一种光子晶体荧光免疫家庭检测试条及其制备方法和应用

本发明属于材料学与医学检测交叉领域，特别是涉及一种光子晶体荧光免疫家庭检测试条及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前疾病等的早筛中血液生物标志物的手段较为常见。生命体中与健康相关的一些标志物丰度，特别是在某些疾病早期，往往很低。在复杂的生物液体中检测痕量标志物会受到大量背景物质的干扰。光子晶体作为一种具有荧光增益作用的材料，由于光子晶体具有光子禁带和光子局域的特性，对光子在其中的传播可以进行控制，当荧光检测分子与光子晶体带隙匹配时，可以实现染料分子检测信号的增强。开发光子晶体荧光放大系统极具挑战力，结合生物检测体系，实现低浓度样本的高灵敏生物检测，这对于实现家庭或护理站点的简便快速精准检测对于生物研究、精准医疗和疾病早期诊断具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种检测试条，包括荧光检测区，所述荧光检测区包括表面修饰羧基的光子晶体材料，所述光子晶体材料通过表面修饰羧基固定第一生物分子。

2、根据本发明的实施方案，所述光子晶体材料具有荧光增益效果。优选地，所述光子晶体材料的荧光增益效果为10～100倍。

3、根据本发明的实施方案，所述光子晶体材料具有整齐排列的周期性结构。

4、根据本发明的实施方案，所述光子晶体材料通过微球自组装得到，从而具有光子禁带位置。

5、优选地，所述微球可选自但不限于聚苯乙烯微球、二氧化硅微球、二氧化钛微球、聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸-苯乙烯)乳胶球等中的至少一种。

6、进一步地，所述微球的粒径选自10-1000nm，例如为220nm。本发明通过调节微球的粒径，可以得到具有不同光子禁带位置的光子晶体。

7、优选地，光子晶体具有周期性整齐排列结构，所述周期性整齐排列结构通过所述微球自组装堆积得到。

8、根据本发明的实施方案，所述第一生物分子能与目标检测物特异性结合。

9、优选地，所述第一生物分子可以选自与目标检测物特异性结合的生物分子，例如选自适配体、抗原蛋白、抗体。示例性地，所述第一生物分子选自包括但不限于如下所示抗体中的一种、两种或更多种：igm抗体、igg抗体、afp抗体、dna\rna链、iga抗体等。

10、优选地，所述目标检测物选自蛋白质、多肽、药物、外泌体、病原体、毒品、食品等中的至少一种。进一步地，所述毒品例如选自吗啡、海洛因、冰毒、摇头丸、可卡因等中的至少一种。进一步地，所述食品选自含有下述有毒物质中的至少一种：三聚氰胺、苏丹红、邻苯二甲酸酯、黄曲霉素、亚硝胺类、多氯联苯。

11、根据本发明的实施方案，所述第二生物标记分子包括与目标检测物发生特异性结合的生物材料，还进一步包括荧光标记物质。

12、优选地，所述生物材料选自能与目标检测物特异性结合、且不能够与第一类生物分互相识别的生物材料。示例性地，所述生物材料例如选自抗体、适配体、多肽、dna/rna等中的至少一种。

13、优选地，所述荧光标记物质在紫外光或可见光的激发下产生荧光。

14、进一步地，所述紫外光的波长范围为320～450nm，优选为365～405nm。

15、进一步地，所述荧光标记物质选自量子点材料、荧光素染料、荧光微球等中的至少一种。

16、示例性地，所述量子点材料选自钙钛矿量子点、硫量子点、碳量子点、镉基量子点等中的至少一种。优选地，所述量子点材料选自钙钛矿量子点，示例性地，所述钙钛矿量子点的激发波长为365nm，其在可见光激发后的发射波长为450-650nm。

17、示例性地，所述荧光素染料选自fitc、罗丹明b、cy3、cy5、rox中的至少一种。

18、示例性地，所述荧光微球例如选自绿色的荧光微球，其在365nm紫外光下激发后的发射波长为480-525nm。

19、根据本发明的实施方案，所述光子晶体的光子禁带位置与第一生物分子上的荧光标记物质的荧光发射波长应相匹配，能够实现光子晶体的最大增益。

20、本发明中，所述的光子晶体在光子禁带位置对荧光标记物质具有最大增益效果的原理在于：一是光子晶体的结构可以定向发射与其带隙匹配的光子，从而实现荧光标记物质的荧光增强；其二是当荧光标记物质的发射光谱与光子晶体的带隙匹配时，光子效应会导致检测信号增强；其三是光子晶体贯通的周期性整齐结构也有利于被检测分子的传递，提高检测效率。

21、根据本发明示例性的方案，所述检测试条中，所述光子晶体的光子禁带位置为450-550nm；所述光子晶体通过聚(甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸-苯乙烯)乳胶球自组装得到，乳胶球的粒径为220nm；所述荧光标记物质为绿色的荧光微球，其在365nm紫外光下激发后的发射波长为480-525nm。

22、根据本发明的实施方案，所述荧光检测区内设置有检测线和质控线。

23、优选地，第一生物分子设置在所述检测线处。

24、优选地，所述质控线喷涂有活性验证物，所述活性验证物选自不能与目标检测物特异性结合、且不能够与第一类生物分互相识别的生物材料。

25、进一步地，所述活性验证物选自羊抗鼠igg抗体、山羊igg抗体、鼠抗兔igg抗体。

26、示例性地，所述第一生物分子选自afp捕获抗体；所述第二生物标记分子选自所述绿色的荧光微球标记的afp检测抗体；所述活性验证物选自羊抗鼠igg抗体或山羊igg抗体。

27、根据本发明的实施方案，所述检测试条还包括样品滴加区和捕获区，所述捕获区位于所述样品滴加区和所述荧光检测区之间。

28、根据本发明的实施方案，所述样品滴加区包括高亲水性材料。

29、优选地，所述高亲水性材料可以选自淀粉系、纤维素系、其他天然产物系、聚乙烯酸盐系、聚乙烯醇系、聚氧乙烯系等中的至少一种。

30、优选地，所述样品滴加区还可进一步设置微孔板，用于准确滴加待检测液体。

31、根据本发明的实施方案，所述捕获区包括第一生物分子，所述第一生物分子具有如上文所述的含义。

32、根据本发明的实施方案，所述检测试条采用双抗体夹心检测体系或竞争法检测体系。优选地，双抗体夹心检测体系是指抗体-抗原特异性识别作用或链霉亲和素-生物素相互作用。优选地，所述竞争法检测体系是抗体-抗原特异性识别作用或链霉亲和素-生物素相互作用。

33、根据本发明的实施方案，所述荧光检测区通过如下方法制备得到：将含有所述微球的墨水印刷到荧光检测区的基底上，优选印刷在所述基底上的检测线处。

34、优选地，所述印刷可选用本领域已知的方法，例如选用喷墨印刷技术。本发明喷墨印刷技术例如通过大型滚筒机将含有微球的油墨印刷到荧光检测区的基底上，可实现批量生产。优选地，所述基底选自本领域已知的基底，例如为pe塑料膜、铜版纸、pet塑料片等。

35、优选地，可以根据实际需要在基底上印刷得到图案化的花纹。本发明中对所述花纹不做具体限定，只要能实现荧光增益效果即可。

36、根据本发明的实施方案，所述含有微球的墨水中，微球的质量含量为1-20wt％，例如为8wt％。

37、本发明还提供一种检测试剂盒，所述检测试剂盒至少包括上述检测试条。

38、优选地，所述检测试剂盒还包括稀释液和/或一次性吸管。

39、根据本发明的实施方案，所述检测试剂盒可用于可视化荧光检测。

40、根据本发明的实施方案，所述检测试剂盒还包括检测盒。

41、优选地，所述检测盒包括紫外灯，例如手持紫外灯；所述紫外灯用于激发便携式手持紫外灯。

42、进一步地，所述紫外灯的波长范围为320～450nm，优选为365nm。

43、进一步地，所述紫外灯的功率为10～50w，优选为10w。

44、进一步地，所述紫外灯固定在所述检测盒上。

45、任选地，所述检测盒上还设置有与试纸条尺寸相符的卡槽。

46、本发明还提供上述检测试条或检测试剂盒在检测人体疾病的用途，例如用于检测人体疾病的生物标志物。

47、优选地，所述生物标志物例如为炎症四项的生物标志物(crp\saa\pct\il-6)、心肌六项的生物标志物(ast/ck/ckmb/ldh/ctni)、新冠的生物标志物(covid-19)、肝炎肝癌的生物标志物(afp\afp-l3％\dcp/pivka-ii\gp73)、甲状腺的生物标志物(tt3\tt4\tsh\ft3\ft4\tgab)、肾损伤的生物标志物(ngal\cysc)等。

48、本发明还提供一种检测方法，所述检测方法优选采用上述检测试条或检测试剂盒进行。

49、根据本发明的实施方案，所述检测方法具体包括：含有目标检测物的待检测液体滴加到所述检测试条的样品滴加区，侧流到捕获区，所述目标检测物与第二生物标记分子特异性结合，随后被荧光检测区的检测线的第一生物分子所捕获，紫外灯照射所述检测试条的荧光检测区，获取荧光检测区的荧光信号，对其荧光信号进行分析，判断是否含有目标检测物及其含量。

50、根据本发明的实施方案，所述荧光信号包括质控线的荧光信号和检测线的荧光信号，优选地，所述质控线的荧光信号用于判断是否含有目标检测物及其含量，检测线的荧光信号用于判断试纸条的有效性。

51、优选地，当质控线的荧光信号为无荧光显色，说明试纸条有效，检测结果有效。

52、优选地，当质控线的荧光信号为荧光显色，说明检测时操作过程不正确或检测试条失效，检测结果记为无效。

53、根据本发明的实施方案，所述荧光信号分析具体包括：将紫外光照射检测试条，采集检测试条的光学图像，对光学图像进行数据分析，例如rgb分析。

54、优选地，所述光学图像可以通过手机或光学显微镜拍摄，优选为手机。根据本发明的实施方案，所述检测方法的检测时间为5～10min。

55、根据本发明的实施方案，所述数据分析还包括与标准检测曲线对比。进一步地，所述标准检测曲线可选用本领域已知的方法得到。

56、示例性地，通过将不同浓度的目标检测物的标准样品溶液滴加至上述试纸条，采集试条的光学图像后，绘制得到检测标准曲线。进一步地，所述标准样品溶液的浓度例如包括10μg/ml、1μg/ml、0.1μg/ml、10-2μg/ml、10-3μg/ml、10-4μg/ml。

57、根据本发明的实施方案，所述待检测液体的体积为10～15ul，例如为10ul。

58、根据本发明的实施方案，所述待检测液体中，所述目标检测物的检测限值为不小于0.1ng/ml，优选为0.1～1000ng/ml。

59、根据本发明的实施方案，所述待检测液体可以为全血、血清、脑脊液、唾液、尿液等中的至少一种。

60、根据本发明的实施方案，所述待检测液体在检测时可根据需要进行稀释，稀释液例如选自pbs溶液。

61、本发明的有益效果：

62、1.本发明提供了一种可视化荧光免疫家庭检测试条，利用光子晶体荧光增强作用以及亲-疏水图案化结构富集作用，实现微量样本的快速精准居家检测。本发明的检测试纸具有较高的荧光增益效果，能够将荧光信号放大1～2个数量级。

63、2.本发明的检测试条可以实现多项生物标志物的快速同时检测，便捷简单化，低成本，可以大规模制备，便于临床诊断使用。

64、3.本发明的光子晶体增益荧光的检测平台不局限于检测试条，还可与微流控、微针等集成可实现多项生物标志物的联检和多样本检测。

65、4.本发明主要应用的临床场景为居家检测，由于光子晶体具有荧光增益作用，可以实现在极低浓度时超灵敏检测待测样品，可实现待测的血液样本或尿液样本的快速定量检测。