CN111495446B - 一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开生物医学检测领域中的一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置与方法，芯片槽旁侧设有近红外检测装置和气泵装置，微流控芯片上的进样结构侧面上的一个开口经水平的离心管连接血浆收集结构，另一个开口处经PDMS膜阀门依次连接惯性聚集区结构、惯性分离区结构和白细胞收集结构，在离心管的中间段上通过微管连接空腔的内端口，空腔的外端口连接第一接口，惯性聚集区结构由三个相同的缩扩结构通过第二管道依次串联组成，惯性分离区结构由弯道、连接管、废液区组成，利用惯性微流原理实现白细胞的富集，利用迪恩涡流加速白细胞与其他血细胞的分离，用近红外检测装置检测，微处理器快速处理和分析，快速判断过敏状态及过敏原种类。

Description

一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置与方法

技术领域

本发明属于生物医学检测领域，具体是基于微流控芯片的普适食物过敏原检测技术，用于检测人体在食物过敏情况时的血液样品和食物过敏原。

背景技术

随着科技进步和经济的发展，产生了诸多新的食品资源，导致人们食物过敏的概率增大，导致过敏症发病率呈逐年上升趋势。由于食品生产、流通、消费方式的改变，打破传统的食物过敏原的地域性，食物过敏具备更大的潜在危险性。食物过敏原越发普遍地危害人们的健康，对食物过敏原的检测，需要具有快速、简易、高通量、普适性强、可靠性高的特点。目前，对食物过敏原检测的方法都较传统，且操作复杂，专业性要求高。其中，PCR法和酶联免疫吸附法是目前最常见的方法，但其容易出现交叉反应现象，出现被食物加工过程和过敏原自身性质影响而导致结果的偏差。典型的对食物过敏原的检测技术如中国专利号为CN201810413617.4、名称为“基于IgA抗体检测食物过敏原的ELISA试剂盒”，其基于IgA（免疫球蛋白A）抗体检测食物过敏原的ELISA试剂盒操作较为复杂，通过洗涤缓冲液、样品稀释液、酶标记的亲和素溶液等多种液体相互作用，最终通过显色来判断，故自动化程度不高，检测对象不丰富，且需要采用专业设备进行检测。

发明内容

本发明的目的是为解决现有食物过敏原检测技术存在的上述问题，提出一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置以及该装置的检测方法，其高效准确、操作简便、等待时间短、成本低、检测种类丰富、适用范围广，并很好地了检测时假阳性的容错问题，能检测出致敏状态，在出现过敏症状前给出预判。

本发明所提出的一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置采用的技术方案是：包括置放微流控芯片的水平的芯片槽，步进电机的输出轴垂直向上且与芯片槽的中心固定连接，芯片槽旁侧设有近红外检测装置和气泵装置，气泵装置中的气泵水平布置，气泵上开有进气口和出气口，所述的微流控芯片上设有进样结构、空腔、血浆收集结构、白细胞收集结构、惯性分离区结构和惯性聚集区结构，进样结构侧面上的一个开口经水平的离心管连接血浆收集结构，另一个开口处经PDMS膜阀门依次连接惯性聚集区结构、惯性分离区结构和白细胞收集结构，在离心管的中间段上通过微管连接空腔的内端口，空腔的外端口连接第一接口，空腔通流面积比微管通流面积大；PDMS膜阀门具有相互连接的第一管道和第二接口，第一管道和进样结构相连接，在第一管道和第二接口的连接处设置一个纵截面是圆弧形的PDMS膜，PDMS膜的开口朝上且连接第二接口，惯性聚集区结构由三个相同的缩扩结构通过第二管道依次串联组成，第二管道与第一管道相连接；惯性分离区结构由弯道、连接管、废液区组成，弯道的进口端连接第二管道，弯道的出口端通过第三管道连接白细胞收集结构，弯道内外两侧各通过一个连接管连接一个废液区，每个废液区顶部中间各开有一个通气口；血浆收集结构和白细胞收集结构都包括由上至下依次连接的收集器、被动微阀和收集管，收集器的顶部经橡皮管连接第三接口；微处理器分别连接步进电机、近红外检测装置和气泵装置。

所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的检测采用的技术方案是包括以下步骤：

步骤1：将血液样品加入到进样结构中，步进电机工作，微流控芯片旋转， PDMS阀门处于关闭状态，血液不会进入空腔中和第一管道中，血浆和血细胞分开，分界线位于微管附近；

步骤2：微流控芯片旋转到第一接口与气泵装置的出气口对准的位置时步进电机停止，气泵装置工作，向第一接口内吹气，血浆沿着离心管进入血浆收集结构的收集管中，步进电机工作，直至血浆收集结构中的第三接口与气泵进气口对准时停止，气泵装置工作，对着血浆收集结构的第三接口抽气，微阀片向上打开，血浆转移到血浆收集结构的收集器内，气泵装置停止工作，完成血浆的收集；

步骤3：步进电机工作直至PDMS膜阀门的第二接口对准进气口，步进电机停止，气泵装置工作，向外抽气，PDMS膜向上移动，血细胞经第一管道、第二管道进入惯性聚集区结构，体积较大的白细胞聚焦在中心，其它血细胞聚焦在四周，然后进入惯性分离区结构，其它血细胞顺着弯道进入废液区内，白细胞经第三管道靠近白细胞收集结构，气泵装置停止，步进电机工作，直至白细胞收集结构的第三接口与气泵进气口对准时停止，气泵装置工作，对着白细胞收集结构的第三接口抽气，使得白细胞进入白细胞收集结构的收集器内，完成白细胞的收集；

步骤4：步进电机转动，直至血浆收集结构的收集器进入位于近红外检测装置中便停止，近红外检测装置工作，采集血浆样品的光信息；步进电机再工作，直至白细胞收集结构的收集器进入近红外检测装置中便停止，近红外检测装置检测白细胞收集结构的收集器中的白细胞样品的光信息，根据两种光信息判断过敏原。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1.本发明可以高效高通量地分离血浆和血细胞，提高检测样品各自的浓度，提高了检测灵敏度和准确度。

2.本发明运用惯性微流原理，在不加任何外力且基本不损伤细胞的条件下，快速实现白细胞的富集。

3.本发明在富集白细胞的微通道中串联三个缩扩结构，利用迪恩涡流加速白细胞与其他血细胞的分离，并实现高通量处理样品。

4.本发明采用特殊结构的微流控芯片，利用微通道实现液体流通及分离，体积小，成本低。将分离和富集操作过程都集成在一片芯片上，实现一体化，自动化，缩短检测时间，简化检测流程。

5.本发明用近红外光发射二极管和光电倍增管组成近红外检测装置，将检测到的数据上传到微处理器，定性定量和高灵敏度地检测样品，并且快速处理和分析，实现检测分析一体化，快速判断过敏状态及过敏原种类。

6.本发明将识别和检测IgE（血清免疫球蛋白E）和IgG（免疫球蛋白G）结合起来，不仅减少了检测时假阳性的容错问题，还大大提高检测结果可靠性，也为检测出丰富的食物过敏原提供了支持。

7.本发明通过同时检测白细胞中的嗜碱性粒细胞Fc端是否已结合IgE抗体，提高对过敏状态的判断准确度，且能发现尚未表征出来的致敏状态，为提前治疗做好准备。

8. 本发明可通过编程控制步进电机，将芯片和离心检测装置既分离开又紧密耦合在一起，大大节约成本，且使整个装置具有很强的普适性。

附图说明

图1是本发明一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的立体结构图；

图2是图1中近红外检测装置70和.气泵装置71的结构放大示意图；

图3是图1中电路控制板63的内部结构以及外接原理图；

图4是安装在图1所示芯片槽69中的微流控芯片的立体结构图；

图5是图4所示微流控芯片的内部结构主视图；

图6是图5中的PDMS膜阀门2的结构放大示意图；

图7是图5中的惯性聚集区结构31的放大示意图；

图8是图5中的惯性分离区结构32的放大示意图；

图9是图5中的血浆收集结构51或白细胞收集结构52的放大示意图；

图10是图9中的被动微阀513的结构放大示意图；

图11是本发明一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的检测方法流程简图；

附图中各部件的序号和名称：

1.血液离心结构；2.PDMS膜阀门；3.白细胞分离富集结构；4.芯片座；5.收集结构；11.离心管；12.微管；13.空腔；14.第一接口；15.进样结构；16.进样口；31.惯性聚集区结构；32.惯性分离区结构；51.血浆收集结构；52.白细胞收集结构；21.第二接口；22.PDMS膜；23.第一管道；311.第二管道；312.缩扩结构；313.其它血细胞；314.白细胞；321.废液区；322.通气口；323.连接管；324.弯道；325.第三管道；511.连接口；512.收集器；513.被动微阀；514.第四管道；515：第三接口；516.橡皮管；5131.微阀片；5132.夹层；514.收集管；61.底座；62.支柱；63.电路控制板；64.支撑板；65.防震柱；66.固定层板；67.步进电机；68.固定片；69.芯片槽；70.近红外检测装置；71.气泵装置；72.步进电机的输出轴；701.近红外发光二极管；702.遮光板；703.光电倍增管；704.第一支架；711.气泵；712.气泵进气口；713.气泵出气口；714.第二支架；631.步进电机模块；632.微处理器；633.近红外模块；634.气泵模块。

具体实施方式

参见图1，本发明一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置包括一个水平放置的芯片槽69，芯片槽69中置放了水平的微流控芯片，微流控芯片被芯片槽69固定住不能移动。芯片槽69的中心正下方是垂直布置的步进电机67，步进电机的输出轴72垂直向上与芯片槽69的中心固定连接在一起。当步进电机67转动时，能带动芯片槽69和其中的微流控芯片同时旋转。

步进电机的输出轴72外部有间隙地套有一块水平的固定层板66，起到减小震动的作用。固定层板66的下方四周通过四个垂直的防震柱65固定连接水平的支撑板64，四个防震柱65的上端分别用固定夹68与固定层板66固定，步进电机67的壳体底部固定连接在支撑板64上。支撑板64的下方四周通过四个垂直的支柱62固定连接底座61，支柱62起到减震稳固的作用，底座61位于整个装置的最下方，起到支撑作用。在支撑板64的正下方，底座61的中间位置安装电路控制板63，用于控制装置的自动运行。

在芯片槽69的旁侧设置了近红外检测装置70和气泵装置71，近红外检测装置70和气泵装置71的底端固定连接在底座61上，近红外检测装置70和气泵装置71的顶端高度根据需求有所不同。近红外检测装置70的顶端高于微流控芯片，以便检测到样品。气泵装置71的顶端和微流控芯片中的对应接口的高度相同，方便气泵装置71和微流控芯片中的对应接口对接上，气泵装置71用于向对应接口中的内部吹气或者向外部吸抽气。

再结合图2，近红外检测装置70包括光电倍增管703和近红外发光二极管701，光电倍增管703和近红外发光二极管701两者的中心在同一水平线上且面对面安装。在光电倍增管703和近红外发光二极管701之间的上端固定连接挡光板702，挡光板702固定于连接第一支架704的上端，第一支架704垂直布置，其下端固定连接在底座61上。挡光板702的高度要高于芯片槽69，挡光板702可以减少外界光对检测的影响。当该装置工作时，近红外发光二极管701发射近红外光透过样品，正对面的光电倍增管703接收经样品散射后的光，从而可根据散射后光信息来分析检测结果。

气泵装置71由气泵711、气泵进气口712、气泵出气口713、第二支架714组成。气泵711水平布置，其上开有气泵进气口712和出气口713，气泵进气口712和出气口713的中心在同一高度，都面朝着微流控芯片上的对应接口。气泵711通过垂直的第二支架714固定连接在底座61上。当微流控芯片旋转时，其上的对应接口就会分别旋转到与气泵进气口712或气泵出气口713正对的位置，使对应接口与气泵进气口712或气泵出气口713对接上，这样，气泵711工作时，就能通过气泵进气口712或气泵出气口713对微流控芯片进行吹气或抽气。

参见图3，所述的电路控制板63上集成了微处理器632、步进电机模块631、近红外检测模块633、气泵模块634。微处理器632经步进电机模块631连接步进电机67，控制步进电机67工作。微处理器632经近红外检测模块633连接近红外检测装置70，控制近红外检测装置70工作。微处理器632经气泵模块634连接气泵装置71，控制气泵装置71工作。近红外检测装置70还经信号线连接微处理器632，将其采集到的数据送给微处理器632，微处理器632快速处理采集的数据。

参见图4和图5所示的微流控芯片的结构，微流控芯片水平放置且卡在芯片槽69中。微流控芯片由血液离心结构1、PDMS膜阀门2、白细胞分离富集结构3、芯片底座4、收集结构5组成。底部是水平的芯片底座4，芯片底座4上设有血液离心结构1、PDMS膜阀门2、白细胞分离富集结构3和收集结构5。血液离心结构1又由离心管11、微管12、空腔13、第一接口14、进样结构15组成，进样结构15的顶面中心开有进样口16。收集结构5由血浆收集结构51和白细胞收集结构52组成，血浆收集结构51和白细胞收集结构52两者相互独立不连接。进样结构15和收集结构5分别布置在芯片底座4的两侧，远离芯片底座4的中心，靠近芯片底座4的外缘。进样结构15的侧面上开有两个开口，一个开口经水平的离心管11连接血浆收集结构51，另一个开口处安装PDMS膜阀门2。在离心管11的中间段上通过微管12连接空腔13的内端口，空腔13的外端口连接第一接口14。微管12和空腔13都位于离心管11的外侧。空腔13的通流面积比微管12通流面大很多，微管12和空腔13组成毛细微阀结构，空腔13的和微管12采用微加工技术在硅衬底上加工，与玻璃进行键合，使整个毛细微阀具有亲水性。第一接口14伸在芯片底座4的外缘处，第一接口14中心与气泵装置71的气泵进气口712和气泵出气口713的中心在同一高度，能与气泵进气口712和气泵出气口713对接上。PDMS膜阀门2通过相应的微通道一直转接到白细胞分离富集结构3，白细胞分离富集结构3与血液离心结构1呈平行关系。

白细胞分离富集结构3由串联的惯性聚集区结构31和惯性分离区结构32组成，PDMS膜阀门2经惯性聚集区结构31连接惯性分离区结构32，惯性分离区结构32与白细胞收集结构52相连接。

血浆收集结构51和白细胞收集结构52在同一水平线上，且高度显著高于血液离心结构1、PDMS膜阀门2和白细胞分离富集结构3。

参见图6，PDMS膜阀门2具有相互连接的第一管道23和第二接口21，第一管道23水平布置并且和进样结构15相连接。在第一管道23和第二接口21的连接处设置一个纵截面是圆弧形的PDMS膜22，PDMS膜22的开口朝上，且开口处连接第二接口21，第二接口21伸向芯片底座4的外缘处，并且能与气泵装置71的进气口712和出气口713对接上。PDMS膜22在重力作用下会自然向下塌陷，塌陷后PDMS膜22的底部能与第一管道23底面完全接触。当气泵装置71工作，气泵出气口713对准第二接口21时，通过抽气的方式，受到气压的作用，PDMS膜22会向上抬起，使第一管道23贯通，和进样结构15连通，进样结构15内的液体可以顺利流经第一管道23。当停止抽气时，PDMS膜22会自然下垂，阻断第一管道23。

参见图7所示的惯性聚集区结构31，其由三个相同的缩扩结构312通过第二管道311依次串联组成。第二管道311连接在缩扩结构312的中间，第二管道311与PDMS膜阀门2中的第一管道23相连接，使进样结构15和惯性聚集区结构31相连通。每个缩扩结构312的长宽比为5：6。惯性聚集区结构31利用了惯性微流原理：由于不同尺寸的细胞受力不同，从而在第二管道311中聚焦于不同位置。由于白细胞314体积大于其它血细胞，因而就聚焦在缩扩结构312和第二管道311的中间位置，而其它血细胞313聚焦在缩扩结构312和第二管道311的四周。为了缩短细胞分离时间，缩扩结构312设计成长方体，其通流截面宽度远大于第二管道311的通流截面的管道宽度，从而可以利用迪恩涡流加快白细胞314和其它血细胞311的分离。

参见图8所示的惯性分离区结构32结构，其由弯道324、连接管323、废液区321组成，弯道324的进口端连接第二管道311，弯道324的出口端通过第三管道325连接白细胞收集结构52，第二管道311和第三管道325的中心在同一直线高度上。在弯道324内外两侧各通过一个连接管323连接一个废液区321，两个废液区321相对于弯道324的内外对称布置。在每个废液区321顶部中间各开有一个通气口322，和大气相通。弯道324的通流管道宽度大于第二管道311，第二管道311的通流管道宽度大于第三管道325的通流管道宽度。弯道324的侧壁向弯道324内部中心处凹陷，呈弯曲的弧形，弧形开口朝外，方便细胞经过弯道324后分离。惯性分离区结构32起到惯性分离作用，细胞由于自身尺寸不同，在管道内不同位置达到受力平衡，受力平衡的细胞聚焦成线在管道内运动，经过了三个缩扩结构312后，到达弯道324进口前在第二管道311处的细胞已可以整齐排列，尺寸较大的白细胞314在第二管道311的中间位置，而其它血细胞313排列在第二管道311四周。当细胞进入弯道324后，其它血细胞313沿着弯道324四周壁顺利经连接管323进入废液区321进行暂时的储存。由于废液区321的通气口322起到平衡大气压的作用，这使得混有其它血细胞313的液体可以顺利流入废液区321。最终，进入第三管道325内的细胞基本都是白细胞314，达到了提纯白细胞314的目的。

参见图9所示的血浆收集结构51和白细胞收集结构52，血浆收集结构51和白细胞收集结构52的整体结构类似，高度相同，都包括由上至下依次连接的收集器512、被动微阀513和收集管514，在收集器512的顶部开有连接口511，收集器512外部连接橡皮管516和第三接口515，收集器512经其连接口511连接橡皮管516的顶端，橡皮管516的底端连接第三接口515，橡皮管516向外延向下延伸直到连上第三接口515。第三接口515伸向芯片底座4的外缘处，并且能与气泵装置71的气泵进气口712和气泵出气口713对接上。图9中以血浆收集结构51为例，血浆收集结构51的收集管514底端与离心管11连通。而白细胞收集结构52的收集管514底端与图8中的第三管道325连通，使惯性分离区结构32和白细胞收集结构52连通。

血浆收集结构51和白细胞收集结构52可以不同的是：血浆收集结构51的收集器512的容积更大些，要大于白细胞收集结构52的收集器512的容积，以便于装入更多容量的血浆液。

参见图1、图2和图9，近红外检测装置70顶部高度要高于微流控芯片，至少遮光板703要高于微流控芯片。当微流控芯片旋转了不同的角度时，血浆收集结构51和白细胞收集结构52中顶部的两个收集器512的中心都能够分别位于近红外发光二极管701和光电倍增管703之间，目的是使近红外检测装置70可以分别检测血浆和白细胞，此时微流控芯片的其余部分则不经过红外发光二极管701和光电倍增管703之间。在微流控芯片的旋转过程中，血浆收集结构51、白细胞收集结构52与近红外检测装置70之间都留有足够的间隙，使近红外检测装置70不会与血浆收集结构51和白细胞收集结构52发生碰撞。

参见图10所示的被动微阀513结构，其由微阀片5131、夹层5132组成。微阀片5131正上方是收集器512、正下方是收集管514，中间通过夹层5132将收集器512和收集管514隔开。夹层5132正中间是开口，静止状态时，微阀片5131紧紧关闭开口，使收集器512和收集管514之间无法连通。当气泵装置71对准第三接口515向外吸气时，导致收集器512内的气压降低，而此时收集管514内已有液体，收集管514压力大于收集器512内的压力，从而气压向上推动微阀片5131，使微阀片5131向上顶起，使收集器512和收集管514贯通，液体因此从下方的收集管514进入到上方的收集器512内。此后，由于液体自身重力，又会将微阀片5132压下，直至微阀片5132再次关闭开口，阻断收集器512与收集管514间的连通，使得血浆储存在血浆收集结构51的收集器512内而不会流走，白细胞收集在白细胞收集结构52的收集器512内而不会流走。

参见图1-10以及图11所示，本发明一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的检测步骤具体如下：

步骤1：完成离心，使血浆和血细胞分开。

由于食物过敏病人血浆中有抗体IgE和IgG，且判断机体是否处于致敏状态需要判断白细胞中的嗜性粒细胞Fc端是否被抗体IgE结合，所以要检测被测者在过敏情况的血液样品。由于抗体IgG和IgE在血浆中含量不高，且要检测白细胞中嗜碱性粒细胞也需排除众多干扰，所以需要离心来提高它们各自的含量，以提高检测灵敏度和准确度。

首先将血液样品从进样口16加入到进样结构15中，再由人工把微流控芯片放入芯片槽69中，接下来开始离心。电路控制板63控制步进电机67工作，设定步进电机67的离心速度v=4000rpm，离心加速度a=1000r/s²，离心时间t=60s。离心过程中，由于微管12与空腔13组成的毛细微阀的特性，即不施加外力液体难以流进空腔13中，所以在离心时，血液不会进入空腔13中。为了不让离心作用产生的向心力对PDMS阀门2产生较大影响而使PDMS膜22产生较大位移，导致血液未分成血浆和血细胞前就进入第一管道23中，使得分离后的样品不纯，影响实验，所以PDMS膜22设计成竖直向下的结构，减小这样的干扰。故离心过程中PDMS阀门2一直处于关闭状态，血液不会进入第一管道23中。这样，血浆和血细胞的分界线便位于在微管12的附近。

步骤2：完成血浆的收集。

离心结束时，步进电机67刚好控制微流控芯片旋转到其中的第一接口14与气泵装置71的出气口713对准的位置时，步进电机67停止工作。微流控芯片停止后，电路控制板63控制气泵装置71开始工作，向第一接口14内吹气，吹气到设定的m秒时停止。在气流作用下，血浆沿着离心管11向血浆收集结构51的方向移动，直到进入血浆收集结构51的收集管514中，这样使血细胞进入进样结构15中。之后步进电机67工作，带动微流控芯片转动，使微流控芯片转动到血浆收集结构51中的第三接口515与气泵进气口712对准，步进电机67停止转动，然后气泵装置71工作，对着血浆收集结构51的第三接口515抽气，使得血浆收集结构51的收集器512内压力小于血浆收集结构51的收集管514内压力，微阀片5131向上打开，血浆从血浆收集结构51的收集管514转移到血浆收集结构51的收集器512内，且不会向下流走。待气泵装置71工作到设定的抽气时间便后停止，血浆收集完毕。

步骤3：完成白细胞的收集。

由于先前气流在离心管11内的吹动，使血细胞重新回流到进样结构15内。电路控制板63控制步进电机67转动，带动微流控芯片旋转到PDMS膜阀门2的第二接口21对准气泵装置71的进气口712，步进电机67停止转动，气泵装置71工作，向外抽气，PDMS膜22向上移动，直至第一管道23与进样结构15连通，由于毛细作用，血细胞立马进入第一管道23和第二管道311中。由于基于惯性微流原理来分选细胞相比其它大多数方法对细胞伤害更小，且具有快速高通量的优点，故通过设计管道以实现此功能。血细胞进入惯性聚集区结构31后，由于迪恩涡流的作用，可以加快白细胞314和其它血细胞313在缩扩结构312内快速分离，体积较大的白细胞314聚焦在中心，其它血细胞313聚焦在其四周且靠近缩扩结构312边缘，经过了三个相同的缩扩结构312后，细胞能够较整齐排列，然后进入惯性分离区结构32，其它血细胞顺着弯道324通过连接管323进入废液区321内，最终进入第三管道325中的几乎是白细胞。当白细胞进入第三管道325中靠近白细胞收集结构52时，气泵装置71停止工作，步进电机67工作，控制微流控芯片转到白细胞收集结构52的第三接口515与气泵进气口712对准，步进电机67便停止转动，然后气泵装置71工作，对着白细胞收集结构52的第三接口515抽气，使得白细胞进入白细胞收集结构52的收集器512内，白细胞收集完成。

步骤4：利用红外光谱法检测血浆IgG和IgE抗体和白细胞。

食物过敏有不同阶段，在致敏阶段，嗜碱性粒细胞的Fc端会结合IgE抗体；在过敏阶段，血浆中会存在更多的IgE和IgG抗体，因而能即时、简便地发现这些过敏特征，一方面不仅减少检测时假阳性的容错问题，大大提高检测结果可靠性，还为检测出丰富的食物过敏原提供了支持；另一方面，检测嗜碱性粒细胞Fc端可以判断是否处于致敏状态，提前治疗。近红外检测下，不同结构抗体会产生不同的特征吸收带，这些信息可以被解析来确定蛋白质的二级结构。此外，还可以得到蛋白质结构的动力学信息。特定构象的结构动力学可以影响蛋白质活性，这些动力学对于蛋白质发挥其功能是必不可少的。因此采用近红外法检测IgG和IgE抗体以及白细胞中嗜碱性粒细胞Fc端是否结合IgE抗体。在开始前先将正常人血浆和白细胞、含有不同量IgG抗体或不同量IgE抗体的血浆、结合不同数量IgE抗体的白细胞分别进行近红外检测，绘制出标准曲线，将实际检测得到的光信息依据标准曲线作峰强度和峰位置上的对比，从而获得相关光信息的判断依据。

在血浆、白细胞样品都收集完成后，电路控制板63控制步进电机67转动，使得微流控芯片旋转到血浆收集结构51的收集器512进入位于近红外检测装置70中，并且正对近红外发光二级管701和光电倍增管703中心，步进电机67便停止转动，由电路控制板63控制近红外检测装置70工作，近红外发光二极管701发射对应波长的近红外光，光电倍增管703接收血浆样品的散射回的光。光数据中的信息包括了吸收峰位置和强度，此两点可解析出相应抗体种类和含量。直到光电倍增管703采集到的光数据通过信号线传送给微处理器632，微处理器632处理后将结果暂时储存。紧接着，步进电机67再工作，转动设定的小个角度，使得血浆收集结构51旁边的白细胞收集结构52的收集器512进入近红外检测装置70中，步进电机67停止转动，近红外检测装置70检测白细胞收集结构52的收集器512中的白细胞样品，并将检测结果传送给微处理器632。最后，微处理器632将得到的血浆和白细胞的两种光信息，与标准曲线作对比，获得检测结果，根据检测结果来判断过敏状态以及过敏原种类的情况。检测完毕后，关闭红外检测装置70，整个检测装置停止工作。

Claims (8)

1.一种基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置，包括置放微流控芯片的水平的芯片槽（69），步进电机（67）的输出轴垂直向上且与芯片槽（69）的中心固定连接，芯片槽（69）旁侧设有近红外检测装置（70）和气泵装置（71），气泵装置（71）中的气泵（711）水平布置，气泵（711）上开有气泵进气口（712）和气泵出气口（713），其特征是：所述的微流控芯片上设有进样结构（15）、空腔（13）、血浆收集结构（51）、白细胞收集结构（52）、惯性分离区结构（32）和惯性聚集区结构（31），进样结构（15）侧面上的一个开口经水平的离心管（11）连接血浆收集结构（51），另一个开口处经PDMS膜阀门（2）依次连接惯性聚集区结构（31）、惯性分离区结构（32）和白细胞收集结构（52），在离心管（11）的中间段上通过微管（12）连接空腔（13）的内端口，空腔（13）的外端口连接第一接口（14），空腔（13）通流面积比微管（12）通流面积大；PDMS膜阀门（2）具有相互连接的第一管道（23）和第二接口（21），第一管道（23）和进样结构（15）相连接，在第一管道（23）和第二接口（21）的连接处设置一个纵截面是圆弧形的PDMS膜（22），PDMS膜（22）的开口朝上且连接第二接口（21），惯性聚集区结构（31）由三个相同的缩扩结构（312）通过第二管道（311）依次串联组成，第二管道（311）与第一管道（23）相连接；惯性分离区结构（32）由弯道（324）、连接管（323）、废液区（321）组成，弯道（324）的进口端连接第二管道（311），弯道（324）的出口端通过第三管道（325）连接白细胞收集结构（52），弯道（324）内外两侧各通过一个连接管（323）连接一个废液区（321），每个废液区（321）顶部中间各开有一个通气口（322），弯道（324）的两侧侧壁向弯道（324）内部中心处凹陷，呈弯曲的弧形，弧形开口朝外，方便细胞经过弯道（324）后分离；血浆收集结构（51）和白细胞收集结构（52）都包括由上至下依次连接的收集器（512）、被动微阀（513）和收集管（514），收集器（512）的顶部经橡皮管（516）连接第三接口（515）；微处理器（632）分别连接步进电机（67）、近红外检测装置（70）和气泵装置（71）。

2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置，其特征是：近红外检测装置（70）包括光电倍增管（703）和近红外发光二极管（701），光电倍增管（703）和近红外发光二极管（701）两者的中心在同一水平线上且面对面，光电倍增管（703）和近红外发光二极管（701）之间的上端固定连接挡光板（702）。

3.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置，其特征是：第一、第二、第三接口（14、21、515）的中心与气泵装置（71）的进气口（712）和出气口（713）的中心在同一高度。

4.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置，其特征是：缩扩结构（312）是长方体，其通流截面宽度大于第二管道（311）的通流截面宽度。

5.根据权利要求1所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置，其特征是：弯道（324）的通流管道宽度大于第二管道（311），第二管道（311）的通流管道宽度大于第三管道（325）的通流管道宽度；弯道（324）的侧壁向弯道（324）的内部中心处凹陷。

6.一种如权利要求1所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的检测方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1：将血液样品加入到进样结构（15）中，步进电机（67）工作，微流控芯片旋转，PDMS阀门（2）处于关闭状态，血液不会进入空腔（13）中和第一管道（23）中，血浆和血细胞分开，分界线位于微管（12）附近；

步骤2：微流控芯片旋转到第一接口（14）与气泵出气口（713）对准的位置时步进电机（67）停止，气泵装置（71）工作，向第一接口（14）内吹气，血浆沿着离心管（11）进入血浆收集结构（51）的收集管（514）中，步进电机（67）工作，直至血浆收集结构（51）中的第三接口（515）与气泵进气口（712）对准时停止，气泵装置（71）工作，对着血浆收集结构（51）的第三接口（515）抽气，微阀片（5131）向上打开，血浆转移到血浆收集结构（51）的收集器（512）内，气泵装置（71）停止工作，完成血浆的收集；

步骤3：步进电机（67）工作直至PDMS膜阀门（2）的第二接口（21）对准气泵进气口（712），步进电机（67）停止，气泵装置（71）工作，向外抽气，PDMS膜（22）向上移动，血细胞经第一管道（23）、第二管道（311）进入惯性聚集区结构（31），体积较大的白细胞聚焦在中心，其它血细胞聚焦在四周，然后进入惯性分离区结构（32），其它血细胞顺着弯道（324）进入废液区（321）内，白细胞经第三管道（325）靠近白细胞收集结构（52），气泵装置（71）停止，步进电机（67）工作，直至白细胞收集结构（52）的第三接口（515）与气泵进气口（712）对准时停止，气泵装置（71）工作，对着白细胞收集结构（52）的第三接口（515）抽气，使得白细胞进入白细胞收集结构（52）的收集器（512）内，完成白细胞的收集；

步骤4：步进电机（67）转动，直至血浆收集结构（51）的收集器（512）进入位于近红外检测装置（70）中便停止，近红外检测装置（70）工作，采集血浆样品的光信息；步进电机（67）再工作，直至白细胞收集结构（52）的收集器（512）进入近红外检测装置（70）中便停止，近红外检测装置（70）检测白细胞收集结构（52）的收集器（512）中的白细胞样品的光信息，根据两种光信息判断过敏原。

7.根据权利要求6所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的检测方法，其特征是：将正常人的血浆和白细胞、含有不同量IgG抗体或不同量IgE抗体的血浆、结合不同数量IgE抗体的白细胞分别进行近红外检测，绘制出标准曲线，将步骤4中检测得到的光信息依据标准曲线作峰强度和峰位置上的对比。

8.根据权利要求6所述的基于微流控芯片的普适食物过敏原检测装置的检测方法，其特征是：当微流控芯片旋转时，血浆收集结构（51）和白细胞收集结构（52）的收集器（512）的中心能经过近红外检测装置（70），微流控芯片的其余部分则不经过近红外检测装置（70），且血浆收集结构（51）、白细胞收集结构（52）与近红外检测装置（70）之间留间隙并不发生碰撞。

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