CN112657563A - 一种基于bret生物发光技术的微流控液滴平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，所述微流控液滴平台包括PDMS微流控芯片；所述PDMS微流控芯片包括液滴生成模块、液滴混合模块和荧光检测模块三个部分。相比传统的酶标仪检测BRET生物发光技术，本发明对BRET生物发光的检测，具有高通量检测、快速检测、样品消耗量少等特点。
Description
技术领域
本发明属于微流控技术领域，具体涉及一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台。
背景技术
目前，在生物医学分析领域应用最广泛的光学分析法以荧光分析为主，该方法的技术成熟、应用广泛。但现有荧光分析技术常以外部光源作为激发光，伴随着生物样本中具有荧光性质的分子产生自荧光、荧光分子因外部光源较高的激发能量产生光漂白、外部激发光对光敏感分子产生光毒性等问题。
与依赖外部光源作为激发光的荧光技术不同，生物发光共振能量转移(Bioluminescence Resonance Energy Transfer,BRET)是一种以催化底物发光的荧光素酶作为能量供体，以具有荧光性质的分子作为能量受体的能量转移体系。该技术以荧光素酶作为光源激发能量受体发光，避免了外部激发光照射所产生的自荧光干扰、光毒性和光漂白等诸多问题。基于BRET的检测体系具有灵敏度高、特异性好、检测设备无需配备昂贵的光源等优点，在蛋白质相互作用检测、小分子物质检测、疾病标识物检测(如核酸类、蛋白类、多肽类、糖类疾病标识物等)等生物医学分析领域受到了广泛关注。
BRET技术中，生物发光迅速发生，很快达到荧光峰值，但利用常规的酶标仪检测手段，从加样到检测荧光存在时间空挡，需要配合使用加样器才可检测荧光峰值，步骤繁琐；酶标仪对样品的消耗量大，通常为百微升级；同时，酶标仪检测体系中样品与空气接触，外界环境极易污染待测样本，对检测结果造成干扰；此外，使用酶标仪检测BRET的荧光，孔板作为反应池扩散传质慢。
发明内容
为了解决上述背景技术中所提出的问题，本发明的目的在于提供一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：一方面，本发明提供了一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，所述微流控液滴平台包括PDMS微流控芯片；所述PDMS微流控芯片包括依次设置的液滴生成模块、液滴混合模块和荧光检测模块三个部分。
进一步地，所述微流控液滴平台包括上下两层，所述上层为PDMS微流控芯片，所述下层为玻璃衬底。
进一步地，所述液滴生成模块为流动聚焦结构。
进一步地，所述液滴混合模块为蛇形结构。
进一步地，所述荧光检测模块中的荧光信号通过空间光学检测***进行检测，所述空间光学检测***与微流控液滴平台相互独立。
进一步地，所述空间光学检测***包括显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)、二向色镜、配备BRET能量供受体发射光第一滤光片的第一光电倍增管和配备BRET能量供受体发射光第二滤光片的第二光电倍增管。
进一步地，所述荧光检测模块中的荧光信号由显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)进行收集。
进一步地，由显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)进行收集的荧光信号采用二向色镜分离发射光，将发射光分成两个波长。
进一步地，两个波长的光分别利用配备BRET能量供受体发射光第一滤光片的第一光电倍增管和配备BRET能量供受体发射光第二滤光片的第二光电倍增管进行采样。
进一步地，所述微流控液滴平台检测BRET生物发光的方法为：将BRET体系、荧光素酶底物、油分别加入液滴生成模块；
所述BRET体系、荧光素酶底物、油在液滴生成模块中生成“油包水”微液滴；然后“油包水”微液滴进入液滴混合模块，在液滴混合模块中BRET技术中底物与酶结合为能量受体提供能量，从而致使受体发出荧光；最后在荧光检测模块实现荧光信号的检测。
本发明的有益效果是：本发明基于BRET生物发光技术进行荧光分析，该技术利用荧光素酶作为内源性激发光源，其产生的生物发光非常温和，有效避免了外部激发光照射所产生的自荧光干扰、光毒性和光漂白等问题。利用BRET技术可检测蛋白质相互作用、检测小分子物质、检测疾病标识物(如核酸类、蛋白类、多肽类、糖类疾病标识物等)，应用极为广泛。
本发明提供了一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，通过微纳加工技术制作微流控芯片，在微流控芯片中设计了Flow Focus结构制备“油包水”微液滴，液滴的体积仅有皮升(pL)级，大大减少了样品的消耗，且实现了高通量检测，此外，液滴包裹在油相中避免了样本与外界环境的接触，从而大大降低了污染的可能性；微液滴通过微尺度液滴混合模块实现BRET体系反应物的充分混合，将液滴混合模块设计为蜿蜒曲折的蛇形通道，液滴经过该结构时，液滴内流体会产生涡流，不断地进行搅拌，其内部组分将会在短时间内得到充分的混合，并通过流道的宽度缩放实现液滴的拉伸和挤压，再次提升液滴内的反应效率(微流控芯片中的层流效应无法实现液滴内BRET体系反应物的快速充分混合)；最后，通过可操作性强、保留微流控芯片独立性的空间光学检测***实现对BRET体系的生物发光检测，在微流控芯片的荧光检测模块通过对不同位置液滴发光信号的检测确定发光最强的位置，从而快速检测BRET体系的荧光信号(传统酶标仪检测荧光峰值需配合使用加样器，操作复杂，本发明使用空间光学检测，确定发光位置后可快速检测荧光峰值)。相比于传统的酶标仪检测技术手段，该平台具有快速检测、高通量检测、样品消耗量小等特点。
附图说明
图1是本发明实施例1中基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台的结构示意图。
图2是本发明实施例2中基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台的结构示意图。
图3是本发明实施例2中基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台和空间光学检测***结合使用的结构示意图。
其中，1.液滴生成模块，2.液滴混合模块，3.荧光检测模块，4.显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)，5.二向色镜，6.BRET能量供受体发射光第一滤光片，7.第一光电倍增管，8.BRET能量供受体发射光第二滤光片，9.第二光电倍增管。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。但下述实施例是说明性的，而非限定性，可在不影响本发明所要达到的技术效果的范围内做出任意选择和变更。
实施例1
一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，包括PDMS微流控芯片，所述PDMS微流控芯片的结构示意图如图1所示，包括依次设置的液滴生成模块、液滴混合模块和荧光检测模块三个部分。
所述微流控液滴平台检测BRET生物发光的方法为：将BRET体系、荧光素酶底物、油分别加入液滴生成模块；
所述BRET体系、荧光素酶底物、油在液滴生成模块中生成“油包水”微液滴；然后“油包水”微液滴进入液滴混合模块，在液滴混合模块中BRET技术中底物与酶结合为能量受体提供能量，从而致使受体发出荧光；最后在荧光检测模块实现荧光信号的检测。
实施例2
一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，包括PDMS微流控芯片，所述PDMS微流控芯片的结构示意图如图2所示，包括依次设置的液滴生成模块1、液滴混合模块2和荧光检测模块3三个部分。所述液滴生成模块1为流动聚焦结构。液滴的生成选用Flow Focus液滴生成结构，可实现液滴的高速生成。所述液滴混合模块2为蛇形结构。通过设计蜿蜒曲折的蛇形混合结构，实现对液滴内成分的快速、充分混合。所述液滴混合模块2中，混合结构的尺寸及数量可根据反应效率、反应时间等进行优化。所述荧光检测模块3中的荧光信号通过空间光学检测***进行检测。所述空间光学检测***与微流控液滴平台相互独立。基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台和空间光学检测***结合使用的结构示意图如图3所示。所述空间光学检测***包括显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)4、二向色镜5、配备BRET能量供受体发射光第一滤光片6的第一光电倍增管7和配备BRET能量供受体发射光第二滤光片8的第二光电倍增管9。所述荧光检测模块中的荧光信号由显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)4进行收集。由显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)4进行收集的荧光信号采用二向色镜5分离发射光，将发射光分成两个波长。两个波长的光分别利用配备BRET能量供受体发射光第一滤光片6的第一光电倍增管7和配备BRET能量供受体发射光第二滤光片8的第二光电倍增管9进行采样。
所述微流控液滴平台检测BRET生物发光的方法为：将BRET体系、荧光素酶底物、油分别通过液滴生成模块1的三个注入口进入液滴生成模块1(所述BRET生物发光技术中，能量供体为荧光素酶，能量受体为各类荧光蛋白、有机荧光分子、量子点等)；所述BRET体系、荧光素酶底物、油在Flow Focus结构的液滴生成模块1中生成“油包水”微液滴，该液滴一方面将反应体系包裹在油相中，避免了外界环境对反应体系造成的干扰；另一方面，液滴的体积很小仅有皮升级，与传统酶标仪检测所需的百微升级相比，大大减少了样品消耗量，且实现了高通量检测；
然后，“油包水”微液滴进入蜿蜒曲折蛇形结构的液滴混合模块2，当液滴进入蜿蜒曲折的通道时，液滴内流体会产生涡流，不断地进行搅拌，其内部组分将会在短时间内得到充分的混合，并通过流道的宽度缩放实现液滴的拉伸和挤压，再次提升液滴内的反应效率。在液滴混合模块2中BRET技术中底物与酶结合为能量受体提供能量，从而致使受体发出荧光；
最后，经过充分混合的液滴进入荧光检测模块3，在荧光检测模块3实现荧光信号的检测。利用空间光学检测***收集和检测能量供受体的发射光强度，并计算能量转移效率(能量转移效率(BRET Ratio)＝受体光强度/供体光强度)。
对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述微流控液滴平台包括PDMS微流控芯片；所述PDMS微流控芯片包括依次设置的液滴生成模块、液滴混合模块和荧光检测模块三个部分。
2.根据权利要求1所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述微流控液滴平台包括上下两层，所述上层为PDMS微流控芯片，所述下层为玻璃衬底。
3.根据权利要求1或2所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述液滴生成模块为流动聚焦结构。
4.根据权利要求1或2所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述液滴混合模块为蛇形结构。
5.根据权利要求1或2所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述荧光检测模块中的荧光信号通过空间光学检测***进行检测，所述空间光学检测***与微流控液滴平台相互独立。
6.根据权利要求5所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述空间光学检测***包括显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)、二向色镜、配备BRET能量供受体发射光第一滤光片的第一光电倍增管和配备BRET能量供受体发射光第二滤光片的第二光电倍增管。
7.根据权利要求6所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述荧光检测模块中的荧光信号由显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)进行收集。
8.根据权利要求7所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，由显微镜物镜X20(数值孔径NA＝0.4)进行收集的荧光信号采用二向色镜分离发射光，将发射光分成两个波长。
9.根据权利要求8所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，两个波长的光分别利用配备BRET能量供受体发射光第一滤光片的第一光电倍增管和配备BRET能量供受体发射光第二滤光片的第二光电倍增管进行采样。
10.根据权利要求1或2所述的基于BRET生物发光技术的微流控液滴平台，其特征在于，所述微流控液滴平台检测BRET生物发光的方法为：将BRET体系、荧光素酶底物、油分别加入液滴生成模块；
所述BRET体系、荧光素酶底物、油在液滴生成模块中生成“油包水”微液滴；然后“油包水”微液滴进入液滴混合模块，在液滴混合模块中BRET技术中底物与酶结合为能量受体提供能量，从而致使受体发出荧光；最后在荧光检测模块实现荧光信号的检测。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210416 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |