纸芯片、其制备方法及生物分子的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纸芯片技术领域，尤其涉及一种纸芯片、其制备方法及生物分子的检测方法。
【背景技术】
[0002]纸芯片是Whitesides课题组于2007年提出的一种满足POCT诊断平台发展要求的器件，具有价格低廉、可便携式、生物相容性好、简单快速、试剂消耗量小和设计灵活的等点，极有潜力发展成为一种新型廉价的检测平台，给发展中国家以及偏远地区提供原本无法获得的医疗诊断及健康监测，对个性化医疗的普及化起到巨大的推动作用。
[0003]纸芯片的制作方法有很多，常见的方法主要包括光刻法、石蜡打印法、平版印刷法、绘图法、喷墨打印法、等离子体蚀刻法和切割法等。到目前为止纸芯片的制作方法已经日趋成熟，研究的重点转移到利用纸芯片进行生物检测上来。目前纸芯片上的分析检测文献还大多数还停留在对小分子的检测上，例如葡萄糖、尿酸、乳酸和NADH等，关于生物大分子的检测相对较少。2012年，Whiteside课题组将纸芯片做成器件用于肝类疾病指示物的检测，他们同时检测了碱性磷酸酶、天冬氨酸转氨酶和总血清蛋白。该器件将样品前处理和分析检测结合于一体，器件中的滤膜可以直接过滤掉血红细胞，实现全血的直接检测，但是该器件的检测灵敏度很低，需进一步研究才能用于实际应用。Lei Ge课题组利用三维纸芯片构建了基于电化学发光免疫检测的器件，同时实现了 AFP、CA125、CA199、CEA四种肿瘤标志物的检测，但在实际应用方面还是存在一定局限性。Krull课题组将量子点应用于纸芯片中，实现了固相DNA杂交的检测，同时利用量子点多色发射的特点，建立了纸芯片上检测DNA杂交的比例型传感器，提高了检测灵敏度。Algar课题组同样利用量子点与纸芯片技术的结合在5-60min内实现水解酶活性的检测，检测限可以达到1_2ηΜ。
[0004]但是，这些方法都存在一定的缺陷:
[0005]( I)纸芯片上生物大分子的检测通常是利用酶联免疫反应进行检测，需要进行洗涤分离等，操作繁琐、耗时，同时，酶联免疫过程还需要使用抗原抗体等蛋白，价格昂贵，检测成本高；
[0006](2)纸张基底中的添加剂会产生相当高的背景信号，目前纸芯片上的荧光检测方法无法避免这一缺陷，限制其灵敏度的提高；
[0007](3)量子点具有一定的毒性，不适宜用于临床医学分析，限制了量子点在开发纸芯片方法中的应用。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供一种纸芯片、纸芯片的制备方法及生物分子的检测方法，本发明提供的纸芯片用于生物分子的检测时，反应速度快、检测成本低、灵敏度较高。
[0009]本发明提供了一种纸芯片，包括纸基材料、荧光供体和荧光猝灭剂；其中，所述纸基材料上设置有检测区；所述荧光供体材料固定在所述纸基材料检测区内，所述荧光供体材料包括上转换突光纳米材料和标记在所述上转换突光纳米材料上的表面标记物；
[0010]所述荧光粹灭剂包括有机染料或荧光受体。
[0011]优选的，所述有机染料标记在所述表面标记物上。
[0012]优选的，所述荧光供体材料中，所述上转换荧光纳米材料具有式(I)所示的原子比:
[0013]NaYF4:Yb，Ln (I);
[0014]其中，Ln为 Er、Tm 或 Ho。
[0015]优选的，所述突光供体材料中，所述上转换突光纳米材料的粒径为30nm?lOOnm。
[0016]优选的，所述表面标记物为单链核酸、蛋白质或多肽。
[0017]优选的，所述有机染料为罗丹明、BHQ、Cy3、Cy5或荧光素。
[0018]优选的，所述荧光受体为层状氧化石墨烯或氧化碳球。
[0019]优选的，所述纸基材料为办公室用打印纸。
[0020]优选的，所述检测区通过直接在办公室用打印纸上打印图案形成。
[0021]本发明还提供了一种纸芯片的制备方法，包括:
[0022]在纸基材料上形成检测区；
[0023]向所述检测区内加入荧光供体材料溶液,所述荧光供体材料包括上转换荧光纳米材料和标记在所述上转换突光纳米材料上的表面标记物；
[0024]去除所述荧光供体材料溶液中的溶剂，得到固定有荧光供体材料的纸基材料；
[0025]所述固定有荧光供体材料的纸基材料与荧光猝灭剂形成纸芯片；
[0026]所述荧光粹灭剂包括有机染料或荧光受体。
[0027]优选的，所述纸基材料为办公室用打印纸。
[0028]优选的，所述在纸基材料上形成检测区的具体方法包括:
[0029]用含疏水性物质的油墨在办公室用打印纸上打印图案，在办公室用打印纸上形成检测区。
[0030]本发明还提供了一种生物分子的检测方法，包括以下步骤:
[0031]提供纸芯片，所述纸芯片包括纸基材料、荧光供体和荧光猝灭剂；其中，所述纸基材料上设置有检测区；所述荧光供体材料固定在所述纸基材料检测区内，所述荧光供体材料包括上转换突光纳米材料和标记在所述上转换突光纳米材料上的表面标记物；所述突光粹灭剂包括有机染料或突光受体；
[0032]将荧光猝灭剂溶液加入到纸基材料的检测区内，再加入待测样品进行孵育，测定得到的产物的荧光强度，根据所述荧光强度以及浓度与荧光强度的标准曲线计算所述待测样品的浓度。
[0033]优选的，所述浓度与荧光强度的标准曲线按照以下方法建立:
[0034]将荧光猝灭剂溶液加入到纸基材料的检测区内，分别加入系列浓度的标准样品进行孵育，分别测定得到的产物的荧光强度，根据标准样品的系列浓度以及相对应的荧光强度建立浓度与荧光强度的标准曲线。
[0035]优选的，所述待测样品为含有待测生物分子的全血或血清。
[0036]优选的，所述生物分子为单链核酸、糖类、蛋白质、尿酸或乳酸。
[0037]本发明还提供了一种生物分子的检测方法，包括以下步骤:
[0038]提供纸芯片，所述纸芯片包括纸基材料、荧光供体和荧光猝灭剂；其中，所述纸基材料上设置有检测区；所述荧光供体材料固定在所述纸基材料检测区内，所述荧光供体材料包括上转换突光纳米材料和标记在所述上转换突光纳米材料上的表面标记物；所述突光猝灭剂为有机染料；所述荧光猝灭剂标记在所述表面标记物上；
[0039]将待测样品加入到纸基材料的检测区内进行孵育，测定得到的产物的荧光强度，根据所述荧光强度以及浓度与荧光强度的标准曲线计算所述待测样品的浓度。
[0040]本发明还提供了一种用于生物分子检测的检测装置，包括上述技术方案所述的纸芯片和荧光检测装置。
[0041]与现有技术相比，本发明提供的纸芯片包括纸基材料、荧光供体和荧光猝灭剂；其中，所述纸基材料上设置有检测区；所述荧光供体材料固定在所述纸基材料检测区内，所述荧光供体材料包括上转换荧光纳米材料和标记在所述上转化荧光纳米材料上的表面标记物；所述荧光猝灭剂包括有机染料或荧光受体。本发明将上转换荧光分析与纸芯片技术相结合，减少了反应物的用量，降低了检测成本，加快了反应物的反应速度，将传统的2h?3h的反应时间缩短到Ih以内，增加了纸芯片应用于临床检测的可能。同时，本发明将上转换荧光分析引入纸芯片技术中，可以克服生物样品本底荧光和散射光的影响，同时避免纸张添加剂的干扰，实现血清和全血样品的直接检测，提高分析检测的灵敏度。实验结果表明，本发明提供的检测方法的检测结果与实际浓度的吻合率在99.5%以上，准确率较高。
[0042]进一步的，本发明可以使用办公室用打印纸作为纸基材料，直接在该打印纸上打印出图案即可得到检测区，无需对图案进行进一步处理，简化了纸芯片的制备方法，降低了原材料成本。
【附图说明】
[0043]图1为本发明实施例提供的纸基材料检测区形成的方法；
[0044]图2为本发明提供的检测方法的检测机理；
[0045]图3为本发明实施例1提供的不同浓度的待测物质的荧光强度曲线图；
[0046]图4为本发明实施例1提供的标准曲线；
[0047]图5为本发明实施例2提供的不同浓度的待测物质的荧光强度曲线图；
[0048]图6为本发明实施例2提供的标准曲线；
[0049]图7为本发明实施例3提供的不同浓度的待测物质的荧光强度曲线图；
[0050]图8为本发明实施例3提供的标准曲线。
【具体实施方式】
[0051]本发明提供了一种纸芯片，包括纸基材料、荧光供体和荧光猝灭剂；其中，所述纸基材料上设置有检测区；所述荧光供体材料固定在所述纸基材料检测区内，所述荧光供体材料包括上转换突光纳米材料和标记在所述上转换