生物样品检测系统、检测方法、检测装置、试剂盒和应用

本技术涉及生物检测，尤其涉及一种生物样品检测系统、检测方法、检测装置、试剂盒和应用。

背景技术：

1、生物样品包括但不限于核酸、蛋白、脂类、糖类、细胞等。检测前一般需要前处理，将生物样品中的待检分子或细胞进行富集。检测通常针对待检分子的特性而采用针对性的技术和方法。如核酸(dna和rna)常采用聚合酶链式反应(pcr)进行扩增而测定，进一步的序列信息可通过测序获得；蛋白、脂类、糖类和细胞常基于靶分子或靶细胞与抗体或配体的相互结合而测定，如常用的酶联免疫法、免疫荧光法、western杂交法、免疫组织化学法等。

2、以新型冠状病毒(sars-cov-2)的检测为例。现有的检验方法主要是通过检测病毒的核酸、抗体及抗原三个方面来判断。

3、sars-cov-2的核酸主要是采取定量逆转录聚合酶链式反应法(qrt-pcr)测定。由于sars-cov-2是rna病毒，需要先将病毒rna逆转录为cdna，再进行pcr检测。qrt-pcr技术是从体液等多种类型样品中分离病毒rna，通过逆转录结合聚合酶链反应，将样品中微量的病毒核酸信息指数级放大，最后以荧光信号的强弱对rna进行相对定量测定。根据sars-cov-2的全基因组序列，相关技术中推荐sars-cov-2的三个特异性区域(orf1ab基因、n基因和e基因)适合作为pcr扩增区域。但是由于qrt-pcr技术需要严格的实验条件以及较长的扩增时间，因此限制了核酸检测的效率。

4、sars-cov-2的蛋白(抗原)或抗体主要采取酶联免疫法测定。广泛使用的快速抗原检测方法是胶体金法。该法是用预先包被的抗体检测待测样品中可能存在的病毒n蛋白(抗原)，一般在10～15分钟(min)就可以得出检测结果，方便易行。主要不足在于检测灵敏度和通量较低，且有一定的误判率。抗体检测是检测血清中由病毒感染后刺激人体产生的igm或igg抗体，igm抗体出现较早，igg抗体出现较晚。抗病毒抗体的出现一般滞后，且人群在接种疫苗后也会产生相应的抗体。因此，抗体检测一般不用于公共卫生控制疫情的需求。

5、利用抗体抗原特异性结合的原理设计的免疫学检测方法也广泛用于临床、科研、医药、食品等行业中各类分子的检测，包括蛋白、脂类、糖类和细胞。上述检测方法涉及较为复杂的生物化学或免疫学检测体系，操作步骤多，检测耗时较长；当待检微量分子时，上述检测方法的灵敏度和特异性会受到各种因素的影响。

6、有鉴于此，有必要开发一种灵敏度高且检测效率高的生物样品检测方法，可以实现微量生物样品的快速特异性检测。

技术实现思路

1、本技术通过大量的文献调研和创造性的实验探索，提出一种生物样品的检测方法，该检测方法基于一种可特异性识别不同待测生物样品电学特征的检测系统，该系统包括测试探针、测试电极、对照电极和测量模块。本技术的检测方法通过将交流信号施加到待测生物样品上并测量测试电极和对照电极充放电频率值之间的差异实现定性或定量检测，具有灵敏度高、特异性强且检测效率高的优点。

2、本技术的目的包括提供一种生物样品的检测方法、生物样品检测系统、生物样品检测装置、生物样品检测试剂盒和其应用，可以用于微量生物样品的高灵敏度检测和鉴定。

3、所述生物样品的检测方法，其包括如下步骤：

4、取测试探针溶于溶剂，制得测试探针溶液，连接所述测试探针溶液与测试电极；

5、取空白溶剂，连接所述空白溶剂与对照电极；

6、对所述测试电极和所述对照电极输入电源信号，用测量模块测试并记录各自的充放电频率，并通过测量模块设置频率差值为0，设置完成后断开所述测试探针溶液与测试电极；

7、取待测的生物样品，加入测试探针进行特异性结合，制得待测溶液，连接所述测试探针溶液与所述测试电极；

8、对所述测试电极和所述对照电极输入电源信号，用测量模块测试并记录各自的充放电频率，计算差值，通过计算获得的差值区分不同的生物样品。

9、本技术所述待检测的生物样品溶液为阻容特性溶液，当待测生物样品溶液通入交流信号时，内部电荷不断聚集移动，宏观上表现为充放电，其充放电的频率与其本身的电学性质和外部环境有关，通过检测其充放电的频率可进而区分不同性质和浓度的样品溶液。

10、本技术所述频率值是指生物样品在交流电场下所表现出来的电阻和电容之间相互作用的总体效应，当一个交流电场通过一个含有生物样品的水溶液时，它会遇到一些阻力和反向电势，这些效应可以通过测量该溶液对交流信号产生的响应来定量评估。

11、在一些实施方式中，生物样品电学特性检测系统通过将交流信号施加到待测样品上，并测量其输出信号(即传输函数)与输入信号之间的差异，从而实现对生物样品的定性或定量检测。

12、进一步地，输入的电源信号为ac或同时具有ac分量和dc分量的混合信号。

13、本技术检测方法中，待测的生物样品通电后，导致其频率变化的原因包括但不限于生物样品与测试探针特异性结合前后介电常数等发生改变，导致溶液内部等效电路发生改变，即宏观上溶液其本身的电学特性变化，进而影响其充放电频率。

14、进一步地，所述电学特性是指其待检生物样品与测试探针特异性结合前后的比阻、介电常数、磁导率、等效电路发生改变。

15、在一些实施方式中，通过差分的方式检测所述测试电极与所述对照电极间因测试探针与待测生物样品发生特异性结合而发生的充放电频率的改变，消除其他外部环境对充放电频率的影响。

16、在一些实施方式中，所述对照溶液及容纳测试探针的溶液均为同种溶液，其溶液内部离子浓度相同。

17、在一些实施方式中，将待测生物样品与缓冲液混合制成待测生物样品溶液，将待测生物样品溶液与所述测试探针混合，并将其与所述测试电极电性连接；将待测生物样品溶液与所述对照电极电性连接；对所述测试电极和对照电极输入交流信号，通过所述测量模块测试并输出所述测试电极与所述对照电极的充放电频率差值。

18、在一些实施方式中，所述测试电极外接交流信号。

19、在一些实施方式中，所述测试探针包括核酸探针、蛋白(抗体)探针的至少一种。

20、在一些实施方式中，所述核酸探针包括dna探针，进一步为单链dna(ssdna)探针。

21、在一些实施方式中，所述测试探针为抗体探针。

22、在一些实施方式中，所述待测样品包括核酸样品、蛋白样品、脂类样品和细胞样品中的至少一种。

23、核酸样品溶液频率变化是因为待测核酸与序列互补核酸探针发生特异性结合后形成的核酸双螺旋分子在非电化学的静电场条件下可以被电气等效为一个由碱基对数目和匹配/错配状态决定的级联形态的电容网络，不同的碱基对结合会导致溶液内部电容网络的变化。

24、蛋白、脂类、细胞样品溶液频率变化是因为待测蛋白、脂类和细胞等与蛋白(抗体)探针发生特异性结合后形成的复合物在非电化学的静电场条件下可以被电气等效为一个由配体或表位与受体匹配/错配状态及强度决定的级联形态的电容网络。不同的配体或表位与受体的结合会导致溶液内部电容网络的变化。

25、所述生物样品检测系统，其包括测试探针、测试电极、对照电极和测量模块；

26、其中，所述测试探针、所述测试电极、所述对照电极和所述测量模块如上述任一技术方案所定义。

27、所述生物样品检测装置，其包括上文所述的生物样品检测系统。

28、所述生物样品检测试剂盒，其包括上文所述的生物样品检测系统或生物样品检测装置。

29、本技术还涉及上文所述的生物样品检测系统或生物样品检测装置在生物样品检测中的应用。

30、本技术的检测方法创造性地使用电学方法对待测样品进行检测，通过测定充放电频率差值的方式来消除环境因素对溶液频率的影响，有效缩短了检测时间、提高了检测效率，节省了检测成本，该方法准确度高，灵敏度好。

31、本技术的检测方法可以将核酸检测时间压缩在1min～3min，蛋白、脂类、细胞的检测时间压缩在1min～10min，从而有效的避免使用qrt-pcr、elisa、免疫荧光等时间较长的技术。