一種電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置。該裝置包括聲能傳輸與電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分。電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分包括超聲換能器、超聲耦合膠體、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板、可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片、高分子金膜電極基板、多通道微弱電信號檢測電路；控制檢測部分包括超聲傳感器、PID超聲能量模式控制模塊、微弱電信號處理模塊、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊、能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫。本實用新型表現(xiàn)出優(yōu)越的檢測低限、靈敏度、精確性、重復(fù)性和穩(wěn)定性。
【專利說明】—種電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于生物傳感器【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置，具體是基于超聲化學(xué)原理的電化學(xué)免疫傳感器檢測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種免疫分析方法與電化學(xué)檢測相結(jié)合的一種免疫分析方法，電化學(xué)免疫生物傳感器由于其選擇性好，分析速度快，操作簡易，容易構(gòu)成具有電化學(xué)分析的高靈敏度，又具有免疫分析的高選擇性和專一性的、高性能價格比的測試儀器的特點，而正大量的應(yīng)用在醫(yī)療健康，食品安全，環(huán)境監(jiān)測等各個領(lǐng)域。但是它的應(yīng)用過程中也存在一些問題，例如對一致性問題、檢測限、靈敏度和檢測速度等性能有更高要求的應(yīng)用中則表現(xiàn)出性能受限制的一面。如何開發(fā)出性能卓越，差異性小，一致性高的電化學(xué)免疫生物傳感器或者檢測系統(tǒng)就成為當(dāng)前研發(fā)中一個極其關(guān)鍵的熱點主題。近幾十年來，免疫分析技術(shù)結(jié)合了抗體-抗原間的特異性識別反應(yīng)和電化學(xué)、光化學(xué)、光譜學(xué)、聲表面波等技術(shù)的靈敏和方便等特性，例如對腫瘤標(biāo)志物、疾病標(biāo)志蛋白質(zhì)、重金屬離子、有機(jī)毒性物質(zhì)等目標(biāo)分析物的高選擇性和高靈敏性，成為臨床、生物化學(xué)、環(huán)境分析等各個領(lǐng)域重要的分析手段之一。相對于放射免疫分析法、酶聯(lián)免疫分析法、熒光免疫分析法和化學(xué)發(fā)光分析法等分析檢測方法而言，電化學(xué)免疫生物傳感器檢測具有無放射污染、所需儀器相當(dāng)簡單靈活、檢測限低、靈敏度高和動力學(xué)范圍寬以及能夠易于多種不同的模式靈活地集成等優(yōu)點，與基于化學(xué)發(fā)光的光化學(xué)免疫生物傳感檢測一道成為重要的具有更大發(fā)展前景的檢測手段而備受推崇。
[0003]微流動注射分析方法不但具有操作簡便靈活、分析速度快、易于自動化和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點，而且具有應(yīng)用面廣闊的特點?？梢詰?yīng)用于異相免疫反應(yīng)也可以適用于均相免疫反應(yīng)。相對于一些常規(guī)分析方法操作步驟的繁瑣，分析時間較長，樣品消耗量大，測定成本高等問題，微流動注射技術(shù)與免疫分析和電化學(xué)檢測方法相結(jié)合而發(fā)展起來的微流動注射免疫分析技術(shù)已被證明為一種有力的檢測分析方法，相對應(yīng)的分析檢測儀器裝置也已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測、藥物分析、食品檢驗和臨床分析的眾多關(guān)鍵領(lǐng)域。但是由于常規(guī)的免疫反應(yīng)受限于其對反應(yīng)條件和反應(yīng)體系的嚴(yán)格要求，而影響了反應(yīng)的效率，導(dǎo)致分析時間與分析性能依然成為一個不容忽視的重要問題。如何有效解決這一重要問題，也就是在盡量縮短分析時間的同時保證和提高分析性能的重要問題，成為本實用新型的重要特征。而針對不同電化學(xué)免疫生物反應(yīng)體系的特點，從系統(tǒng)整體的角度考慮，將超聲化學(xué)效應(yīng)的測控參數(shù)與電化學(xué)免疫生物傳感器性能參數(shù)技術(shù)相結(jié)合并形成可操作的質(zhì)控過程信息也是本實用新型具有廣泛適用性的重要關(guān)鍵特征。
[0004]電化學(xué)免疫生物傳感器具有選擇性好，分析速度快，操作簡易，構(gòu)成測試儀器具有高性能價格比等特點，但是傳感器固相表面所存在的反應(yīng)效率問題還是在一定程度上制約了其更為廣泛的應(yīng)用前景。那么從檢測系統(tǒng)整體的角度考慮，引入新的方法和技術(shù)手段有效地解決傳感器固相表面免疫反應(yīng)效率的問題將會進(jìn)一步有力地推動電化學(xué)免疫生物傳感器技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)大應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度。[0005]首先免疫生物傳感器固相載體上的抗體(抗原)以及催化反應(yīng)的酶蛋白與被檢測液中相應(yīng)的抗原(抗體)之間存在兩相間的能量壁魚——Nernst層，如何克服這種壁壘限制提高反應(yīng)效率是一個重要的問題。其次即使已經(jīng)跨越這一能量壁壘的抗體/抗原發(fā)生有效反應(yīng)尺度內(nèi)的碰撞或者結(jié)合，也還存在著一定非特異性結(jié)合的概率，這種現(xiàn)象會帶來背景噪聲和干擾，導(dǎo)致檢測限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能的降低。因此如何促進(jìn)非特異性結(jié)合向特異性結(jié)合轉(zhuǎn)變，并提高轉(zhuǎn)變的效率，也將是如何提高免疫反應(yīng)效率的重要問題之一。
[0006]根據(jù)超聲化學(xué)的原理，在化學(xué)反應(yīng)中，超聲能量帶來兩個基本效應(yīng)，一是振蕩效應(yīng)，二是能量擴(kuò)散效應(yīng)。根據(jù)對免疫反應(yīng)中所存在問題的分析發(fā)現(xiàn)，可以利用超聲能量的這些作用促進(jìn)免疫反應(yīng)的成分穿越不同相面之間的Nernst層而有效地發(fā)生反應(yīng)。這種作用的效果也已經(jīng)為許多實驗工作所證實。另外，針對抗體/抗原之間的特異性結(jié)合力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非特異性的結(jié)合力，超聲效應(yīng)也能夠加速實現(xiàn)非特異性結(jié)合向特異性結(jié)合的轉(zhuǎn)變，也就是促進(jìn)結(jié)合蛋白構(gòu)形的重新選擇性排列。通過控制超聲能量強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)來減少能量擾動對特異性結(jié)合的影響，保障其有效特異性結(jié)合的轉(zhuǎn)變速率。這些作用的效果在一定程度上通過物理方式促進(jìn)反應(yīng)速率，增加特異性免疫反應(yīng)效率而在系統(tǒng)的水平上提高電化學(xué)免疫生物傳感檢測的檢測低限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]超聲輻射能量加速電化學(xué)免疫生物反應(yīng)，特別是以微流動注射技術(shù)和電化學(xué)免疫生物傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)成面向免疫生物反應(yīng)的分析測定方法及裝置。與典型的免疫生物傳感器的固相表面效應(yīng)一樣，電化學(xué)免疫生物傳感器的固相表面也對免疫反應(yīng)存在著多方面的重要影響，而免疫生物傳感檢測過程中抗體與抗原或者其他酶標(biāo)記物之間的擴(kuò)散效應(yīng)限制是其中一個重要的負(fù)面影響因素。這種因素的存在不但影響檢測分析過程中反應(yīng)速度，同時也影響著結(jié)果的所體現(xiàn)的靈敏度，最終限制了檢測分析的效果。本實用新型針對這一重要問題，針對電化學(xué)免疫生物傳感檢測系統(tǒng)的工作特點，根據(jù)超聲化學(xué)的原理引入了可控的超聲能量輻射功能，通過對傳感器固相表面區(qū)域適度的能量擾動來提高免疫生物傳感器敏感膜上免疫反應(yīng)的速度，獲得均勻反應(yīng)的效果，促進(jìn)深度免疫反應(yīng)，提高電化學(xué)免疫生物傳感檢測的靈敏度和一致重復(fù)性。免疫生物傳感檢測過程中的質(zhì)量控制也是一個非常重要的問題，根據(jù)超聲化學(xué)的原理引入的可控的超聲能量輻射技術(shù)可以成為質(zhì)控過程的基礎(chǔ)技術(shù)內(nèi)容。通過與質(zhì)控過程緊密結(jié)合，可以規(guī)范地獲得必要的測控參數(shù)與性能參數(shù)而形成關(guān)系信息數(shù)據(jù)庫。這一信息數(shù)據(jù)庫是構(gòu)成整個可控超聲能量輻射電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。
[0008]本實用新型的特征是從系統(tǒng)整體水平上出發(fā)，將超聲能量輻射功能和電化學(xué)免疫生物傳感器檢測分析相結(jié)合，且在系統(tǒng)整體的水平上，結(jié)合微流動注射技術(shù)，最終形成基于超聲化學(xué)原理的電化學(xué)免疫傳感器檢測裝置及電化學(xué)免疫生物反應(yīng)測定的分析方法，來提高檢測分析系統(tǒng)的檢測低限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能指標(biāo)。并且針對不同電化學(xué)免疫生物反應(yīng)體系的特點，在系統(tǒng)整體水平上，將超聲化學(xué)效應(yīng)的測控參數(shù)與電化學(xué)免疫生物傳感器技術(shù)的性能參數(shù)相結(jié)合，并形成可操作的質(zhì)控過程信息以備廣泛的應(yīng)用之需。這些是本實用新型的重要關(guān)鍵特征。
[0009]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置。
[0010]本實用新型裝置包括聲能傳輸與電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分。
[0011]所述的電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板110、聲能量阻尼衰減片109、超聲換能器101、超聲耦合膠體102、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、突觸點硅橡膠密封圈108、可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104、高分子金膜電極基板107、多通道微弱電信號檢測電路106 ；
[0012]由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、突觸點硅橡膠密封圈108、高分子金膜電極基板107從下至上依次設(shè)置構(gòu)成流動注射反應(yīng)池/注射裝置；
[0013]高頻超聲換能器101放置在高分子超聲耦合膠體102與聲能量阻尼衰減片109之間，通過PID超聲能量模式控制模塊202來控制高頻超聲換能器101超聲能量的輻射強(qiáng)度。
[0014]超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構(gòu)成；其中高分子薄膜的聲阻抗特性與所選超聲耦合劑的聲阻抗特性相近。
[0015]超聲耦合膠體102上表面設(shè)有聲透鏡陣列，用于聚焦超聲能量，超聲耦合膠體102通過聲透鏡陣列與聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103緊貼；聲透鏡的凹球面尺寸由焦距而定，焦距為透鏡表面到超聲束聚焦的焦點的距離。通過調(diào)整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點到電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面的垂直距離為I~2mm。
[0016]聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103開有兩個通道作為流體傳輸?shù)倪M(jìn)出口，且兩通道分別設(shè)于超聲耦合膠體102的兩側(cè)；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽，用于放置超聲傳感器201。該凹槽與兩通道構(gòu)成倒置的U型結(jié)構(gòu)，使得流體從一個通道流向另一個通道。
[0017]在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設(shè)有突觸點硅橡膠密封圈108，用于密封流動注射反應(yīng)池/注射裝置，調(diào)節(jié)流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的高度，并與高分子金膜電極基板107形成封閉結(jié)構(gòu)。
[0018]所述的流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的高度為I~3_。
[0019]所述的高分子金膜電極基板107的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚二甲基硅氧烷I3DMS ；
[0020]高分子金膜電極基板107上開有多個厚度為2mm的凹槽，用于嵌入電極，電極與可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面導(dǎo)通，將可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104采集到電信號通過電極傳遞到多通道微弱電信號檢測電路106 ；
[0021]所述的電極為雙通道微間距三電極結(jié)構(gòu)；
[0022]所述的可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104是由硅烷、戊二醛或殼聚糖通過交聯(lián)方法進(jìn)行電極表面修飾，形成基膜；然后在基膜上固定抗原分子(或抗體分子)和催化酶，其中催化酶用以催化氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電活性物質(zhì)而引起電流變化，常用催化酶的種類為堿性磷酸酶、辣根過氧化物酶等。
[0023]所述的控制檢測部分包括超聲傳感器201、PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205 ；
[0024]PID超聲能量模式控制模塊202作為控制處理單元，接收超聲傳感器201的超聲能量信號以及能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動超聲換能器101啟動工作模式；微弱電信號處理模塊203接收多通道微弱電信號檢測電路106的采集信號，能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205通過數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204分析處理微弱電信號處理模塊203的信號，然后將識別后的信號傳遞PID超聲能量模式控制模塊202，最終調(diào)節(jié)超聲換能器101的超聲發(fā)射模式(頻率與強(qiáng)度)。
[0025]利用上述裝置進(jìn)行電化學(xué)免疫生物反應(yīng)測定的分析方法，具體是利用可控超聲輻射能量來提升電化學(xué)免疫反應(yīng)效率的微流動注射電化學(xué)免疫生物檢測分析方法。
[0026]步驟(I).調(diào)節(jié)超聲波換能器101的輻射能量場
[0027]通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調(diào)節(jié)焦距，使焦點到可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0028]所述的超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面的特征尺寸由超聲頻率、聚焦的能量大小、高分子金膜電極基板107材料與厚度以及流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的特征尺寸等具體參數(shù)決定。
[0029]總體的原則是:①調(diào)節(jié)超聲波換能器101強(qiáng)度使流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105內(nèi)待測溶液能夠產(chǎn)生機(jī)械與溫度的擾動，促進(jìn)擴(kuò)散效應(yīng)，克服反應(yīng)的能量壁壘，提高了反應(yīng)效率；②調(diào)節(jié)到適當(dāng)強(qiáng)度，可促進(jìn)待測溶液中抗體/抗原間的非特異性結(jié)合分子分離發(fā)生重排，并向特異性結(jié)合轉(zhuǎn)變，使得待測溶液反應(yīng)充分。
[0030]步驟(2).進(jìn)行微流動注射分析
[0031]將待測溶液、載流經(jīng)一通道恒速注入至流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105達(dá)到二者的混合，最終經(jīng)另一通道流出。
[0032]在進(jìn)行微流動注射分析過程中，可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應(yīng)抗體發(fā)生特異性結(jié)合反應(yīng)。
[0033]所述的流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105通過光刻或蝕刻的方法實現(xiàn)了反應(yīng)池的微型化。
[0034]步驟(3).超聲發(fā)射能量智能測控過程
[0035]在進(jìn)行步驟(2)的過程中，本實用新型同時進(jìn)行超聲發(fā)射能量智能測控。所述的智能控制過程包括兩條反饋信號通路，分別是超聲能量的反饋信號通路、檢測反饋通路。
[0036]所述的超聲能量的反饋信號由超聲傳感器201來檢測超聲輻射能量的強(qiáng)度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構(gòu)成一條閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0037]PID超聲能量模式控制模塊202接收超聲傳感器201的超聲能量信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動超聲換能器101啟動工作模式。
[0038]所述的檢測反饋通路是由PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理檢測模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205構(gòu)成閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0039]微弱電信號處理檢測模塊203處理多通道微弱電信號檢測電路106獲得的電化學(xué)信號，通過超聲能量模式控制模塊202調(diào)節(jié)超聲換能器的輻射能量來確定較優(yōu)的免疫反應(yīng)效果，數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應(yīng)體系的參數(shù)集合進(jìn)行整合，形成能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205，這些數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容將為不同免疫檢測分析體系的應(yīng)用提供必要的PID控制參數(shù)。進(jìn)一步地，利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控免疫反應(yīng)溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數(shù),來獲得超聲福射能量的控制參數(shù)對電化學(xué)免疫反應(yīng)的動態(tài)效果，通過對反應(yīng)效果參數(shù)與超聲能量控制參數(shù)之間動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得用于控制的優(yōu)化參數(shù)，這些優(yōu)化參數(shù)與PID控制參數(shù)進(jìn)行信息融合，獲得待測溶液中目標(biāo)抗體或抗原的濃度。
[0040]所述的智能測控方法依據(jù)事先得到的標(biāo)準(zhǔn)電化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度的特征動力學(xué)曲線，獲得超聲輻射能量的控制參數(shù)，控制電化學(xué)免疫反應(yīng)。
[0041]本實用新型的有益效果是:
[0042]基于超聲化學(xué)原理，在系統(tǒng)整體的水平上，結(jié)合微流動注射技術(shù)，整合控制檢測部分與交聯(lián)型電化學(xué)免疫生物傳感器，提供一種全新的利用可控物理輻射能量來提升電化學(xué)免疫反應(yīng)效率，來提高檢測分析系統(tǒng)的檢測低限、靈敏度和重復(fù)一致性等性能指標(biāo)。并且針對不同電化學(xué)免疫生物反應(yīng)體系的特點，在系統(tǒng)整體水平上，將超聲化學(xué)效應(yīng)的測控參數(shù)與電化學(xué)免疫生物傳感器技術(shù)的性能參數(shù)相結(jié)合，并形成可操作的質(zhì)控過程信息以備廣泛的應(yīng)用之需。使之成功地適應(yīng)于臨床、生物化學(xué)、環(huán)境分析等各個領(lǐng)域的更高水平檢測分析要求。
[0043]A)優(yōu)越的一致重現(xiàn)性。樣品與敏感物質(zhì)的反應(yīng)的各個階段由于超聲能量聚焦在反應(yīng)面附近產(chǎn)生的微攪拌和反應(yīng)能量傳遞效應(yīng)，使得反應(yīng)界面的均勻化得到了較大提升，較好地保證了 一致重現(xiàn)性。
[0044]B)加快了反應(yīng)樣品以及實際反應(yīng)進(jìn)程，極大地縮短了反應(yīng)時間，提高檢測效率，非常適合于臨床、環(huán)境監(jiān)測、食品安全等多個領(lǐng)域的在線快速檢測應(yīng)用。
[0045]C)利用硅烷、戊二醛、殼聚糖等交聯(lián)固定抗原、抗體分子或者催化酶，具有耗材成本低，技術(shù)成熟等特征。
[0046]本實用新型表現(xiàn)出優(yōu)越的檢測低限、靈敏度、精確性、重復(fù)性和穩(wěn)定性，制備方法成熟簡單，有利于發(fā)展成極具市場實際應(yīng)用價值的產(chǎn)品進(jìn)行推廣。
[0047]說明書附圖
[0048]圖1為本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2為本實用新型裝置的A-A截面部分結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖3為本實用新型裝置的B-B截面部分結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0051]下面結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步的分析。
[0052]實施例1.如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型裝置包括聲能傳輸與電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分。
[0053]電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板110、聲能量阻尼衰減片109、超聲換能器101、超聲耦合膠體102、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、突觸點硅橡膠密封圈108、可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104、高分子金膜電極基板107、多通道微弱電信號檢測電路106 ；
[0054]由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、突觸點硅橡膠密封圈108、高分子金膜電極基板107從下至上依次設(shè)置構(gòu)成流動注射反應(yīng)池/注射裝置；
[0055]高頻超聲換能器101放置在高分子超聲耦合膠體102與聲能量阻尼衰減片109之間，通過PID超聲能量模式控制模塊202來控制高頻超聲換能器101超聲能量的輻射強(qiáng)度。
[0056]超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構(gòu)成；其中高分子薄膜的聲阻抗特性與所選超聲耦合劑的聲阻抗特性相近。
[0057]超聲耦合膠體102上表面設(shè)有聲透鏡陣列，用于聚焦超聲能量，超聲耦合膠體102通過聲透鏡陣列與聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103緊貼；聲透鏡的凹球面尺寸由焦距而定，焦距為透鏡表面到超聲束聚焦的焦點的距離。通過調(diào)整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點到電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0058]聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103開有兩個通道作為流體傳輸?shù)倪M(jìn)出口，且兩通道分別設(shè)于超聲耦合膠體102的兩側(cè)；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽，用于放置超聲傳感器201。該凹槽與兩通道構(gòu)成倒置的U型結(jié)構(gòu)，使得流體從一個通道流向另一個通道。
[0059]在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設(shè)有突觸點硅橡膠密封圈108，用于密封流動注射反應(yīng)池/注射裝置，調(diào)節(jié)流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的高度，并與高分子金膜電極基板107形成封閉結(jié)構(gòu)。
[0060]所述的流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的高度為I?3mm。
[0061]所述的高分子金膜電極基板107的材質(zhì)為聚甲基丙烯酸甲酯PMMA或聚二甲基硅氧烷I3DMS ；
[0062]高分子金膜電極基板107上開有多個厚度為2mm的凹槽，用于嵌入電極，電極與可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面導(dǎo)通，將可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104采集到電信號通過電極傳遞到多通道微弱電信號檢測電路106 ；
[0063]所述的電極為雙通道微間距三電極結(jié)構(gòu)；
[0064]所述的可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104是由硅烷、戊二醛或殼聚糖通過交聯(lián)方法進(jìn)行電極表面修飾，形成基膜；然后在基膜上固定抗原分子(或抗體分子)和催化酶，其中催化酶用以催化氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)生電活性物質(zhì)而引起電流變化，常用催化酶的種類為堿性磷酸酶、辣根過氧化物酶等。
[0065]所述的控制檢測部分包括超聲傳感器201、PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205 ；
[0066]PID超聲能量模式控制模塊202作為控制處理單元，接收超聲傳感器201的超聲能量信號以及能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動超聲換能器101啟動工作模式；微弱電信號處理模塊203接收多通道微弱電信號檢測電路106的采集信號，能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205通過數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204分析處理微弱電信號處理模塊203的信號，然后將識別后的信號傳遞PID超聲能量模式控制模塊202，最終調(diào)節(jié)超聲換能器101的超聲發(fā)射模式(頻率與強(qiáng)度)。
[0067]實施例2.—種電化學(xué)免疫生物反應(yīng)測定的分析方法，具體是利用可控超聲輻射能量來提升電化學(xué)免疫反應(yīng)效率的微流動注射電化學(xué)免疫生物檢測分析方法。
[0068]步驟(I).調(diào)節(jié)超聲波換能器101的輻射能量場
[0069]通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調(diào)節(jié)焦距，使焦點到可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0070]所述的超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面的特征尺寸由超聲頻率、聚焦的能量大小、高分子金膜電極基板107材料與厚度以及流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的特征尺寸等具體參數(shù)決定。
[0071]總體的原則是:①調(diào)節(jié)超聲波換能器101強(qiáng)度使流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105內(nèi)待測溶液能夠產(chǎn)生機(jī)械與溫度的擾動，促進(jìn)擴(kuò)散效應(yīng)，克服反應(yīng)的能量壁壘，提高了反應(yīng)效率；②調(diào)節(jié)到適當(dāng)強(qiáng)度，可促進(jìn)待測溶液中抗體/抗原間的非特異性結(jié)合分子分離發(fā)生重排，并向特異性結(jié)合轉(zhuǎn)變，使得待測溶液反應(yīng)充分。
[0072]步驟(2).進(jìn)行微流動注射分析
[0073]將待測溶液、載流經(jīng)一通道恒速注入至流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105達(dá)到二者的混合，最終經(jīng)另一通道流出。
[0074]在進(jìn)行微流動注射分析過程中，可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應(yīng)抗體發(fā)生特異性結(jié)合反應(yīng)。
[0075]所述的流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105通過光刻或蝕刻的方法實現(xiàn)了反應(yīng)池的微型化。
[0076]步驟(3).超聲發(fā)射能量智能測控過程
[0077]在進(jìn)行步驟(2)的過程中，本實用新型同時進(jìn)行超聲發(fā)射能量智能測控。所述的智能控制過程包括兩條反饋信號通路，分別是超聲能量的反饋信號通路、檢測反饋通路。
[0078]所述的超聲能量的反饋信號由超聲傳感器201來檢測超聲輻射能量的強(qiáng)度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構(gòu)成一條閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0079]PID超聲能量模式控制模塊202接收超聲傳感器201的超聲能量信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動超聲換能器101啟動工作模式。
[0080]所述的檢測反饋通路是由PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理檢測模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205構(gòu)成閉環(huán)測控系統(tǒng)。
[0081 ] 微弱電信號處理檢測模塊203處理多通道微弱電信號檢測電路106獲得的電化學(xué)信號，通過超聲能量模式控制模塊202調(diào)節(jié)超聲換能器的輻射能量來確定較優(yōu)的免疫反應(yīng)效果，數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應(yīng)體系的參數(shù)集合進(jìn)行整合，形成能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205，這些數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容將為不同免疫檢測分析體系的應(yīng)用提供必要的PID控制參數(shù)。進(jìn)一步地，利用標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)控免疫反應(yīng)溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數(shù),來獲得超聲福射能量的控制參數(shù)對電化學(xué)免疫反應(yīng)的動態(tài)效果，通過對反應(yīng)效果參數(shù)與超聲能量控制參數(shù)之間動力學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得用于控制的優(yōu)化參數(shù)，這些優(yōu)化參數(shù)與PID控制參數(shù)進(jìn)行信息融合，獲得待測溶液中目標(biāo)抗體或抗原的濃度。
[0082]所述的智能測控方法依據(jù)事先得到的標(biāo)準(zhǔn)電化學(xué)反應(yīng)強(qiáng)度的特征動力學(xué)曲線，獲得超聲輻射能量的控制參數(shù)，控制電化學(xué)免疫反應(yīng)。
[0083]實施例3.可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104的典型制備流程:①將待測抗原溶解于緩沖溶液，所選擇的緩沖溶液因抗原種類而異，原則是使免疫反應(yīng)的活性和化學(xué)發(fā)光信號響應(yīng)達(dá)到最大。②對傳感器載體表面進(jìn)行預(yù)處理得到平整，干凈，親水性的表面。③配置一定濃度環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷溶液，放置60分鐘使其充分水解，然后移取50微升溶液滴于載體表面，在90°C左右加熱60分鐘。滴50微升1%殼聚糖醋酸溶液于GPS硅烷化處理過的玻片上，再置于烘箱中以105°C的條件下加熱60分鐘，得到硅烷交聯(lián)戊二醛基膜。④將50微升抗原溶液滴于硅烷交聯(lián)戊二醛(殼聚糖)基膜上，在4°C冰箱中緩慢揮發(fā)8小時。⑤用50微升牛血清白蛋白溶液滴于(4)步驟所得基膜上，封閉活性點，得到免疫功能膜。⑥影響所獲得免疫生物功能基膜和免疫傳感器性能的主要因素存在三個方面:(a)足夠的時間和適宜的溫度使環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷充分水解反應(yīng)；(b)免疫生物傳感器的制備受到交聯(lián)戊二醛(殼聚糖)表面形貌結(jié)構(gòu)的影響，這主要取決于制備過程中環(huán)氧丙烷基三甲基硅烷和戊二醛(殼聚糖)的用量，只有用量配比合適，才能獲得規(guī)則、均勻、一致性好、呈現(xiàn)網(wǎng)孔狀結(jié)構(gòu)的交聯(lián)基膜，從而制備出穩(wěn)定性高，性能好的免疫功能膜；(c)緩沖溶液的PH值:只有在一定酸度下，抗原才具有最佳活性。如果酸度偏離這一數(shù)值，將影響免疫功能基膜和傳感器的性能。
[0084]實施例4.待測抗原的測定:(1)針對異相酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)、異相非酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)、均相酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)、異相非酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)等不同的免疫反應(yīng)體系，確定免疫測定的優(yōu)化條件是保證抗體、抗原和標(biāo)記酶的有效活性，以及電活性的活性條件。(2)針對異相酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)、異相非酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)、均相酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)、異相非酶標(biāo)記電化學(xué)免疫反應(yīng)等不同的免疫反應(yīng)體系，確定不同的，但是各自典型的微流動注射方式和流程注入電化學(xué)免疫反應(yīng)池中，對被檢測溶液進(jìn)行電化學(xué)檢測分析。根據(jù)質(zhì)控過程中測定的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行分析識別，通過多參數(shù)信息融合的方式獲得樣品中目標(biāo)抗體/抗原的濃度。
【權(quán)利要求】
1.一種電化學(xué)免疫生物傳感器檢測裝置，其特征在于包括聲能傳輸與電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分、控制檢測部分； 所述的電化學(xué)免疫反應(yīng)檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板110、聲能量阻尼衰減片109、超聲換能器101、超聲耦合膠體102、聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、突觸點硅橡膠密封圈108、可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104、高分子金膜電極基板。107、多通道微弱電信號檢測電路106 ； 由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、突觸點硅橡膠密封圈108、高分子金膜電極基板107從下至上依次設(shè)置構(gòu)成流動注射反應(yīng)池/注射裝置； 高頻超聲換能器101放置在高分子超聲耦合膠體102與聲能量阻尼衰減片109之間，通過PID超聲能量模式控制模塊202來控制高頻超聲換能器101超聲能量的輻射強(qiáng)度；超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構(gòu)成；其中高分子薄膜的聲阻抗特性與所選超聲耦合劑的聲阻抗特性相近； 超聲耦合膠體102上表面設(shè)有聲透鏡陣列，用于聚焦超聲能量，超聲耦合膠體102通過聲透鏡陣列與聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103緊貼；聲透鏡的凹球面尺寸由焦距而定，焦距為透鏡表面到超聲束聚焦的焦點的距離；通過調(diào)整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點到可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面的垂直距離為I?2mm ; 聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103開有兩個通道作為流體傳輸?shù)倪M(jìn)出口，且兩通道分別設(shè)于超聲稱合膠體102的兩側(cè)；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽，用于放置超聲傳感器201 ;該凹槽與兩通道構(gòu)成倒置的U型結(jié)構(gòu)，使得流體從一個通道流向另一個通道； 在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設(shè)有突觸點硅橡膠密封圈108，用于密封流動注射反應(yīng)池/注射裝置，調(diào)節(jié)流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的高度，并與高分子金膜電極基板107形成封閉結(jié)構(gòu)； 所述的流動注射反應(yīng)池/注射裝置的流動反應(yīng)室105的高度為I?3_ ; 高分子金膜電極基板107上開有多個厚度為2mm的凹槽，用于嵌入電極，電極與可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104表面導(dǎo)通，將可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104采集到電信號通過電極傳遞到多通道微弱電信號檢測電路106 ； 所述的電極為雙通道微間距三電極結(jié)構(gòu)； 所述的可更換電化學(xué)免疫生物敏感膜基片104是由硅烷、戊二醛或殼聚糖通過交聯(lián)方法進(jìn)行電極表面修飾，形成基膜；然后在基膜上固定抗原分子或抗體分子和催化酶； 所述的控制檢測部分包括超聲傳感器201、PID超聲能量模式控制模塊202、微弱電信號處理模塊203、數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫 205 ； PID超聲能量模式控制模塊202作為控制處理單元，接收超聲傳感器201的超聲能量信號以及能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅(qū)動超聲換能器101啟動工作模式；微弱電信號處理模塊203接收多通道微弱電信號檢測電路106的采集信號，能量控制模式與免疫電化學(xué)反應(yīng)體系數(shù)據(jù)庫205通過數(shù)據(jù)分析及反饋控制模塊204分析處理微弱電信號處理模塊203的信號，然后將識別后的信號傳遞PID超聲能量模式控制模塊202，最終調(diào)節(jié)超聲換能器101的超聲發(fā)射模式。
【文檔編號】G01N33/53GK203587550SQ201320694047
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月5日
【發(fā)明者】劉軍 申請人:劉軍