[發明專利]一種基于絕緣微球濃度變化導致微通道電阻改變的生物傳感檢測方法

有效

• 申請號: 202011239645.2
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112415058B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 陳翊平;何慧禹;聶榮彬;王知龍
• 申請（專利權）人: 華中農業大學
• 主分類號: G01N27/12
• 分類號: G01N27/12;G01N27/416;G01N33/53;G01N33/543;G01N33/553;B01L3/00
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 徐紹新

本發明公開了一種基于絕緣微球濃度變化導致微通道電阻改變的生物傳感檢測方法，將生物識別分子分別修飾在磁珠和絕緣微球的表面，然后加入待測目標物進行生物反應，磁分離后，在微通道兩端施以恒定的電壓或電流，反應液中的絕緣微球在電滲流的作用下通過微通道并產生明顯的阻塞效應，從而導致微通道電阻的改變，進而使電流或電壓發生改變，而電流或電壓的改變量又與絕緣微球的濃度相關，據此原理可檢測絕緣微球濃度并間接得到待測目標物含量。本發明實現了對一系列目標物的檢測，展現出良好的分析性能，而且設備成本低、簡單高效，在體外診斷、食品安全、環境監測等領域具有很好的應用前景。

技術領域

本發明屬于生物傳感領域，涉及一種生物傳感檢測方法，尤其是一種基于絕緣微球濃度變化導致微通道電阻改變的生物傳感檢測方法，本發明還涉及一種生物傳感檢測裝置及用于生物傳感檢測的微流控芯片。

背景技術

開發性能優異、成本低廉、操作簡便的現場快速檢測技術在食品安全、疾病診斷、環境監測等方面將發揮重要作用。近年來，生物傳感器由于其良好的靈敏度和特異性、易實現集成化等優勢，在現場快速檢測領域倍受關注。生物傳感器往往以生物分子(如抗原、抗體、核酸)為識別元件，通過換能器將識別信息轉換為可檢測的信號。迄今為止，光學、電化學、磁性等信號讀出方式仍然是廣泛采用的信號讀出方式。然而，對于現場快速檢測，這些方法依然受到諸如儀器復雜、成本高、易受環境干擾以及需要專業人員的操作等限制。例如傳統的光學檢測手段，需要光源、濾波片、光子檢測器以及精準的光路設計，這不僅增加了儀器的復雜性，同時也提高了成本。電化學生物傳感方法也是常見的傳感方法，但其電極一般需要打磨和修飾，導致方法的穩定性和準確性較差。為了克服這些限制，研究者們正在探索更加有效、穩定的信號讀出方式。近年來，壓力、距離、溫度甚至氣味等也作為讀出信號，并在現場快速檢測方面展現出一定的優勢，但這些信號讀出方式的穩定性和可操作性不夠好。

在生物傳感器中，采用不同的物理化學原理，可將生物識別信息轉換為不同的讀出信號。例如采用納米酶催化的產氣反應，可將生物識別信息轉換為氣壓、距離等信號；采用熱敏元件，可將酶促反應過程產生的熱量轉換為溫度信號。上述信號可采用壓力計、溫度計等簡單設備方便地讀出，尤其適合構建便攜式生物傳感器。然而，類似氣壓、溫度這些物理參數極易受到環境干擾，給現場操作帶來了不便；另外，這些信號的產生仍然依賴于化學反應，一定程度上增加了結果的不確定性。因此，在現場快速檢測技術中，一個理想的讀出信號，不僅要具有極高的抗干擾能力，還要與生物識別反應具有直接的量化關系。

由于電信號如電壓、電阻、電流等，不僅測量方便，而且不易受到外界環境的干擾，若能將生物識別信息直接轉變為電流或電壓信號，會大大降低傳感器的成本，同時可以提高儀器的抗干擾能力。經檢索，目前尚未發現以生物識別引起的電流或電壓變化為讀出信號的現場快速檢測技術的報道。

發明內容

本發明的一個目的是為解決現有的生物傳感器在現場快速檢測中成本高、易受干擾等問題，提供一種成本低、穩定性好、抗干擾能力強的基于絕緣微球濃度變化導致微通道電阻改變的生物傳感檢測方法，本發明的另一個目的是提供一種生物傳感檢測裝置及用于生物傳感檢測的微流控芯片。

本發明所提供的方法和裝置，其工作原理如下：

在微米尺寸的通道內，當絕緣顆粒穿過時，會產生明顯的阻塞效應。若在通道兩端施以恒定的電壓或電流，則絕緣顆粒的存在會導致電阻改變，并且改變幅度與絕緣顆粒的濃度呈正相關。因此，我們首先將生物識別分子分別修飾在磁珠和絕緣微球表面，然后加入待測目標物進行孵育，經過磁分離，溶液中未反應的絕緣微球濃度與目標物濃度相關。將該溶液置于導電池內，施加恒定的電壓或電流，電滲流驅動絕緣微球流經微通道，檢測儀表讀取電流值或電壓值，與空白對照組進行對比，可得到電流差值，該差值大小取決于絕緣微球濃度，從而與目標物濃度相關，可進行定量分析。