专利名称：诊断霍乱专用微流控芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种诊断霍乱专用微流控芯片，属于测试领域。
背景技术：
霍乱是由霍乱弧菌引起的一种烈性传染病，属于国际检疫传染病，也是我 国传染病防治法规定的甲类传染病病原之一。该病发病急、传播快、涉及范围 广，可引起局部和世界性的爆发流行为特征；是一种严重危害人类健康和生命 的传染病。霍乱弧菌是导致感染者严重腹泻的病原菌，作为国际检疫传染病一 —霍乱的病原诊断,以检出01群霍乱弧菌或0139群霍乱弧菌为准。
长期以来，对霍乱弧菌的诊断都是采用传统的检验方法，即形态学、生理 生化特征及血清学鉴定以及噬菌体分型等，最快的也要十几个小时才能完成。 时间长、样本量大、准确率低，且一次只能获得一种致病菌种类和数量。近年 来，在传统的检测方法基础上，单克隆抗体和分子生物学技术越来越多地应用 到霍乱弧菌的研究中，相关测试方法的飞速发展为霍乱弧菌的检测提供了新的 强有力的手段。其中主要有胶体金标记免疫层析技术、实时荧光PCR技术、
基因传感器技术、间接免疫荧光技术、酶联免疫吸附技术和核酸序列分析技术 等。然而，上述方法中，病原体的分离费时费力，不适用快速批量诊断。由于
需要孵育、洗脱、显色等多重步骤， 一般需要数小时。核酸PCR检测诸法中， 实时荧光定量PCR敏感性高、特异性强，可以縮短检测窗口期，但需要较昂贵 的仪器设备，无法大面积推广，且分离核酸和进行PCR反应也需要数小时，故 无法快速检测。免疫胶体金试纸条可以在数分钟内获得结果，实现快速检测， 但一般只能达到半定量测定标准，敏感性差，成本高，也难以同时检测多种抗 原。近年来发展很快的时间分辨荧光免疫分析方法和化学发光方法虽然灵敏度高，但是仍需要繁琐的前处理，且检测价格昂贵。其中免疫分析技术是实现传 染病准确诊断的重要手段，通过测定病后2周血清抗菌"诊断蛋白"(抗原航体， 简称DP)含量，可以获取病原体的种类和数量。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 病菌的检测非常复杂，传统的免疫分析通常只针对单一指标进行检测。由于一 种诊断蛋白可出现在不同病菌，或不同诊断蛋白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量 反映各种致病菌的种类和数量；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。
01、 0139霍乱弧菌联检需要同时获取TP0821、 TP0319、 TP0624以及霍 乱弧菌0139菌体蛋白、甘露糖敏感血凝(rMSHA)等几种诊断蛋白含量，综合 分析才能得到，其中，前四种蛋白含量的检测更具诊断意义。
所述诊断蛋白TP0821、 TP0319、 TP0624、霍乱弧菌0139菌体蛋白，以 及，相应的TP0821抗体、TP0319抗体、TP0624抗体、0139菌体蛋白抗体， 其技术含义在霍乱诊疗技术领域是公知的。
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 一块几平方厘米的微芯片上迸行的一门前沿技术，具有分析速度快、信息量大、 试剂消耗少、污染小、操作费用低、仪器简便以及检测速度和灵敏度俱佳等优 点。微流控技术代表着21世纪分析仪器的发展方向。目前基于微流控芯片的检 测技术主要有紫外吸收检测、激光诱导荧光检测、电导检测、伏安检测等。其 中紫外吸收检测和电导检测比较通用，但是其灵敏度较低；激光诱导荧光检测 和伏安检测灵敏度较高，但是测定对象不多，限制了它们的推广。而传感器中 采用电化学检测，体积小、自动化程度高、成本低，非常适合于现场分析。
目前，在微流控芯片技术领域，利用霍乱多种特征抗体同时检测、快速诊 断霍乱的技术尚未见报道。
实用新型内容
本实用新型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霍乱多种特征抗体进行同时检测的应用于快速诊 断烈性传染病霍乱的专用微流控芯片。
本实用新型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诊 断霍乱专用微流控芯片，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毛细管通道，以及，三个微储液池， 毛细管通道的一端经由Y字形三联通道分别与其中的两个微储液池联通，毛细 管通道的另一端与余下的一个微储液池联通，以及，依序分别装设在所述毛细 管通道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由金 属电极以及包覆在所述金属电极上的抗体物质表层构成，本案改进之处在于， 所述毛细管通道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的毛细管通道由四个微小 通道并联构成，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 置分别位于所述四个微小通道内，以及，该四个工作电极其表层结构中的抗体
物质分别是四种抗体物质，该四种抗体物质分别是霍乱TP0821抗体以及霍乱 TP0319抗体以及霍乱TP0624抗体以及霍乱0139菌体蛋白抗体。所述抗体物 质包含为固定所述各霍乱抗体而引入其中的辅助性介质，所述辅助性介质例如 巯基丁二胺铜修饰介质，所述金属电极可以首先利用所述辅助性介质进行表面 修饰处理，之后在其上包覆抗体物质表层，抗体物质表层与所述辅助性介质浑 然一体。本案微流控芯片的结构中涉及若干种电极，所述电极均为微小尺寸的 电极，其中的每一个电极的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。本案微流控芯片结构中涉 及若干个微储液池，所述微储液池是用于过渡性储液的微池或微囊，其中的每 一个微储液池的微型的内腔其形状均可以是任意选定的形状，所述内腔形状例如微型的圆柱形空腔状、微型的方柱形空腔状、微型的椭圆形空腔状或微型的 球形空腔状等等。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微储液池联通。 本案微流控芯片的具体实现路径可以有多种，选其一详解如下-
一、 高聚物微金电极盖片的制备
1、 以石英/铬板为光掩模，用紫外光作为光源对盖片表面的选择性区域进 行辐射。
2、 采用己二胺作为胺化剂，1-[3， - (N-N-二甲基胺)丙基]-3-已基碳二亚
胺盐酸盐为偶合剂对经过选择性区域照射的高聚物进行胺化反应。
3、 将经过选择性区域胺化反应的高聚物浸入氯金酸中反应泡。
4、 用蒸馏水清洗以后，再将其浸入硼氢化钠溶液中还原。
5、 用蒸馏水清洗以后，在将其浸入0.5mol/L的硫氰化钾溶液中超声清洗 30Min。
6、 将经过清洗的高聚物盖片浸入含有金离子、络合剂和还原剂甲醛的镀液 中，于45-60。C下反应1h。
7、 将镀有微金电极的盖片放入烘箱中退火处理约3 h，即得到本发明的高聚 物多微金电极盖片。其中微金电极长3mm，宽3mm，厚度约为0.1mm。相互 之间间距约为3mm。
二、 带有微通道的高聚物基片的制作 1、制作单晶硅阳模绘制芯片设计图，图形线条宽度约为25-100|jm，采用高清晰激光照片系 统输出在透明的胶片上，即得到光刻掩模。
通过化学气相沉积法在基片表面上沉积一层氮化硅薄模作为牺牲层，在此 基片上通过旋转覆模技术覆盖一层光敏胶，于烘箱中6(TC处理15-20min;将 光刻掩模覆盖在基片上，通过暴光成像的原理将光刻掩模上的图像转移到基片 表面的光胶层上；通过干法腐蚀的方法将光胶层上的平面二维图形加工成具有 一定深度的立体结构。即可得到具有凸起的通道的单晶硅阳模。制备好的单晶 硅阳模依次用H202: H2S04溶液(体积比为1:4)，丙酮和蒸馏水清洗，以 除去其表面的氧化物。
2、 采用热压法复制微通道
将PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)有机玻璃片切割成长约6cm，宽4cm的 尺寸。超声清洗，自然凉干，在热压装置中将PMMA有机玻璃基片加热到软化 温度(11CTC)左右，然后在单晶硅阳模上施加一定的压力，并持续约1min， 即可在PMMA有机玻璃基片压制出与单晶硅阳模互补的微通道。然后，将阳模 和刻有微通道的PMMA基片一起冷却后脱模，就得到所需的微通道。
3、 在盖片上制作微储液池 在盖片上采用金刚钻钻出三个微储液池。
三、 将高聚物微金电极盖片和带有微通道的高聚物基片在低温氧等离子气氛中 处理干净
四、 芯片封合
在显微镜下对准高聚物微金电极盖片和带有微通道的高聚物基片，将此基 片和盖片固定用二片盖玻片夹紧，放置在烘箱中于11(TC左右保温15min，即 可得到所需的四通道PMMA微流控芯片。
五、 将步骤四所完成的PMMA芯片分别在工作电极、参考电极及对电极末端利 用银胶接上铜片作为导线，待银胶完全干后再封上热熔胶以固定铜片，即完成整个四通道微流控芯片的制作。 六、包覆抗体物质表层
1、 采用等离子体表面处理法将微电极表面处理干净，将处理后的微电极浸
于20mmol丄-1除氧的CuL (巯基丁二胺铜)溶液20h，获得CuL修饰电极。
2、 采用点样仪将各种单克隆抗原点到电极表面，点样量在0.1-10mL及 0.1-100mL之间任意选择；点样精度0.5 nl;点样速度3s/ul，每隔3mm点一 次样品，在非接触喷样模式下将10iJL量的TP0821抗体，TP0319抗体， TP0624抗体，0139菌体蛋白抗体等四种抗体物质分别固定在四个CuL修饰的 工作电极表面，至此，包覆抗体物质表层的制备操作完成。
详解的本案微流控芯片的上述具体实现路径其相关各个操作参数可以根据 实际需要进行调整。
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 用四通道电化学仪器分别对四种蛋白加以检测。 本案微流控芯片的具体检测使用步骤如下
1、 在微管路中加入样品液，在外加微泵驱动下，各种抗原分子被各通道中 电极表面相应抗体捕获，通过夹心法结合酶标"二抗"形成免疫复合物。
2、 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，由此获得各种分析物含量。
3、 将结果进行综合分析，对霍乱进行诊断。
本实用新型的优点是，在一块微流控芯片上集成了分别包覆有四种特征抗 体物质表层的四个工作电极，该四个工作电极分别针对检测霍乱的四种特征诊 断蛋白，本案微流控芯片是一种能够利用霍乱多种特征抗体进行同时检测的应 用于快速诊断烈性传染病霍乱的专用微流控芯片，其集成构造的结构特点决定 了该芯片的使用有助于加快霍乱诊断速度、有助于降低霍乱诊断费用。
图1是本案微流控芯片实施例构造轮廓示意图，所展示的是该例结构的俯 视角度下的透视的形态。
图中，1、 2、 10分别是三个装设位置不同的微储液池，3是Y字形三联通 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微 小通道，5是装设在微小通道4内的具有霍乱TP0821抗体表层的工作电极，6 是装设在微小通道7内的具有霍乱TP0319抗体表层的工作电极，12是装设在 微小通道11内的具有霍乱TP0624抗体表层的工作电极，13是装设在微小通 道14内的具有霍乱0139菌体蛋白抗体表层的工作电极，8是对电极，9是参 比电极。
具体实施方式
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毛细管通道，以及，三个微储液 池，该三个微储液池分别是微储液池1、微储液池2和微储液池10，毛细管通 道的一端经由Y字形三联通道3分别与微储液池1以及微储液池2联通，毛细 管通道的另一端与余下的一个微储液池10联通，以及，依序分别装设在所述毛 细管通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 金属电极以及包覆在金属电极上的抗体物质表层构成，毛细管通道的构造呈并 联构造，该呈并联构造的毛细管通道由四个微小通道并联构成，该四个微小通 道分别是微小通道4以及微小通道7以及微小通道11以及微小通道14，以及， 工作电极的数量是四个，该四个工作电极分别是工作电极5以及工作电极6以 及工作电极12以及工作电极13，其中，工作电极5是装设在微小通道4内的 具有霍乱TP0821抗体表层的工作电极，工作电极6是装设在微小通道7内的 具有霍乱TP0319抗体表层的工作电极，工作电极12是装设在微小通道11内 的具有霍乱TP0624抗体表层的工作电极，工作电极13是装设在微小通道14内的具有霍乱0139菌体蛋白抗体表层的工作电极。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。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。本例结构中的各微储液池可 以根据需要与作为附件的微流动泵按任何方式联通。
权利要求1.诊断霍乱专用微流控芯片，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毛细管通道，以及，三个微储液池，毛细管通道的一端经由Y字形三联通道分别与其中的两个微储液池联通，毛细管通道的另一端与余下的一个微储液池联通，以及，依序分别装设在所述毛细管通道内不同位置上的工作电极以及对电极以及参比电极，所述工作电极由金属电极以及包覆在所述金属电极上的抗体物质表层构成，其特征是，所述毛细管通道的构造呈并联构造，所述呈并联构造的毛细管通道由四个微小通道并联构成，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个微小通道内，以及，该四个工作电极其表层结构中的抗体物质分别是四种抗体物质，该四种抗体物质分别是霍乱TP0821抗体以及霍乱TP0319抗体以及霍乱TP0624抗体以及霍乱O139菌体蛋白抗体。
专利摘要本实用新型涉及一种诊断霍乱专用微流控芯片，属于测试领域。快速且廉价地对烈性传染病霍乱进行诊断是医疗技术进步的诸多企望之一，本案提供一种利用霍乱多种特征抗体同时检测、快速诊断霍乱的微流控芯片。该芯片带有三个微储液池，本案要点是，芯片内含有呈并联构造的毛细管通道，该并联构造含有四条相互并联的微小通道，共有四个工作电极分别装设在所述四条微小通道内，该四个工作电极的表层物质分别是四种抗体物质，该四种抗体物质分别是霍乱TP0821抗体以及霍乱TP0319抗体以及霍乱TP0624抗体以及霍乱O139菌体蛋白抗体。本案芯片其集成构造的结构特点决定了该芯片的使用有助于提高霍乱诊断速度并降低诊断耗费。
文档编号G01N33/569GK201348632SQ20082018400
公开日2009年11月18日 申请日期2008年12月30日 优先权日2008年12月30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