CN111748466B - 一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法 - Google Patents

一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111748466B
CN111748466B CN202010469052.9A CN202010469052A CN111748466B CN 111748466 B CN111748466 B CN 111748466B CN 202010469052 A CN202010469052 A CN 202010469052A CN 111748466 B CN111748466 B CN 111748466B
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection
control unit
detection device
area
mixed solution
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010469052.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111748466A (zh
Inventor
张勇
王战涛
冯春生
刘水长
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hunan University of Technology
Original Assignee
Hunan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hunan University of Technology filed Critical Hunan University of Technology
Priority to CN202010469052.9A priority Critical patent/CN111748466B/zh
Publication of CN111748466A publication Critical patent/CN111748466A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111748466B publication Critical patent/CN111748466B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502769—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements
    • B01L3/502784—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by multiphase flow arrangements specially adapted for droplet or plug flow, e.g. digital microfluidics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • B01L7/525—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples with physical movement of samples between temperature zones
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/68—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving nucleic acids
    • C12Q1/6806—Preparing nucleic acids for analysis, e.g. for polymerase chain reaction [PCR] assay
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12Q—MEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/70—Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving virus or bacteriophage
    • C12Q1/701—Specific hybridization probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence
    • G01N21/763—Bioluminescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/531—Production of immunochemical test materials
    • G01N33/532—Production of labelled immunochemicals
    • G01N33/535—Production of labelled immunochemicals with enzyme label or co-enzymes, co-factors, enzyme inhibitors or enzyme substrates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/543—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals
    • G01N33/54313—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor with an insoluble carrier for immobilising immunochemicals the carrier being characterised by its particulate form
    • G01N33/54326—Magnetic particles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/53—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor
    • G01N33/577—Immunoassay; Biospecific binding assay; Materials therefor involving monoclonal antibodies binding reaction mechanisms characterised by the use of monoclonal antibodies; monoclonal antibodies per se are classified with their corresponding antigens
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/48—Biological material, e.g. blood, urine; Haemocytometers
    • G01N33/50—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing
    • G01N33/68—Chemical analysis of biological material, e.g. blood, urine; Testing involving biospecific ligand binding methods; Immunological testing involving proteins, peptides or amino acids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0647—Handling flowable solids, e.g. microscopic beads, cells, particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/10—Integrating sample preparation and analysis in single entity, e.g. lab-on-a-chip concept
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/16—Surface properties and coatings
    • B01L2300/161—Control and use of surface tension forces, e.g. hydrophobic, hydrophilic
    • B01L2300/165—Specific details about hydrophobic, oleophobic surfaces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1805—Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00—Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0415—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces electrical forces, e.g. electrokinetic
    • B01L2400/0427—Electrowetting

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Urology & Nephrology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法，用于化学发光免疫检测和PCR基因扩增及检测，所述检测装置包括试剂盒和操控平台，试剂盒包括平行布置的双面板数字微流控芯片以及对***起密封和润滑作用的油，芯片上分布驱动电极列阵的电润湿液滴制动器，所述操控平台包括控制器、温控单元、磁控单元、检测控制模块，控制器连接电润湿液滴制动器、温控单元、磁控单元和检测控制模块。本发明通过数字微流控驱动的液滴操作来实现样品、试剂的调配和运输，快速对反应物进行精确的操控。本发明实现多通道并行检测，加快了反应检测过程，达到“一芯双用”的功能效果。

Description

一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法
技术领域
本发明涉及生化检验设备技术领域，更具体地，涉及一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法。
背景技术
免疫测定和PCR定量检测是当前用于疾病诊断的两种主要手段。PCR是一种用于在生物体外扩增特定的DNA片段的分子生物学技术，可以在1-2个小时内实现对微量DNA模板百万倍以上的扩增。因此，PCR在古生物、考古学和医疗诊断中发挥了巨大作用。免疫测定是临床实验室中常规使用的最敏感的方法之一。化学发光免疫测定法利用抗原与其同源抗体之间的亲和力和特异性，并结合化学发光的灵敏性，来检测和定量样品基质中的抗原或抗体，目前已经用于各种抗原、抗体、激素、酶、脂肪酸维生素和药物等的检测分析。
现有的大型先进的实验室免疫分析仪和PCR测试仪具有良好的自动化和通量，但每次测试都需要大量样品和较长的分析时间。这些分析仪尺寸大、价格贵，往往一种仪器只能执行基于一种检测原理的测试，比如现有的PCR测试仪，就不能做免疫分析，反之亦然，而且仪器的集成化程度低，对操作员要求高，检测周期长，容易产生交叉污染和结果偏差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术对免疫测定和PCR定量检测时间长、操作要求高的不足，提供一种基于数字微流控的检测装置。
本发明要解决的另一技术问题是一种基于数字微流控检测装置应在化学发光免疫检测和/或PCR检测的应用方法。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于数字微流控的检测装置，所述检测装置包括数字微流控芯片和操控平台，
所述数字微流控芯片包括基板一、基板二，基板一和基板二平行隔开提供液滴运行空间，所述基板一包括底板一、驱动电极、介电层和疏水层一，驱动电极排列在底板一上，具有疏水性的介电层涂覆在驱动电极上；所述基板二包括底板二、接地电极和疏水层，接地电极设于底板二上，其上涂覆有疏水层；根据驱动电极排列将基板一和基板二的平行隔开空间分为储存区、反应区、废液区和测试区。
所述操控平台包括控制器、驱动电极列阵组成的电润湿液滴制动器、温控单元、磁控单元、检测控制模块，所述控制器连接驱动电极列阵组成的电润湿液滴制动器、温控单元、磁控单元和检测控制模块。温控单元和磁控单元安装在数字微流控芯片的反应区，监测控制模块安装在数字微流控芯片的测试区。
进一步地，所述具有疏水性的介电层包括直接由疏水性材料制备或者在介电层上涂覆疏水层。
进一步地，所述基板一和基板二的平行空间内封装有填充媒介，可以避免气溶胶等污染问题。优选地，所述填充媒介为硅油。
进一步地，所述储存区包括多个贮存区，贮存区设有加注孔，分别封装测试所需试剂。所述反应区分为多个反应分区。
进一步地，所述反应分区下方设有独立的温控单元和/或磁控单元。所述温控单元包括包括用于加热和冷却的铜片和传热胶片，以及连接至主控制板用于控制温度的温控***。所述磁控单元为带电机可移动的磁铁或是永久磁铁。
进一步地，所述测试区的检测监控模块包括电学和/或光学检测，其中电学检测包括电流检测，光学检测包括吸光度、化学发光、荧光检测的一种或多种。
优选地，所述光学检测模块包括用于位于检测区域正上方的用于免疫测定的PMT。在PMT旁边安装有一个发光二极管和光电二极管，光电二极管和芯片上的特定区域对齐，以便能够实时检测PCR反应。
进一步地，所述驱动电极的材料为铜箔、铬、ITO和导电高分子的一种或多种；所述介电层为派瑞林、电路板油墨、光刻胶和金属氧化物的一种或多种；所述疏水层为石蜡、聚四氟乙烯、cytop、八氟环丁烷的一种或多种；所述接地电极为透明导电材料。
根据上述基于数字微流控的检测装置可用于体液、生物***物和微生物的PCR检测和/或化学发光免疫检测。
所述化学发光免疫的检测方法，步骤包括：
S1.将待测样本、反应试剂、磁珠、缓冲液、检测试剂和清洗液分别以液体形式分别载入各贮存区，通过操控平台控制从储存区调取待测样本液滴、含磁珠液滴、反应试剂液滴、缓冲液滴至反应区混合，对混合的液体进行***、融合，反应得到含结合成分的混合液；
S2.利用磁铁固定磁珠，将混合液中未结合的成分通过电润湿运输至废液区，然后控制清洗液滴对结合了产物的磁珠进行清洗，得到纯净产物；
S3.调取检测试剂与产物混合，并控制其运输至检测区进行检测。
进一步地，所述孵育的温度为37℃，时间为6～10min。
所述基于数字微流控的检测装置还可用于PCR基因扩增方法，步骤包括:
S1.将待测样本或含有待测样本和裂解液的待测物、磁珠、扩增试剂和缓冲液分别以液滴形式分别载入各贮存区，通过操控平台控制待测样本和扩增试剂混合至反应区一，反应区一温度控制在92～98℃，反应得到混合液一。
S2.将S1的混合液一运输至反应区二，反应区二温度控制在52～58℃，控制引物液滴与其混合得到混合液二，然后将混合物二运输至反应区二，反应区三温度控制在70～75℃，反应得到混合液三；或直接将S1的混合液一运输至反应区三，反应区三温度控制在70～75℃，反应得到混合液三。
S3.将混合液三在反应区一至反应区三进行热循环，得到PCR扩增产物。
S4.调取含有包被探针的液滴和将PCR扩增产物结合，并控制其运输至检测区进行检测。
进一步地，所述热循环条件为在90～95℃下预热25～30秒以进行初始变性，然后在93～95℃下进行30～50次5～8秒钟变性的循环，并在50～55℃和70～75℃进行每次8～10秒的退火/延伸循环；PCR混合物液滴在3个温区之间的传输速率为18～22电极/秒。优选地，所述热循环条件在95℃下预热30秒以进行初始变性，然后在95℃下进行40次5秒钟变性的循环，并在55℃和72℃进行每次8秒的退火/延伸循环；PCR混合物液滴在3个温区之间的传输速率为20电极/秒。
进一步地，所述待测样本包括全血，血清，血浆，淋巴液，唾液，痰，脑脊髓液，羊水，***，******物，浆液，滑液，心包液，腹膜液，胸膜液，渗出液，渗出液，囊性液，胆汁，尿液，胃液，肠液，粪便样本、细菌、真菌和病毒的一种或多种。
与现有技术相比，有益效果是：
本发明基于数字微流控驱动的液滴操作来实现样品、试剂的调配和运输，实现快速对反应物进行精确的操控，加快了反应检测过程。本发明所述装置所需试剂耗量少，检测速度快，自动化程度高，可以在芯片上完成免疫测试和PCR扩增的完整流程，并实现多通道并行检测，达到“一芯双用”的功能效果。利用本发明所述基于数字微流控技术检测装置，可以把传统的化学发光检测和PCR定量分析的时间缩短50％。
附图说明
图1是本发明涉及的微流控芯片的设计原理图；
图2是本发明测试平台的控制***构架图；
图3是本发明的数字微流控芯片的基板二结构示意图；
图4是本发明的数字微流控芯片的基板一结构示意图。
其中，1PCR板，2底板一，3涂覆介电层的驱动电极列阵，4疏水层一，5疏水层二，6接地电极，7底板二，8液滴，9硅油，10储存区，11反应区，12测试区，13废液区，14驱动电极列阵，15加注孔。
具体实施方式
下面结合实施例进一步解释和阐明，但具体实施例并不对本发明有任何形式的限定。若未特别指明，实施例中所用的方法和设备为本领常规方法和设备，所用原料均为常规市售原料。
实施例1
本实施例提供一种基于数字微流控的检测装置，所述检测装置包括数字微流控芯片和操控平台，
负载在PCR板1的数字微流控芯片包括基板一、基板二，基板一和基板二平行隔开提供液滴运行空间，平行空间内封装有硅油9。所述基板一包括底板一2、含驱动电极列阵的介电层3和疏水层一4，含驱动电极列阵的介电层3在底板一2上，疏水层一4涂覆在介电层3上；所述基板二包括底板二7、接地电极6和疏水层二5，接地电极6设于底板二7上，其上涂覆有疏水层二5；根据驱动电极排列将基板一和基板二的平行隔开空间分为储存区10、反应区11、测试区12和废液区13。
所述储存区10包括多个贮存区，贮存区分别封装测试所需试剂。所述贮存区10设有加注孔15，可通过加注孔15对样品、所需试剂进行补充。所述反应区11分为多个反应分区。反应分区下方设有独立的温控装置和/或磁控装置。所述温控装置包括用于加热和冷却的铜片和传热胶片，以及连接至主控制板用于控制温度的温控***。所述磁控装置为带电机可移动的磁铁或永久磁铁。
所述操控平台包括控制器、驱动电极列阵组成的电润湿液滴制动器、温控单元、磁控单元、检测控制模块，所述控制器连接驱动电极列阵组成的电润湿液滴制动器、温控单元、磁控单元和检测控制模块。所述温控单元和磁控单元安装在数字微流控芯片的反应区，检测控制模块安装在数字微流控芯片的测试区。测试区域正上方的用于免疫测定的PMT，其检测半径约为10mm。在PMT旁边安装有一个发光二极管和光电二极管，光电二极管和芯片上的特定区域对齐，以便能够实时检测PCR反应。PCR荧光计激发波长为495nm，发射波长约在525nm处。。
所述驱动电极列阵14的材料为铜箔、铬、ITO和导电高分子的一种或多种。
所述介电层3为派瑞林、电路板油墨、光刻胶和金属氧化物的一种或多种。
所述疏水层一4或疏水层二5为石蜡、聚四氟乙烯、cytop、八氟环丁烷的一种或多种。
所述接地电极6为透明导电材料。
实施例2
本实施例提供利用实施例1所述基于数字微流控的检测装置用于化学发光免疫法测定甲胎蛋白(AFP)的检测方法，所用试剂包括血清、参考品和质控品，磁珠，AFP识别抗体，酶标抗体缓冲液和发光底物。反应步骤包括：
S1.将待测血清、参考品和质控品(质控品Q1浓度应为2.5-7.5ng/mL，质控品Q2应为105-195ng/mL)AFP识别单克隆抗体、辣根过氧化物标记的单克隆抗体、磁珠、缓冲液、发光底物试剂(4-甲基伞型酣磷酸盐)分别以液滴形式分别载入各储存区，通过操控平台利用数字微流控操作从储存区调取待测血清、磁珠、AFP识别抗体各2uL至反应区混合，调节反应温度至体温左右，在37℃下孵育时间为6～10min，发生特异性结合的抗体和抗原结合并固定在磁珠上。
S2.利用磁铁固定磁珠，并利用电润湿将磁珠和不含磁珠(即未结合的抗体和抗原)的液滴成分分离；将含有未结合物质的液滴排至废液区，然后控制缓冲液滴对结合了产物的磁珠进行清洗，得到一抗-磁珠-抗原的复合物；
S3.利用数字微流控操作将2uL辣根过氧化物标记的酶标抗体液滴与一抗-磁珠-抗原的复合物混合孵育，清洗得到一抗-抗原-二抗复合物。
S4.利用数字微流控操作将发光底物试剂(4-甲基伞型酣磷酸盐)液滴和一抗-抗原-二抗复合物混合并孵育，然后将其运输至检测区进行发光强度测试。
实施例3
本实施例提供利用实施例1所述基于数字微流控的检测装置用于PCR基因扩增，步骤包括：
S1.将全血样本、裂解液、DNA捕获磁珠、扩增混合试剂和缓冲清洗液分别以液滴形式分别载入各储存区。
S2.将全血样本和裂解缓冲液从储存区调出并混匀。使用磁铁固定磁珠，然后将经裂解的样本转运至DNA捕获珠中并利用液滴分割将上清液去掉。从储存区分配缓冲清洗液用于去除细胞碎片，将结合在磁珠上的纯化DNA洗脱。
S3.通过操控平台控制DNA和试剂混合至反应区一，调节温度至92～98℃反应得到混合液一。将混合液一运输至反应区二，调节温度至52～58℃，控制引物液滴与其混合得到混合液二，然后将混合物二运输至反应区二，调节温度至70～75℃反应得到混合液三；
S3.将混合液三在反应区一至反应区三进行热循环，得到PCR基因扩增溶液。
所述热循环条件在95℃下预热30秒以进行初始变性，然后在95℃下进行40次5秒钟变性的循环，并在55℃和72℃进行每次8秒的退火/延伸循环；PCR混合物液滴在3个温区之间的传输速率为20电极/秒。
S4.每扩增一次，就利用荧光光度计记录一次。
实施例4
本实施例实施例1所述基于数字微流控的检测装置用于新型冠状病毒(2019-nCoV)的核酸检测方法，采用湖南圣湘生物科技有限公司提供的2019-nCoV-PCR-FAST试剂盒，包括2019-nCoV-PCR-FAST-反应液，2019-nCoV内标，2019-nCoV-PCR-FAST酶混合液，缓冲液，定量参考A/B/C/D和2019-nCoV-PCR-FAST的阴性和阳性对照。其中2019-nCoV-PCR-FAST定量参考和阳性对照是经灭活的2019-nCoV-PCR-FAST病毒样本，阴性对照是经灭活的2019-nCoV-PCR-FAST病毒阴性样本。反应步骤包括：
S1.在芯片上设置两个温区，55℃和95℃，分别对应温区一和温区二。温区一进行2019-nCoV-PCR-FAST酶混合液和DNA退火以及延伸，温区二进行Taq酶的活化以及DNA变性。
S2.调取待测样本、阴性对照、阳性对照、定量参考A/B/C/D，共7个通道各1uL；
S3.对应以上7个通道调取2019-nCoV-PCR-FAST酶混合液1uL，与S1中的7个待测物分别混合并混匀；
S4.对应以上7个通道调取2019-nCoV-PCR-FAST-反应液5uL，与S2中的反应物混合并混匀；
S5.使用磁铁进行磁分离去上清；
S6.对应以上7个通道分别调取缓冲液5uL，和S5中反应物混匀，采用磁分离促进DNA洗脱；
S7.进行PCR温区循环荧光定量测试，记录每次循环的结果。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述检测装置包括数字微流控芯片和操控平台：
所述数字微流控芯片包括基板一、基板二，基板一和基板二平行隔开提供液滴运行空间，所述基板一包括底板一、驱动电极列阵组成的电润湿液滴制动器、疏水性的介电层，所述电润湿液滴制动器排列在底板一上，疏水性的介电层涂覆在驱动电极上；所述基板二包括底板二、接地电极和疏水层，接地电极设于底板二上，其上涂覆有疏水层；根据驱动电极列阵将基板一和基板二的平行隔开空间分为储存区、反应区、废液区和测试区，所述反应区分为多个反应分区，反应分区设有独立的温控单元和磁控单元，所述磁控单元为带电机可移动的磁铁或是永久磁铁；
所述操控平台包括控制器、温控单元、磁控单元、检测控制模块，所述控制器连接电润湿液滴制动器的引脚、温控单元、磁控单元和检测控制模块；所述温控单元和磁控单元安装在数字微流控芯片的反应区，检测控制模块安装在数字微流控芯片的测试区；
利用基于数字微流控的检测装置进行PCR检测步骤包括：
S1.将待测样本或含有待测样本和裂解液的待测物、捕获磁珠、扩增试剂、和缓冲液分别以液滴形式载入各贮存区，通过操控平台控制待测样本和扩增试剂混合至反应区一，反应区一温度控制在92~98℃，反应得到混合液一；
S2.将S1的混合液一运输至反应区二，反应区二温度控制在52~58℃，控制引物液滴与其混合得到混合液二，然后将混合液二运输至反应区三，反应区三温度控制在70~75℃，反应得到混合液三；或直接将S1的混合液一运输至反应区三，反应区三温度控制在70~75℃，反应得到混合液三；
S3.将混合液三在反应区一至反应区三进行热循环，得到PCR扩增产物；
S4. 调取含有包被探针的液滴和将PCR扩增产物结合，并控制其运输至检测区进行检测。
2.根据权利要求1所述基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述基板一和基板二的平行空间内封装有填充媒介。
3.根据权利要求1所述基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述储存区包括多个贮存区，贮存区设有加注孔。
4.根据权利要求1所述基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述测试区的检测监控模块包括电学和/或光学检测装置，其中电学检测包括电流检测装置，光学检测包括吸光度、化学发光、荧光检测装置的一种或多种。
5.根据权利要求4所述基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述光学检测装置包括有用于免疫测定的PMT，发光二极管和光电二极管，光电二极管和芯片上的检测区域对齐。
6.根据权利要求1所述基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述驱动电极的材料为铜箔、铬、ITO和导电高分子的一种或多种；所述介电层为派瑞林、电路板油墨、光刻胶和金属氧化物的一种或多种；所述疏水层为石蜡、聚四氟乙烯、cytop、八氟环丁烷的一种或多种；所述接地电极为透明导电材料。
7.根据权利要求1所述基于数字微流控的检测装置，其特征在于，所述热循环条件为在90~95℃下预热25~30秒以进行初始变性，然后在93~95°C下进行30~50次5~8秒钟变性的循环，并在50~55℃和70~75℃进行每次8~10秒的退火/延伸循环；PCR混合物液滴在3个温区之间的传输速率为18~22电极/秒。
CN202010469052.9A 2020-05-28 2020-05-28 一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法 Active CN111748466B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010469052.9A CN111748466B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010469052.9A CN111748466B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111748466A CN111748466A (zh) 2020-10-09
CN111748466B true CN111748466B (zh) 2023-10-13

Family

ID=72673563

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010469052.9A Active CN111748466B (zh) 2020-05-28 2020-05-28 一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111748466B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113145187A (zh) * 2021-03-06 2021-07-23 复旦大学 基于ros的智能液滴生成***
CN113275052B (zh) * 2021-06-04 2023-01-24 北京京东方传感技术有限公司 微流控芯片
CN115672417A (zh) * 2021-07-28 2023-02-03 北京京东方传感技术有限公司 数字微流控装置及其驱动方法
CN114113010A (zh) * 2021-10-28 2022-03-01 山东师范大学 一种基于数字微流控的自动化细菌检测***及方法
WO2024060198A1 (zh) * 2022-09-23 2024-03-28 京东方科技集团股份有限公司 数字微流控装置及其检测方法
CN116376668A (zh) * 2023-03-24 2023-07-04 中国科学院空间应用工程与技术中心 一种全集成核酸检测芯片及其层叠结构和检测方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1912625A (zh) * 2006-08-25 2007-02-14 清华大学 微液滴控制在病毒检测中的应用及检测方法和芯片
CN109536384A (zh) * 2018-12-24 2019-03-29 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种用于核酸快速绝对定量的数字pcr***及其应用
CN109557150A (zh) * 2019-01-14 2019-04-02 大连大学 数字微流控芯片及基于其的病原体免疫检测方法
CN109580506A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 天津瑞生物科技股份有限公司 一种基于数字微流控技术的真菌检测***及真菌检测方法
CN110295109A (zh) * 2019-07-08 2019-10-01 中国科学院深圳先进技术研究院 基于微流控液滴打印***的数字pcr检测方法及应用
WO2019226919A1 (en) * 2018-05-23 2019-11-28 Miroculus Inc. Control of evaporation in digital microfluidics
CN110846388A (zh) * 2018-08-21 2020-02-28 夏普生命科学（欧洲）有限公司 用于生物分析中的数字测定的微流控设备和方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI542879B (zh) * 2015-03-16 2016-07-21 國立交通大學 磁珠式數位微流體免疫分析裝置與其方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1912625A (zh) * 2006-08-25 2007-02-14 清华大学 微液滴控制在病毒检测中的应用及检测方法和芯片
WO2019226919A1 (en) * 2018-05-23 2019-11-28 Miroculus Inc. Control of evaporation in digital microfluidics
CN110846388A (zh) * 2018-08-21 2020-02-28 夏普生命科学（欧洲）有限公司 用于生物分析中的数字测定的微流控设备和方法
CN109580506A (zh) * 2018-11-28 2019-04-05 天津瑞生物科技股份有限公司 一种基于数字微流控技术的真菌检测***及真菌检测方法
CN109536384A (zh) * 2018-12-24 2019-03-29 中国科学院上海微***与信息技术研究所 一种用于核酸快速绝对定量的数字pcr***及其应用
CN109557150A (zh) * 2019-01-14 2019-04-02 大连大学 数字微流控芯片及基于其的病原体免疫检测方法
CN110295109A (zh) * 2019-07-08 2019-10-01 中国科学院深圳先进技术研究院 基于微流控液滴打印***的数字pcr检测方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN111748466A (zh) 2020-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111748466B (zh) 一种基于数字微流控的检测装置及其应用和检测方法
US11255809B2 (en) Droplet-based surface modification and washing
EP2016091B1 (en) Droplet-based biochemistry
CN108535239B (zh) 基于微液滴的微流控芯片和检测***
US9952177B2 (en) Integrated droplet actuator for gel electrophoresis and molecular analysis
KR102502083B1 (ko) 휴대용 핵산 분석 시스템 및 고성능 미세유체 전기활성 중합체 작동기
CN1110369C (zh) 用于测定和加工分析物的中尺度样品制备设备和***
US8980198B2 (en) Filler fluids for droplet operations
EP2719449A1 (en) Molecular diagnostics platform that uses digital microfluidics and multiplexed bead detection
US20160016172A1 (en) Droplet-Based Nucleic Acid Amplification Method and Apparatus
US20110311980A1 (en) Nucleic Acid Amplification and Sequencing on a Droplet Actuator
US20050221281A1 (en) Self-contained microfluidic biochip and apparatus
US20070275415A1 (en) Droplet-based affinity assays
CN101472940A (zh) 基于小滴的生物化学
US11951481B2 (en) Apparatuses and methods for operating a digital microfluidic device
Rodriguez-Mateos et al. Microscale immiscible phase magnetic processing for bioanalytical applications
WO2024061373A1 (zh) 数字微流控装置及其驱动方法和用途
CN112304911A (zh) 一种生物传感器***及生物样品检测方法
Easter New Technologies for Microbiological Assays

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant