一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由磁場施加單元、磁傳感單元、磁標(biāo)記樣品單元、磁標(biāo)記樣品輸送單元、顯示單元以及磁屏蔽單元組成。其中，磁標(biāo)記樣品單元與磁傳感單元分別為獨立單元，采用非接觸式的檢測方式，結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測，并且磁傳感單元可以重復(fù)利用，有效節(jié)約了檢測成本，避免了交叉感染造成的假陽性，為快速、準(zhǔn)確、低成本地檢測待測生物分子提供了一條良好的途徑，在食品安全、環(huán)境污染、腫瘤的早期篩查等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及生物檢測技術(shù)，尤其涉及一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)能夠低成本、高精度、高可靠性地檢測待測生物，例如腫瘤標(biāo)志物、食品中農(nóng)藥殘留、病原體以及水體中特定微生物等。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，臨床中測量微量活性物質(zhì)的方法主要包括放射免疫分析方法、酶聯(lián)免疫分析方法、化學(xué)發(fā)光以及電化學(xué)發(fā)光分析方法。這些方法的檢測結(jié)果準(zhǔn)確性與可靠性較高，但是需要昂貴龐大的儀器以及需要專業(yè)的操作人員，從而限制了其大范圍的推廣使用。
[0003]磁標(biāo)記，是表面結(jié)合有單克隆抗體的磁性微球，是近年來國內(nèi)外研究比較熱門的免疫學(xué)技術(shù)之一。磁標(biāo)記的方法有如下優(yōu)勢:(1)相對于其它標(biāo)記方式，如放射性元素標(biāo)記、熒光標(biāo)記等，磁標(biāo)記沒有污染，且很穩(wěn)定，標(biāo)記顆粒的性質(zhì)受化學(xué)反應(yīng)的影響小；(2)通過外加控制磁場，可以實現(xiàn)磁性標(biāo)記有目的的移動和定位，這在智能傳感器方向有很大的優(yōu)勢；(3)具有超高的靈敏度。因此，隨著納米科技的迅速發(fā)展，磁性納米粒子的制備技術(shù)越來越成熟，磁標(biāo)記已經(jīng)應(yīng)用于生物分子標(biāo)記、臨床診斷、靶向藥物、細(xì)胞分離和酶的固定化等多種領(lǐng)域。
[0004]將磁標(biāo)記技術(shù)與磁場探測技術(shù)相結(jié)合，誕生了磁標(biāo)記生物傳感器，其基本原理是將待測目標(biāo)分子與磁珠相結(jié)合進行磁標(biāo)記，在外加磁場下磁珠被磁化,其邊緣場在磁傳感器上產(chǎn)生磁場分量，利用磁場探測技術(shù)對該分量進行檢測從而檢測出待測目標(biāo)分子的含量。磁電阻效應(yīng)的發(fā)展，尤其是巨磁電阻效應(yīng)(GMR)效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，使磁場探測的精度越來越高，因此掀起了磁標(biāo)記生物傳感器研究的熱潮，其應(yīng)用范圍已涉及快速診斷、高通量藥物篩選、單分子檢測等領(lǐng)域。
[0005]關(guān)于磁標(biāo)記生物傳感器的檢測方法，目前文獻報道多為接觸式，即直接在磁傳感器表面實現(xiàn)磁標(biāo)記，導(dǎo)致磁傳感器無法多次循環(huán)利用，大大提高了檢測成本。因此，構(gòu)建成本低、靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、易于實現(xiàn)自動化的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)將有助于磁標(biāo)記生物傳感技術(shù)的推廣應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0006]本實用新型針對上述現(xiàn)有磁標(biāo)記生物傳感器不能多次循環(huán)使用，導(dǎo)致檢測成本高的問題，提供一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)現(xiàn)場快速檢測，并且能夠多次循環(huán)利用，從而大大降低了檢測成本。
[0007]本實用新型所提供的技術(shù)方案是:一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，主要由磁場施加單元、磁傳感單元、磁標(biāo)記樣品單元、磁標(biāo)記樣品輸送單元、顯示單元以及磁屏蔽單元組成。
[0008]所述的磁場施加單元用于產(chǎn)生直流磁場、交流磁場或者直流交流混合磁場，其構(gòu)成不限,可以由永磁體構(gòu)成,也可以由電磁線圈構(gòu)成。
[0009]所述的磁傳感單元位于磁場施加單元產(chǎn)生的磁場內(nèi)，主要由磁傳感元件構(gòu)成，包括但不限于巨磁電阻(GMR)元件、隧穿磁電阻(TMR)元件、龐磁電阻(CMR)元件以及多鐵磁傳感元件等。
[0010]所述的磁標(biāo)記樣品單元包括無磁性基片，位于無磁性基片表面的固定層，以及第一抗體、待測目標(biāo)分子、第二抗體與磁性微球；
[0011]所述的傳輸單元用于輸送磁標(biāo)記樣品單元，使其接近或接觸磁傳感單元，包括傳輸桿、安裝在傳輸桿上用于承載磁標(biāo)記樣品單兀的傳輸臺，以及用于驅(qū)動傳輸桿運動的電機；
[0012]所述的顯示單元用于顯示磁傳感單元的檢測結(jié)果，包括示波器、電流表或者電壓表等。
[0013]所述的磁屏蔽單元設(shè)置在磁場施加單元的外圍，用于屏蔽外界，尤其是地磁場，對整個檢測系統(tǒng)的干擾。
[0014]所述的無磁性基片可以由剛性材料構(gòu)成，也可以由柔性材料構(gòu)成。剛性材料包括但不限于硅片、銅片等，柔性材料包括但不限于聚對苯二甲酸乙二醇酯薄膜材料(PET)等。
[0015]所述的固定層具有生物兼容性，可以是金、鉬等金屬薄膜，也可以是高分子以及氧化物等非金屬薄膜。
[0016]所述的第一抗體是能夠與待測目標(biāo)分子進行免疫應(yīng)答反應(yīng)的活性物質(zhì)。
[0017]所述的第二抗體是能夠與待測目標(biāo)分子進行免疫應(yīng)答反應(yīng)的活性物質(zhì)。
[0018]所述的待測目標(biāo)分子種類不限，可以是腫瘤標(biāo)志物分子(AFP等)、食品中農(nóng)藥殘留或微生物分子(例如E.coil 0157型大腸桿菌等)、水體中特定微生物分子等。
[0019]所述的磁性微球的構(gòu)成材料包括鐵、鈷、鎳、Y相三氧化二鐵、四氧化三鐵、釤鈷合金、鐵碳合金、鐵-碳化鐵合金、鈷鉻合金、鈷鉬合金、鈷鈀合金等磁性材料中的一種或幾種的混合物。作為優(yōu)選，所述的磁性材料為四氧化三鐵，進一步優(yōu)選，所述的四氧化三鐵顆粒表面存在著對四氧化三鐵顆粒表面進行修飾、以提高其分散等性能的生物基團。
[0020]所述的磁屏蔽單元的組成材料不限，例如可采用硅鋼或者鋁合金材料組成屏蔽單元，其形狀不限，可加工成圓筒狀或者方盒形狀等。
[0021]作為優(yōu)選，所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)還包括位置傳感器，用于監(jiān)測磁標(biāo)記樣品單元與磁傳感單元之間的實際距離，當(dāng)該實際距離達到預(yù)設(shè)距離時，發(fā)送信號至電機，以控制電機的驅(qū)動。
[0022]本實用新型一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)的檢測過程如下:
[0023]( I)待測目標(biāo)分子磁標(biāo)記
[0024]將待測目標(biāo)分子進行磁標(biāo)記，即將所述的第一抗體通過化學(xué)偶聯(lián)反應(yīng)固定在固定層表面，第二抗體通過物理吸附或化學(xué)偶聯(lián)與磁性微球結(jié)合，待測目標(biāo)分子與第一抗體通過免疫應(yīng)答反應(yīng)相結(jié)合，第二抗體通過免疫應(yīng)答反應(yīng)對待測目標(biāo)分子進行磁標(biāo)記，形成磁標(biāo)記樣品單元；
[0025](2)磁標(biāo)記樣品單元接近或接觸磁傳感單元
[0026]將磁標(biāo)記樣品單元承載在傳輸臺上，在電機驅(qū)動下傳輸桿向接近磁傳感單元方向運動，使磁標(biāo)記樣品單元接近或接觸磁傳感單元；
[0027]( 3 )磁傳感單元檢測磁標(biāo)記
[0028]在磁場施加單元所產(chǎn)生的磁場作用下，磁標(biāo)記被磁化，磁傳感單元探測該磁標(biāo)記的磁信號，顯示單元采集并顯示該信號；
[0029](4)磁標(biāo)記樣品單元與磁傳感單元相分離
[0030]檢測結(jié)束后，在電機驅(qū)動下傳輸桿向離開磁傳感單元方向運動，使磁標(biāo)記樣品單元離開磁傳感單元。
[0031]綜上所述，本實用新型一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)結(jié)合磁標(biāo)記技術(shù)與磁傳感技術(shù)，完成了對待測目標(biāo)分子的檢測，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:
[0032](I)非接觸式檢測
[0033]本實用新型中，磁標(biāo)記樣品單元與磁傳感單元相分離。檢測時，首先將待測目標(biāo)分子進行磁標(biāo)記而形成磁標(biāo)記樣品單元，然后隨著傳輸單元的輸送與磁傳感單元相接觸，在磁場施加單元所產(chǎn)生的磁場作用下完成對磁標(biāo)記的檢測；檢測完畢后，隨著傳輸單元的輸送與磁傳感單元相分離。因此，磁傳感單元與磁標(biāo)記樣品單元分別為獨立的單元，檢測方式為非接觸式檢測，有效避免了交叉感染造成的假陽性，并且實現(xiàn)了磁傳感單元的重復(fù)利用，有效節(jié)約了檢測成本；
[0034](2)檢測靈敏度高
[0035]本實用新型中，采用靈敏度高的磁傳感器元件實現(xiàn)磁場探測，有效提高了整個檢測系統(tǒng)的檢測靈敏度高；
[0036](3)檢測過程自動化、簡單直觀
[0037]本實用新型集待測目標(biāo)分子磁標(biāo)記、磁感應(yīng)檢測，以及檢測結(jié)果顯示于一體，使檢測系統(tǒng)自動化與集成化，簡單、方便、直觀地實現(xiàn)了對待測目標(biāo)分子的自動檢測；
[0038]因此，本實用新型為快速、準(zhǔn)確、低成本地檢測待測生物分子提供了一條良好的途徑，在食品安全、環(huán)境污染、腫瘤的早期篩查等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本實用新型磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖2是本實用新型磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)中磁標(biāo)記樣品單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方案
[0041]下面結(jié)合附圖與實施例，進一步闡明本實用新型。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本實用新型，而不用于限制本實用新型的范圍。
[0042]本實施例中，如圖1所示，磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)主要由磁場施加單元2、磁傳感單元4、磁標(biāo)記樣品單元5、磁標(biāo)記樣品輸送單元3、顯示單元6以及磁屏蔽單元I組成。
[0043]磁場施加單元2采用普通螺線管在圓筒狀的塑料中纏繞2000匝而構(gòu)成，大約能夠提供2?200奧斯特的磁場。
[0044]磁傳感單元4位于磁場施加單元產(chǎn)生的磁場內(nèi)。磁傳感單元4采用自制的多鐵磁傳感元件，是將22微米厚的銅片作為襯底，釹鐵硼作為鐵磁材料，聚偏氟乙烯作為鐵電材料，采用粘貼劑粘貼，構(gòu)成懸臂梁結(jié)構(gòu)式多鐵磁傳感器。
[0045]如圖2所示，磁標(biāo)記樣品單元5包括無磁性基片，位于無磁性基片表面的固定層，以及第一抗體、待測目標(biāo)分子、第二抗體與磁性微球；
[0046]磁標(biāo)記樣品傳輸單兀3用于輸送磁標(biāo)記樣品單兀5,使其與磁傳感單兀4相連接。磁標(biāo)記樣品傳輸單兀3包括傳輸桿、安裝在傳輸桿上用于承載磁標(biāo)記樣品單兀的傳輸臺、用于驅(qū)動傳輸桿運動的電機，以及用于監(jiān)測磁標(biāo)記樣品單元5與磁傳感單元4之間距離的位置傳感器。其中，傳輸桿采用塑料構(gòu)成。
[0047]顯示單元6采用示波器，用于顯示磁傳感單元4的檢測結(jié)果。
[0048]磁屏蔽單元I采用無磁硅鋼材料或者鋁合金加工成尺寸合適的套筒套在磁場施加單元2的外圍，用于屏蔽外界，尤其是地磁場，對整個檢測系統(tǒng)的干擾。
[0049]利用本實施例中的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)檢測待測目標(biāo)分子肝癌標(biāo)志物甲胎蛋白(AFP)分子，檢測過程如下:
[0050]( I)待測目標(biāo)分子磁標(biāo)記
[0051]基片采用硅片或者聚對苯二甲酸類塑料。固定層采用生物兼容性的金膜。磁標(biāo)記過程具體如下:
[0052](a)固定層的制備
[0053]在硅片或者聚對苯二甲酸類塑料基片上，通過電子束蒸發(fā)或者磁控濺射的方法在其表面鍍上金膜固定層；
[0054](b)第一抗體的固定
[0055]采用能夠與待測目標(biāo)分子進行免疫應(yīng)答反應(yīng)的活性物質(zhì)——甲胎蛋白AFP單克隆第一抗體。首先利用自組裝方法在納米金膜上修飾上巰基十六酸，然后用N-羥基琥珀酰亞胺以及1-乙基-3- (3- 二甲氨丙基)碳二亞胺鹽酸鹽活化，接著加入AFP第一抗體在4°C環(huán)境下靜置過夜，最后清洗并采用牛血清蛋白(BSA)封閉為結(jié)合生物探針的活性位點；
[0056](C)免疫磁性微球的制備
[0057]采用能夠與待測目標(biāo)分子進行免疫應(yīng)答反應(yīng)的活性物質(zhì)——甲胎蛋白AFP單克隆第二抗體。選用Fe3O4磁性微球，首先在磁性微球表面修飾上3-氨丙基三乙氧基硅烷，再通過戊二醛將AFP第二抗體偶聯(lián)至其表面，然后采用牛血清蛋白封閉，并采用洗液A (由磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉以及吐溫配置，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該洗液PH為7.4)反復(fù)清洗游離的第二抗體；
[0058](d)待測目標(biāo)分子的捕獲
[0059]將固定生物探針的基片放入含有待測目標(biāo)分子的溶液中37°C溫育半小時，然后采用上述洗液A清洗；
[0060]( e )免疫磁性微球的結(jié)合
[0061]將步驟(3)制得的免疫磁性微球與緩沖液(由磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉配置，采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)該洗液PH為7.4)混合，配制成高濃度的溶液，將步驟(4)處理后的基片放入該溶液中37°C溫育半小時，然后采用上述洗液A清洗后取出，得到磁標(biāo)記樣品單元5 ;
[0062](2)磁標(biāo)記樣品單元5接近磁傳感單元4
[0063]將磁標(biāo)記樣品單元5承載在傳輸臺上，在電機驅(qū)動下傳輸桿向接近磁傳感單元4方向運動，使磁標(biāo)記樣品單元5移向磁傳感單元4,設(shè)定磁標(biāo)記樣品單元5與磁傳感單元4之間的設(shè)定距離為2毫米，當(dāng)位置傳感器監(jiān)測到實際距離達到該設(shè)定距離時，位置傳感器發(fā)送信號給電機，電機停止對傳輸桿向接近磁傳感單兀4方向的驅(qū)動；
[0064]( 3 )磁傳感單元4檢測磁標(biāo)記
[0065]在磁場施加單元2的螺線管兩端施加電流產(chǎn)生外加磁場,該外加磁場磁化磁傳感單元4中的磁鐵，磁鐵的磁化方向與外加磁場垂直，產(chǎn)生磁力矩，作用在懸臂梁上，梁的彎曲變形耦合到壓電薄膜上形成開路電壓。當(dāng)磁標(biāo)記樣品單元5接近磁傳感單元4，并與之距離為2毫米時，磁標(biāo)記樣品單元5上的磁性微球被磁場磁化后，改變懸臂梁上的力矩，從而改變開路電壓的大小。顯示單元6采集并顯示該信號；
[0066](4)磁標(biāo)記樣品單元5與磁傳感單元4相分離
[0067]檢測結(jié)束后，在電機驅(qū)動下傳輸桿向離開磁傳感單元方向運動，使磁標(biāo)記樣品單元5離開磁傳感單元4。
[0068]以上所述的實施例對本實用新型的技術(shù)方案進行了詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是以上所述僅為本實用新型的具體實施例，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的原則范圍內(nèi)所做的任何修改、補充或類似方式替代等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng),其特征是:主要由磁場施加單元(2)、磁傳感單元(4)、磁標(biāo)記樣品單元(5)、磁標(biāo)記樣品輸送單元(3)、顯示單元(6)以及磁屏蔽單元(I)組成； 所述的磁場施加單元(2)用于產(chǎn)生直流磁場、交流磁場或者直流交流混合磁場，由永磁體構(gòu)成，或者由電磁線圈構(gòu)成； 所述的磁傳感單元(4)位于磁場施加單元(2)產(chǎn)生的磁場內(nèi)，主要由磁傳感元件構(gòu)成； 所述的磁標(biāo)記樣品單元(5)包括無磁性基片、位于無磁性基片表面的固定層、待測目標(biāo)分子、第一抗體、第二抗體與磁性微球；所述的第一抗體是能夠與待測目標(biāo)分子進行免疫應(yīng)答反應(yīng)的物質(zhì)；所述的第二抗體是能夠與待測目標(biāo)分子進行免疫應(yīng)答反應(yīng)，并且能夠通過物理吸附或者化學(xué)偶聯(lián)與磁性微球相結(jié)合的物質(zhì)； 所述的磁標(biāo)記樣品傳輸單元(3)用于輸送磁標(biāo)記樣品單元(5)，使其接近或接觸磁傳感單元(4)，包括傳輸桿、安裝在傳輸桿上用于承載磁標(biāo)記樣品單元(5)的傳輸臺，以及用于驅(qū)動傳輸桿運動的電機； 所述的顯示單元(6)用于顯示磁傳感單元(4)的檢測結(jié)果； 所述的磁屏蔽單元(I)設(shè)置在磁場施加單元(2)的外圍，用于屏蔽外界對整個檢測系統(tǒng)的干擾。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:所述的磁傳感元件包括巨磁電阻元件、隧穿磁電阻元件、龐磁電阻元件，以及多鐵磁傳感元件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:所述的無磁性基片由剛性材料構(gòu)成，或者由柔性材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:所述的固定層是金屬薄膜，或者是非金屬薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:所述的磁性微球的構(gòu)成材料包括鐵、鈷、鎳、Y相三氧化二鐵、四氧化三鐵、釤鈷合金、鐵碳合金、鐵-碳化鐵合金、鈷鉻合金、鈷鉬合金、鈷鈀合金材料中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:所述的磁屏蔽單元(I)的組成材料是娃鋼或者招合金材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:所述的待測目標(biāo)分子是腫瘤標(biāo)志物分子、食品中農(nóng)藥殘留或病原體，或者水體中的微生物分子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的磁標(biāo)記生物檢測系統(tǒng)，其特征是:還包括位置傳感器，用于檢測磁標(biāo)記樣品單元(5)與磁傳感單元(4)之間的實際距離，當(dāng)該實際距離達到預(yù)設(shè)距離時，發(fā)送信號至電機。
【文檔編號】G01N33/531GK203443961SQ201320254529
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月9日
【發(fā)明者】巫遠(yuǎn)招, 劉宜偉, 李潤偉, 吉紅偉, 邵聰磊, 詹清峰 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所