感器中采用电化学检测，体积小、自动化程度高、 成本低。
目前，在微流控芯片技术领域，利用梅毒多种特异性抗原来同时检测、快 速诊断多种梅毒抗体的相关技术和方法尚未见报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，在微流控芯片技术这样一个总的技术框架 内，研发出一种能够利用梅毒多种特异性抗原来对多种梅毒抗体进行同时检测、 快速诊断的专用微流控芯片及其检测方法。
本发明通过如下方案解决所述技术问题，该方案提供的装置是一种基于电 极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控芯片，该微流控芯片的结构包括贴合 装设在一起的两片板状物，所述两片板状物分别是微流控芯片的盖片以及微流 控芯片的基片，在所述两片板状物之间的相互贴合的位置上装设有管道，以及，三个池状物，管道的一端经由歧管状流体通道分别与其中的两个池状物联通， 管道的另一端与余下的一个池状物联通，以及，依序分别装设在所述管道内不 同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以 及贴附在所述导电性电极上的包埋了梅毒特异性抗原的金胶敏感膜构成，本案 特别之处在于，所述管道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的管道由四条分 支管道并联构成，以及，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设 位置分别位于所述四条分支管道内，以及，该四个工作电极其表层金胶敏感膜 结构中的特异性抗原物质分别是对梅毒抗体能特异性结合的四种梅毒抗原物
质，该四种抗原物质分别是梅毒特异性抗原TP0684、TP0453、TP0821及TP0319， 以及，每一个工作电极其形貌均呈串珠状。
所述微流控芯片结构中的所述管道以及所述分支管道以及所述歧管状流体 通道，其内径尺寸均可以是任意选定的尺寸，但是，出于尽量少用待测液样以 及降低试剂损耗等方面的考虑，所述管道以及所述分支管道以及所述歧管状流 体通道最好均选用毛细管级的通道，所述毛细管级的通道意即毛细管通道，其 内径与通常意义上的毛细管的内径相当。所述毛细管其内部通道的横截面形状 可以是任意的形状，所述横截面形状例如圆形、椭圆形、方形、矩形、条形， 当然也可以是任意的存在弯曲的线形，并且，所述毛细管的内部形状随着管道 的延伸，不同部位的横截面形状也可以允许是不同的形状。仅就毛细管一词而 言，其技术含义是公知的。
所述金胶敏感膜是将壳聚糖金胶溶液与梅毒特异性抗原溶液充分混合均 匀，喷涂在设定的结构部位，并使其干燥成膜而成。所述金胶敏感膜已包含为 固定上述各梅毒特异性抗原而引入其中的辅助性介质，所述辅助性介质例如壳 聚糖、醋酸纤维素、明胶其中的一种或它们的混合物。结构中涉及的对电极以及参比电极均为微小尺寸的电极，其电极形状均可 以是任意选定的形状，所述任意选定的形状例如方片形状、矩形片状、条状或 圆形片状等等。
本案芯片中的工作电极呈串珠状，其串珠状电极外形有助于大幅度地扩展 它的有效工作界面，并且，进一步地，串珠状形貌还使得该工作电极具有良好 的扰流性，这有助于强化工作电极与流经其周边的被测物液流之间的接触。
本案微流控芯片结构中涉及若千个池状物，所述池状物是用于过渡性储液 的池形或囊形构造，其中的每一个池状物的内腔其形状均可以是任意选定的形 状，所述内腔形状例如圆柱形空腔状、方柱形空腔状、椭圆形空腔状或球形空 腔状等等。所述池状物的尺寸可以是任意选定的尺寸，但是，为了能够尽量少 用待测液样以及降低试剂损耗，所述池状物最好是能够与毛细管匹配的微小型 的池状物。
本案装置当然还可以进一步包括一些附件，所述附件例如多道电化学工作 站以及微流动泵等等，所述多道电化学工作站的技术含义以及微流动泵的技术 含义是公知的。本案微流控芯片结构中涉及的各个工作电极以及对电极以及参 比电极等，可以分别经由相应的专用串线与所述多道电化学工作站的相应接口 进行联接。所述专用串线是用来将各所述电极与所述多道电化学工作站的各相 应接口进行相互联接的专用电缆。所述微流动泵专用于驱动微量液体流动，所 述微流动泵可以与按需选定的任意一个所述池状物联通。
所述形貌呈串珠状的工作电极，既可以是一体化压制成型的串珠状导电性 电极，也可以是浇注成型的串珠状导电性电极；所述工作电极其结构当然也可 以允许是导电性的磁珠串结构，在这一情形下，所述形貌呈串珠状的工作电极 其材质是具有导电能力的四氧化三铁材质，以及，所述形貌呈串珠状的工作电极是由许多的四氧化三铁材质的磁珠在外加磁场条件引导下相互拼接而成的准 一维导电性电极。
所述形貌呈串珠状的工作电极，即所述磁珠串结构的工作电极，其结构中 的磁珠直径不限，所述磁珠的直径可以是根据需要设定的任意的尺寸，但是，
所述磁珠的优选直径范围是介于20纳米至2000纳米之间，以及，每一个所述 工作电极的结构中所含有的相互拼接在一起的磁珠的个数可以允许是根据需要 设定的任意的个数，所述个数不限，但是，构成一个所述工作电极的磁珠的个 数的优选值是在100个至100000个之间。
鉴于每一支所述串珠状工作电极占用的空间宽度较小，该工作电极能够允 许被直接安置于毛细管通道内，相对窄小的流体通道更有利于展现串珠状电极 的对周边流动液体的扰动能力，并且，还有利于将其有效工作界面的潜力充分 发挥出来。
通过喷涂或点样仪点样或其它合适工艺涂布装设于所述工作电极表面层的 所述金胶敏感膜，其膜层厚度可以允许是任意设定的可对待测样液发生电性信 号响应的厚度，但是，推荐的厚度或者说是优选的厚度是介于10纳米与200 纳米之间。
本案微流控芯片的使用方法
采用外加微泵驱动液流在四通道微流控芯片的毛细管通道中稳定流动，利 用四通道电化学分析仪器分别对四种梅毒诊断抗体加以检测。 本案微流控芯片的具体检测使用步骤如下-
1、 在微管路中加入血清样品液，在外加微泵驱动下，各种梅毒抗体分子 被各通道中电极表面上金胶敏感膜包埋的相应梅毒特异性抗原捕获。
2、 加入辣根过氧化物酶标记的酶标二抗，通过夹心法结合酶标"二抗"形成免疫复合物。
3、 采用多通道电分析仪，加入邻苯二酚等电子媒介体，采用安培法检测"二
抗"上酶引起H202还原的电流变化，由此获得各分析物的种类和含量。
4、 将结果进行综合分析，对梅毒抗体进行综合诊断。
有必要在这里作一个看似多余的补充说明抗体与抗原是彼此相关的但又
不同的物质，它们之间的相互关系，通俗一点地比喻，就好比是一套锁具中的 锁与钥的关系。
本发明的优点是，在一块微流控芯片上集成了分别包覆有四种梅毒特异性 抗原物质的四个串珠状工作电极，该四个串珠状工作电极分别针对检测梅毒的 四种特征诊断抗体，本案微流控芯片是一种能够利用梅毒多种特异性抗原进行 同时检测的梅毒诊断专用微流控芯片，其集成构造的结构特点决定了该芯片的 使用有助于加快梅毒诊断速度、提高诊断准确率、降低梅毒诊断费用，芯片结 构中的工作电极其串珠状形貌还有助于强化工作电极与被测样液流相互之间的 流动冲击和化学接触。
图1是本案微流控芯片实施例构造示意图，所展示的是该例结构的俯视角 度下的透视的形态，图中未描绘出所述附件，图中也未对所述串珠状工作电极 的结构细节进行放大的详细的描绘。
图中，1、 2、 10分别是三个装设位置不同的池状物，3是歧管状流体通道， 4、 7、 11、 14分别是装设位置不同但相互并联形成并联联通结构的四条分支 管道，5是装设在分支管道4内的其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质 为梅毒特异性抗原TP0684的串珠状工作电极，6是装设在分支管道7内的其表 层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质为梅毒特异性抗原TP0453的串珠状工作电极，12是装设在分支管道11内的其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原 物质为梅毒特异性抗原TP0821的串珠状工作电极，13是装设在分支管道14 内的其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质为梅毒特异性抗原TP0319的 串珠状工作电极，8是对电极，9是参比电极。
具体实施例方式
在图1所展示的本案实施例中，该微流控芯片的结构包括贴合装设在一起 的两片板状物，两片板状物分别是微流控芯片的盖片以及微流控芯片的基片， 在两片板状物之间的相互贴合的位置上装设有管道，以及，三个池状物，该三 个池状物分别是池状物1、池状物2和池状物10，所述管道的一端经由歧管状 流体通道3分别与池状物1以及池状物2联通，所述管道的另一端与余下的一 个池状物10联通，以及，依序分别装设在所述管道内不同位置上的工作电极 以及对电极8以及参比电极9，工作电极由导电性电极以及贴附在所述导电性 电极上的包埋了梅毒特异性抗原的金胶敏感膜构成，所述管道的构造呈并联构 造，该呈并联构造的管道由四条分支管道并联构成，该四条分支管道分别是分 支管道4以及分支管道7以及分支管道11以及分支管道14，以及，串珠状工 作电极的数量是四个，该四个串珠状工作电极分别是串珠状工作电极5以及串 珠状工作电极6以及串珠状工作电极12以及串珠状工作电极13，其中，串珠 状工作电极5是装设在分支管道4内的其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原 物质为梅毒特异性抗原TP0684的串珠状工作电极，串珠状工作电极6是装设 在分支管道7内的其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质为梅毒特异性抗 原TP0453的串珠状工作电极，串珠状工作电极12是装设在分支管道11内的 其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质为梅毒特异性抗原TP0821的串珠 状工作电极，串珠状工作电极13是装设在分支管道14内的其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质为梅毒特异性抗原TP0319的串珠状工作电极。图1 中没有绘出作为附件的微流动泵及多道电化学工作站等附属件，也没有详尽展 示串珠状工作电极的结构细节。本例结构中的各池状物可以根据需要与作为附 件的微流动泵按任何方式联通。本例结构中的各工作电极以及对电极以及参比 电极可以分别经由各自专用的电缆或曰串线分别与作为附件的多道电化学工作 站的对应电缆接口或曰串线接口联接。
权利要求
1.基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控芯片，该微流控芯片的结构包括贴合装设在一起的两片板状物，所述两片板状物分别是微流控芯片的盖片以及微流控芯片的基片，在所述两片板状物之间的相互贴合的位置上装设有管道，以及，三个池状物，管道的一端经由歧管状流体通道分别与其中的两个池状物联通，管道的另一端与余下的一个池状物联通，以及，依序分别装设在所述管道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由导电性电极以及贴附在所述导电性电极上的包埋了梅毒特异性抗原的金胶敏感膜构成，其特征是，所述管道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的管道由四条分支管道并联构成，以及，所述工作电极的数量是四个，该四个工作电极的装设位置分别位于所述四条分支管道内，以及，该四个工作电极其表层金胶敏感膜结构中的特异性抗原物质分别是对梅毒抗体能特异性结合的四种梅毒抗原物质，该四种抗原物质分别是梅毒特异性抗原TP0684、TP0453、TP0821及TP0319，以及，每一个工作电极其形貌均呈串珠状。
2. 根据权利要求1所述的基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控 芯片，其特征在于，所述管道以及所述分支管道以及所述歧管状流体通道均为 毛细管通道。
3. 根据权利要求1所述的基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控 芯片，其特征在于，所述形貌呈串珠状的工作电极其材质是具有导电能力的四 氧化 三铁材质，以及，所述形貌呈串珠状的工作电极是由许多的四氧化三铁材 质的磁珠在外加磁场条件引导下相互拼接而成的准一维导电性电极。
4. 根据权利要求3所述的基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控 芯片，其特征在于，所述磁珠的直径介于20纳米至2000纳米之间，以及，每一个所述工作电极的结构中所含有的相互拼接在一起的磁珠的个数在100个至 100000个之间。
5.根据权利要求1所述的基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控 芯片，其特征在于，所述金胶敏感膜的厚度介于10纳米与200纳米之间。
全文摘要
本发明涉及一种基于电极修饰技术的梅毒诊断专用多通道微流控芯片，属于分析测试领域。快速且廉价地诊断梅毒病患是相关诊疗技术进步的目标之一，本发明提供一种指向上述目标的微流控芯片。本案要点是，芯片内含有呈并联构造的管道，该并联构造含有四条相互并联的分支管道，共有四个磁珠串工作电极分别装设在所述四条分支管道内，所述磁珠串工作电极由磁珠串电极以及贴附在所述磁珠串电极上的包埋了梅毒特异性抗原的金胶敏感膜构成，该四个磁珠串工作电极表层的各自的金胶敏感膜分别包埋了四种不同的梅毒特异性抗原物质，该四种抗原物质分别是梅毒特异性抗原TP0684、TP0453、TP0821及TP0319。本案微流控芯片有助于提高梅毒诊断效率。
文档编号G01N33/571GK101625359SQ20091015121
公开日2010年1月13日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者巫远招, 宁 干, 李天华, 李榕生, 欣 杨, 峰 王, 王鲁雁 申请人:宁波大学