一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置及檢測分析方法
【專利摘要】本發明公開一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置及檢測分析方法。該裝置包括聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分、控制檢測部分。聲能傳輸與化學發光免疫反應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、可更換化學發光免疫生物傳感基片、聚光透明玻璃、光闌和光透鏡、光信號檢測電路。控制檢測部分包括超聲傳感器、PID超聲能量模式控制模塊、微弱光信號處理模塊、數據分析及反饋控制模塊、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫。該方法是調節超聲波換能器的輻射能量場；進行微流動注射分析，同時進行超聲發射能量智能測控。本發明提高反應效率，拓展檢測靈敏度、精確度、重復性和穩定性。
【專利說明】一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置及檢測分析方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于生物傳感器【技術領域】，涉及一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置及檢測分析方法，特別是根據超聲化學原理、基于微流動注射的化學發光免疫生物傳感器檢測裝置及化學發光免疫分析測定的方法。
【背景技術】
[0002]作為一種免疫分析方法而言，免疫生物傳感器由于其選擇性好，分析速度快，操作簡易，測試儀器具有高性能價格比等特點正大量的應用在醫療健康、食品安全、環境監測等各個領域。在此背景下，如何開發出性能卓越，差異性小，一致性高的生物傳感器一直還是研發領域的關鍵主題。近幾十年來，免疫分析技術結合了抗體-抗原間的特異性識別反應和電化學、光譜學、聲表面波等技術的靈敏和方便等特性，例如對腫瘤標志物、重金屬離子、有機毒性物質等目標分析物的高選擇性和高靈敏性，成為臨床、生物化學、環境分析等各個領域重要的分析手段之一。而相對于放射免疫分析法、酶聯免疫分析法、熒光免疫分析法等分析檢測方法而言，化學發光檢測具有無放射污染、所需儀器簡單、檢測限低、靈敏度高和寬的動力學范圍等優點，能夠靈活地和多種不同的傳感檢測模式相結合進行高質量的檢測分析。
[0003]微流動注射分析方法具有操作簡便靈活、分析速度快、易于自動化和準確度高等優點。相對于一些常規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，微流動注射技術與免疫分析和化學發光檢測方法相結合而發展起來的微流動注射免疫分析技術已被證明是一種有力的檢測分析方法，相對應的分析檢測儀器裝置也已經被廣泛地應用于環境監測、藥物分析、食品檢驗和臨床分析的眾多關鍵領域。但是由于常規的免疫反應受限于其對反應條件和反應體系的嚴格要求，而影響了反應的效率，導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，成為本發明的重要特征。而針對多種化學發光免疫生物反應體系的特點，從系統整體的角度考慮，將超聲化學效應的測控參數與化學發光免疫生物傳感器性能參數技術相結合并形成可操作的質控過程信息也是本發明具有廣泛適用性的重要關鍵特征。當前在酶聯免疫反應過程中存在超聲和高頻電磁波兩種加速反應方法，相對而言，超聲輻射能量與固相免疫生物傳感技術相結合能夠提高檢測分析性能的同時，還能保持檢測裝置的小型化，為檢測裝置廣泛應用于現場監測提供便利的技術基礎。
[0004]免疫生物傳感器固相載體上的抗體(抗原)以及催化反應的酶蛋白與被檢測液中相應的抗原(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效率是一個重要的問題。即使已經跨越這一能量壁壘的抗體/抗原發生有效反應尺度內的碰撞或者結合，也還存在著一定非特異性結合的概率，這種現象會帶來背景噪聲和干擾，導致檢測限、靈敏度和重復一致性等性能的降低。因此如何促進非特異性結合向特異性結合轉變，并提高轉變的效率，也將是如何提高免疫反應效率的重要問題之一。[0005]根據超聲化學的原理，在化學反應中，超聲能量帶來兩個基本效應，一是振蕩效應，二是能量擴散效應。根據對免疫反應中所存在問題的分析發現，可以利用超聲能量的這些作用促進免疫反應的成分穿越不同相面之間的Nernst層而有效地發生反應。這種作用的效果也已經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合力遠遠大于非特異性的結合力，超聲效應也能夠加速實現非特異性結合向特異性結合的轉變，也就是促進結合蛋白構形的重新選擇性排列。通過控制超聲能量強度在一定范圍內來減少能量擾動對特異性結合的影響，保障其有效特異性結合的轉變速率。這些作用的效果在一定程度上通過物理方式促進反應速率，增加特異性免疫反應效率而在系統的水平上提高化學發光免疫生物傳感檢測的檢測低限、靈敏度和重復一致性等性能。
【發明內容】
[0006]免疫生物傳感器固相的表面效應會對免疫反應效率存在著重要的影響，同時在免疫傳感檢測過程中抗體與抗原或者其他酶標記物之間的擴散限制也是其中一個重要的影響因素。它們不但影響著免疫反應中所應體現的檢測低限和靈敏度，同時也影響著免疫反應速度，從而限制了化學發光免疫生物反應的檢測效率。本發明針對這一重要問題，針對化學發光免疫生物傳感檢測系統的這些問題，根據超聲化學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的速度，獲得均勻反應的效果，促進深度免疫反應，提高化學發光免疫生物傳感檢測的靈敏度和一致重復性。另外，免疫生物傳感檢測過程中的質量控制也是一個不容忽視的重要問題，而根據超聲化學的原理引入的可控的超聲能量輻射技術可以成為質控過程的基礎技術內容。通過與質控過程緊密結合，可以規范地獲得必要的測控參數與性能參數而形成關系信息數據庫。這一信息數據庫是構成整個可控超聲能量輻射化學發光免疫生物傳感器檢測裝置系統的關鍵組成部分。
[0007]本發明的特征是從系統整體水平上出發，將超聲能量輻射功能和化學發光免疫生物傳感器檢測分析相結合，且在系統整體的水平上，結合微流動注射技術，最終形成根據超聲化學原理、基于微流控注射的化學發光免疫生物傳感器檢測裝置及化學發光免疫生物反應測定的分析方法，來提高檢測分析系統的檢測低限、靈敏度和重復一致性等性能指標。并且針對多種化學發光免疫生物反應體系的特點，在系統整體水平上，將超聲化學效應的測控參數與化學發光免疫生物傳感器技術的性能參數相結合，并形成可操作的質控過程信息以備廣泛的應用之需。這些是本發明的重要關鍵特征。
[0008]本發明的一個目的是針對現有技術的不足，提供一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置。
[0009]本發明裝置包括聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分、控制檢測部分。
[0010]所述的聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板111、聲能量阻尼衰減片110、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、可更換化學發光免疫生物傳感基片104、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107、光闌和光透鏡108、光信號檢測電路106。
[0011]由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107從下至上依次設置構成流動注射反應池/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110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超聲能量的輻射強度。
[0012]超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構成；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。
[0013]超聲耦合膠體102上表面設有聲透鏡陣列，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。通過調整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點到可更換化學發光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0014]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的進出口，兩通道分別設于超聲稱合膠體102的兩側；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽，從下至上依次放置超聲傳感器201、可更換化學發光免疫生物傳感基片104。該凹槽與兩通道構成倒置的U型結構，使得流體從一個通道流向另一個通道。
[0015]在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設有硅橡膠密封圈109，用于密封流動注射反應池/注射裝置，調節流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105的高度，并與聚光透明玻璃107形成封閉結構。
[0016]所述的流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105的高度為I?3_。
[0017]所述的可更換化學發光免疫生物傳感基片104是由硅烷化試劑交聯戊二醛、殼聚糖等形成載體表面交聯基膜，形成基膜，進一步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，產生電活性物質而引起電流變化，常用酶的種類為堿性磷酸酶、辣根過氧化物酶等。
[0018]所述的聚光透明玻璃107為透光率大于90 %的無機玻璃或者高分子玻璃；在聚光透明玻璃107的下表面刻有透鏡狀凹槽，用來聚集化學發光的強度。通過調整透鏡狀凹槽的深度與圓半徑尺寸，控制超聲傳感器201發出光信號透過透鏡狀凹槽使得焦點在光闌和光透鏡108表面。
[0019]在流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105內設有可更換化學發光免疫生物傳感基片104，可更換化學發光免疫生物傳感基片104的下表面粘附有超聲傳感器201，其超聲傳感器201的材料為聚偏氟乙烯PVDF。
[0020]可更換化學發光免疫生物傳感基片104將熒光信號依次透過聚光透明玻璃107與光闌和光透鏡108傳遞給光信號檢測電路106,發生光電反應,完成信號的拾取。
[0021]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、微弱光信號處理模塊203、數據分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205。
[0022]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化學發光免疫反應體系數據庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅動超聲換能器101啟動工作模式；微弱光信號處理模塊203接收聚光透明玻璃107的采集信號，能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205通過數據分析及反饋控制模塊204分析處理微弱光信號處理模塊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，最終調節超聲換能器101的超聲發射模式(頻率與強度)。[0023]本發明的另一個目的是利用上述的裝置進行化學發光免疫生物反應測定的分析方法。
[0024]步驟(I).調節超聲波換能器101的輻射能量場
通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調節焦距，使焦點到可更換化學發光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0025]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池/注射裝置的流動反應室105的特征尺寸等具體參數決定。
[0026]總體的原則是:①調節超聲波換能器101強度使流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105內待測溶液能夠產生機械與溫度的擾動，促進擴散效應，克服反應的能量壁壘，提高了反應效率；②調節到適當強度，可促進待測溶液中抗體/抗原間的非特異性結合分子分離發生重排，并向特異性結合轉變，使得待測溶液反應充分。
[0027]步驟(2).進行微流動注射分析
將待測溶液、載流經一通道恒速注入至流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105達到二者的混合，最終經另一通道流出。
[0028]在進行微流動注射分析過程中，可更換化學發光免疫生物傳感基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應抗體發生特異性結合反應。
[0029]所述的流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105通過光刻或蝕刻的方法實現了反應池的微型化。
[0030]步驟(3).超聲發射能量智能測控過程
在進行步驟(2)的過程中，本發明同時進行超聲發射能量智能測控。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。
[0031]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度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構成一條閉環測控系統。
[0032]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驅動超聲換能器101啟動工作模式。
[0033]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、數據分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205構成閉環測控系統。
[0034]微弱電信號處理檢測模塊203處理光信號檢測電路106獲得的電化學信號，通過超聲能量模式控制模塊202調節超聲換能器101的輻射能量來確定較優的免疫反應效果，數據分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應體系的參數集合進行整合，形成能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205，這些數據庫的內容將為不同免疫檢測分析體系的應用提供必要的PID控制參數。進一步地，利用標準質控免疫反應溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數，來獲得超聲福射能量的控制參數對電化學免疫反應的動態效果，通過對反應效果參數與超聲能量控制參數之間動力學數據進行擬合，獲得用于控制的優化參數，這些優化參數與PID控制參數進行信息融合，獲得待測溶液中目標抗體或抗原的濃度。
[0035]所述的智能測控方法依據事先得到的標準免疫化學反應強度的特征動力學曲線，獲得超聲輻射能量的控制參數，控制化學免疫反應。
[0036]本發明的有益效果是:
本發明裝置及應用方法利用超聲化學的原理以及超聲能量所產生的微空化攪拌效用結合特異性免疫反應和微流動注射化學發光分析的技術，極大的發展了硅烷化交聯戊二醛(殼聚糖)基膜固定抗原的典型微流動注射化學發光免疫分析技術，并制備了免疫生物傳感檢測系統。該方法較現有典型技術方法具有以下優點:
加快了反應樣品以及實際反應進程，極大地縮短了反應時間，提高檢測效率，非常適合于臨床、環境監測、食品安全等多個領域的在線快速檢測應用。
[0037]A)優越的一致重現性。樣品與敏感物質的反應的各個階段由于超聲能量聚焦在反應面附近產生的微攪拌和反應能量傳遞效應，使得反應界面的均勻化得到了較大提升，較好地保證了一致重現性。
[0038]B)利用戊二醛、殼聚糖等典型的高分子材料固定抗原、抗體分子，成本低，技術成熟。
[0039]C)該傳感器表現出優越的檢測靈敏度(低限)、精確性、重復性和穩定性，制備方法成熟簡單，有利于發展成極具市場實際應用價值的產品進行推廣。
[0040]本發明利用超聲化學的原理以及超聲能量所產生的微攪拌效用結合特異性免疫反應和微流動注射化 學發光分析的技術，提高了反應效率，拓展了檢測靈敏度、精確度、重復性和穩定性，簡化了分析過程，縮短了總體檢測所需時間，減少了試劑消耗，進一步降低了檢測成本，提高了檢測效率和性能，有利于高性能價格比地實現臨床分析，食品安全，環境監測等多個領域中的在線快速分析。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0041]圖1為本發明裝置的結構示意圖；
圖2為本發明裝置的截面部分結構示意圖。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖對本發明做進一步的分析。
[0043]實施例1.如圖1、圖2所示，本發明裝置包括聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分、控制檢測部分。
[0044]所述的聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板111、聲能量阻尼衰減片110、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、可更換化學發光免疫生物傳感基片104、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107、光闌和光透鏡108、光信號檢測電路106。
[0045]由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107從下至上依次設置構成流動注射反應池/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110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超聲能量的輻射強度。
[0046]超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構成；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。[0047]超聲耦合膠體102上表面設有聲透鏡陣列，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。通過調整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點到可更換化學發光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I?2mm。
[0048]聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103(50mmX40X IOmm)開有兩個通道作為流體傳輸的進出口，兩通道分別設于超聲耦合膠體102的兩側；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽(20_X10_X2mm)，長度和寬度公差為±1_，高度公差為±0.5mm,從下至上依次放置超聲傳感器201、可更換化學發光免疫生物傳感基片104。該凹槽與兩通道構成倒置的U型結構，使得流體從一個通道流向另一個通道。
[0049]在聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103邊沿設有硅橡膠密封圈109，用于密封流動注射反應池/注射裝置，調節流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105的高度，并與聚光透明玻璃107形成封閉結構。
[0050]所述的流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105的高度為I?3mm。
[0051]所述的可更換化學發光免疫生物傳感基片104是由硅烷化試劑交聯戊二醛、殼聚糖等形成載體表面交聯基膜，形成基膜，進一步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，產生電活性物質而引起電流變化，常用酶的種類為堿性磷酸酶、辣根過氧化物酶等。
[0052]所述的聚光透明玻璃107為透光率大于90 %的無機玻璃或者高分子玻璃；在聚光透明玻璃107的下表面刻有透鏡狀凹槽，用來聚集化學發光的強度。通過調整透鏡狀凹槽的深度與圓半徑尺寸，控制超聲傳感器201發出光信號透過透鏡狀凹槽使得焦點在光闌和光透鏡108表面。
[0053]在流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105內設有可更換化學發光免疫生物傳感基片104，可更換化學發光免疫生物傳感基片104的下表面粘附有超聲傳感器201，其超聲傳感器201的材料為聚偏氟乙烯PVDF。
[0054]可更換化學發光免疫生物傳感基片104將熒光信號依次透過聚光透明玻璃107與光闌和光透鏡108傳遞給光信號檢測電路106,發生光電反應,完成信號的拾取。
[0055]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、微弱光信號處理模塊203、數據分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205。
[0056]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化學發光免疫反應體系數據庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅動超聲換能器101啟動工作模式；微弱光信號處理模塊203接收聚光透明玻璃107的采集信號，能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205通過數據分析及反饋控制模塊204分析處理微弱光信號處理模塊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，最終調節超聲換能器101的超聲發射模式(頻率與強度)。
[0057]實施例2.利用上述的裝置進行化學發光免疫生物反應測定的分析方法。
[0058]步驟(I).調節超聲波換能器101的輻射能量場
通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調節焦距，使焦點到可更換化學發光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I~2mm。
[0059]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池/注射裝置的流動反應室105的特征尺寸等具體參數決定。
[0060]總體的原則是:①調節超聲波換能器101強度使流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105內待測溶液能夠產生機械與溫度的擾動，促進擴散效應，克服反應的能量壁壘，提高了反應效率；②調節到適當強度，可促進待測溶液中抗體/抗原間的非特異性結合分子分離發生重排，并向特異性結合轉變，使得待測溶液反應充分。
[0061]步驟(2).進行微流動注射分析
將待測溶液、載流經一通道恒速注入至流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105達到二者的混合，最終經另一通道流出。
[0062]在進行微流動注射分析過程中，可更換化學發光免疫生物傳感基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應抗體發生特異性結合反應；。
[0063]所述的流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105通過光刻或蝕刻的方法實現了反應池的微型化。
[0064]步驟(3).超聲發射能量智能測控過程
在進行步驟(2)的過程中，本發明同時進行超聲發射能量智能測控。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。
`[0065]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度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構成一條閉環測控系統。
[0066]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驅動超聲換能器101啟動工作模式。
[0067]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、數據分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205構成閉環測控系統。
[0068]微弱電信號處理檢測模塊203處理光信號檢測電路106獲得的電化學信號，通過超聲能量模式控制模塊202調節超聲換能器101的輻射能量來確定較優的免疫反應效果，數據分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應體系的參數集合進行整合，形成能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205，這些數據庫的內容將為不同免疫檢測分析體系的應用提供必要的PID控制參數。進一步地，利用標準質控免疫反應溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數，來獲得超聲福射能量的控制參數對電化學免疫反應的動態效果，通過對反應效果參數與超聲能量控制參數之間動力學數據進行擬合，獲得用于控制的優化參數，這些優化參數與PID控制參數進行信息融合，獲得待測溶液中目標抗體或抗原的濃度。
[0069]所述的智能測控方法依據事先得到的標準免疫化學反應強度的特征動力學曲線，獲得超聲輻射能量的控制參數，控制化學免疫反應。
[0070]實施例3.可更換化學發光免疫生物傳感基片104的制備
免疫傳感器的制備可以分為兩種方式:在線制備和離線制備。本發明采離線制備，在線制備方式為另外一個專利的內容。[0071](I)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，標準是使免疫反應的活性和化學發光信號響應達到最大，如何判斷可以通過標準通道的比對進行判斷。
[0072](2)對玻片載體表面進行預處理得到平整，干凈，親水性的表面。
[0073](3)配置一定濃度環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93°C下加熱60分鐘。滴40微升1%殼聚糖醋酸溶液于環氧丙烷基三甲基硅烷處理過的玻片上，再置于烘箱中以100°C的沸水條件下加熱50分鐘，得到硅烷交聯戊二醛(殼聚糖)基膜。
[0074](4)將40微升抗原溶液滴于硅烷交聯戊二醛(殼聚糖)基膜上，在4°C冰箱中緩慢揮發8小時。
[0075](5)用40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。
[0076]( 6 )將上述免疫功能膜置于化學發光流動池的嵌入槽內構成免疫生物分析檢測裝置。
[0077](7)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:Ca)足夠的時間和適宜的溫度使環氧丙烷基三甲基硅烷充分水解反應；(b)免疫生物傳感器的制備受到交聯戊二醛(殼聚糖)表面形貌結構的影響，這主要取決于制備過程中環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，才能獲得規則、均勻、一致性好、呈現網孔狀結構的交聯基膜，從而制備出穩定性高，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值，將影響免疫功能基膜和傳感器的性能。
[0078]實施例4.待測抗原的測定:(1)免疫測定的優化條件是保證抗體、抗原和標記酶的有效活性，以及化學發光實際的活性條件。(2)在最佳測定條件下，將不同濃度抗原的標準溶液或樣品盒與定量的酶標記抗體溶液在溫育后，超聲強度通過質控確定控制曲線。然后通過(微)流動注射裝置注入到流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105中，前期超聲溫育免疫反應中未被結合的游離酶標抗體被傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)中固定的抗原/抗體捕獲，免疫結合物則基本上被帶出流動反應室105。按照標準的(微)流動注射方式注入化學發光底物注到傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)，已被捕獲的酶標抗體對化學發光體系進行催化反應獲得發光信號，根據質控過程中測定的標準曲線進行分析識別，通過多參數信息融合的方式獲得樣品中抗原濃度。
[0079]實施例5.質控測試實驗的優化免疫反應測定條件的應該包括以下三個方面: 反應溶液中酶標抗體的量:如果采用非競爭免疫分析方法，即將待測抗原和固定量酶
標記抗體的反應溶液在線溫育和超聲攪拌傳遞能量，免疫反應結束后通過固定在免疫傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)上的抗原來分離結合的和游離的酶標空提，由固定在免疫傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)上的抗原捕獲的酶標抗體催化化學發光反應，從而產生信號降低來間接測定待測抗原的量。反應溶液中酶標抗體的量的優化獲得最大檢測范圍且最靈敏為標準。如果酶標抗體的量小于該值，會使檢測范圍縮小；如果酶標抗體的量大于該值，會使背景信號增大，測定結果偏小。
[0080]溫育后免疫復合物流過免疫傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)的流動速度超聲強度:按道理免疫復合物在傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)滯留的時間越長，即流速越慢，則固定在免疫傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)上的抗原捕獲的游離酶標抗體的量越多；反之則游離酶標抗體的捕獲量就少；在一定的條件下前者分離效果相對較好，而后者分離的效果就差一些。但是在這兩種情形下，都會存在一定得非特異吸附。非特異性吸附可能導致噪聲提高，影響到傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)的靈敏度和準確性。另外考慮到超聲一方面可以加速抗體/抗原的反應進程另一方面可以減少非特異性吸附導致的本底噪聲，超聲的存在可以較大的改善檢測性能，提高檢測效率。但是超聲強度的不合適配置也可能導致負面因素的出現，這就是當強度過大后會導致抗體/抗原失活以及傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)表面的敏感膜出現脫落的問題從而嚴重影響性能。在本發明的設計中由于采用了超聲聚焦透鏡，可以大大減少超聲能量強度對敏感膜的影響，同時保證超聲聚焦區內足夠的能量配置，易于改善超聲免疫反應的速度和充分性，進一步提高和改善免疫檢測性能。化學的反應水平。兼顧到臨床上快速檢測的需求，超聲溫育后免疫復合物流過免疫傳感器的流速對結合的和游離的酶標抗體分離效果的影響進行了優化。
[0081]實施例6.應用實例:檢測過程是首先將待測樣品與稍微過量的HRP標記抗體離線溫育，而后將此免疫混合物通入流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105，前一步溫育中未結合的酶標抗體被免疫傳感器(可更換化學發光免疫生物傳感基片104)中固定的抗原捕獲，而待測抗原-酶標抗體免疫復合物則被沖洗出來。基于捕獲的酶標抗體對魯米諾-H202化學發光反應的催化作用進行化學發光檢測。典型的酶標抗體為辣根過氧化物酶T 己 O
【權利要求】
1.一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置，其特征在于包括聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分、控制檢測部分； 所述的聲能傳輸與化學發光免疫反應檢測裝置部分從下至上依次包括換能器固定基板111、聲能量阻尼衰減片110、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、可更換化學發光免疫生物傳感基片104、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107、光闌和光透鏡108、光信號檢測電路106 ； 由聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103、硅橡膠密封圈109、聚光透明玻璃107從下至上依次設置構成流動注射反應池/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110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超聲能量的輻射強度；超聲耦合膠體102由超聲耦合劑與高分子薄膜構成；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；通過調整聲透鏡的凹球面尺寸，控制焦點到可更換化學發光免疫生物傳感基片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的進出口，兩通道分別設于超聲稱合膠體102的兩側；聲聚焦透鏡陣列一體化玻璃基板103上表面開有凹槽,從下至上依次放置超聲傳感器201、可更換化學發光免疫生物傳感基片104 ;該凹槽與兩通道構成倒置的U型結構，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邊沿設有硅橡膠密封圈109，用于密封流動注射反應池/注射裝置，調節流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105的高度，并與聚光透明玻璃107形成封閉結構； 所述的流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105的高度為I~3_ ; 所述的可更換化學發光免疫生物傳感基片104是由硅烷化試劑交聯戊二醛、殼聚糖形成載體表面交聯基膜，形成基膜，進一步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，產生電活性物質而引起電流變化； 所述的聚光透明玻璃107為透光率大于90 %的無機玻璃或者高分子玻璃；在聚光透明玻璃107的下表面刻有透鏡狀凹槽，用來聚集化學發光的強度；通過調整透鏡狀凹槽的深度與圓半徑尺寸，控制超聲傳感器201發出光信號透過透鏡狀凹槽使得焦點在光闌和光透鏡108表面； 在流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105內設有可更換化學發光免疫生物傳感基片104，可更換化學發光免疫生物傳感基片104的下表面粘附有超聲傳感器201，其超聲傳感器201的材料為聚偏氟乙烯PVDF ； 可更換化學發光免疫生物傳感基片104將熒光信號依次透過聚光透明玻璃107與光闌和光透鏡108傳遞給光信號檢測電路106,發生光電反應,完成信號的拾取； 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、微弱光信號處理模塊203、數據分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫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化學發光免疫反應體系數據庫205的反饋信號，PID超聲能量模式控制模塊202驅動超聲換能器101啟動工作模式；微弱光信號處理模塊203接收聚光透明玻璃107的采集信號，能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205通過數據分析及反饋控制模塊204分析處理微弱光信號處理模塊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，最終調節超聲換能器101的超聲發射模式。
2.利用如權利要求1所述的一種化學發光免疫生物傳感器檢測裝置進行化學發光免疫生物反應測定的分析方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟(1).調節超聲波換能器101的輻射能量場: 通過超聲耦合膠體102上聲透鏡的凹球面尺寸來調節焦距，使焦點到可更換化學發光免疫生物傳感基片104表面的垂直距離為I~2mm ; 步驟(2).進行微流動注射分析: 將待測溶液、載流經一通道恒速注入至流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105達到二者的混合，最終經另一通道流出； 在進行微流動注射分析過程中，可更換化學發光免疫生物傳感基片104上若固定有抗原分子，則使得待測溶液中的相應抗體發生特異性結合反應； 所述的流動注射反應池/注射裝置的流動反應室105通過光刻或蝕刻的方法實現了反應池的微型化； 步驟(3).超聲發射能`量智能測控過程: 在進行步驟(2)的過程中，同時進行超聲發射能量智能測控；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； 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度，其與超聲換能器101以及PID超聲能量模式控制模塊202構成一條閉環測控系統； 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驅動超聲換能器101啟動工作模式； 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、數據分析及反饋控制模塊204、能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205構成閉環測控系統； 微弱電信號處理檢測模塊203處理光信號檢測電路106獲得的電化學信號，通過超聲能量模式控制模塊202調節超聲換能器101的輻射能量來確定較優的免疫反應效果，數據分析及反饋控制模塊204將對不同免疫反應體系的參數集合進行整合，形成能量控制模式與化學發光免疫反應體系數據庫205，這些數據庫的內容將為不同免疫檢測分析體系的應用提供必要的PID控制參數；進一步地，利用標準質控免疫反應溶液和超聲傳感器201所測量的超聲能量反饋參數，來獲得超聲福射能量的控制參數對電化學免疫反應的動態效果，通過對反應效果參數與超聲能量控制參數之間動力學數據進行擬合，獲得用于控制的優化參數，這些優化參數與PID控制參數進行信息融合,獲得待測溶液中目標抗體或抗原的濃度。
【文檔編號】G01N21/76GK103604921SQ201310542576
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】劉軍, 鄒倩, 謝斐, 周雅琪 申請人:浙江大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
