[发明专利]一种高通量、低成本、操作简单的电化学三维微流控纸芯片的制备及在现场检测中的应用

说明书

 

技术领域

本发明涉及低成本、高通量、高灵敏度、高特异性的现场即时检测技术领域，更具体地说是一种以适合于高通量电化学酶分析的微流控纸芯片实验室的构建。

背景技术

纸是一种非常廉价、丰富的材料，而且试纸条也已经作为一种分析平台(例如免疫层析)被广泛的用于简单的疾病诊断、环境检测等领域，例如早早孕试纸条等。哈弗大学化学院的Whiteside课题组首次提出了纸芯片实验室的新概念，又称之为微流控纸芯片分析器件。微流控纸芯片分析器件是指通过在纸上绘制疏水图案，由于纸的亲水能力很强，因此未绘制疏水图案部分便构成亲水通道/区域，借助纸的毛细驱动力，溶液可在纸通道内定向流动。以此为基础，把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到纸上，形成微流控纸芯片分析器件。该技术在现场疾病诊断、现场食品分析和现场环境监测等领域具有广阔的应用前景。另一方面，与传统的建立在塑料片、玻璃片或者硅片基底的微流控芯片实验室相比，微流控纸芯片实验室具有成本低、制备方法简单(利用简单的打印技术，且无需无尘室等苛刻条件)、操作简单(无需外加设备，如泵等)、使用后可任意处理等优点。

目前，建立在微流控纸芯片分析器件上的分析方法主要是比色法，由于比色法只能给出“是/否”的信号响应，且比色法灵敏度较低，选择性较差，易出现结果假阳性。因此在微流控纸芯片实验室中建立高灵敏度、高选择性的分析方法，实现高灵敏度、高特异性的现场即时分析检测便成为当前该研究领域亟需解决的问题之一。另外，为了更准确的进行疾病早期诊断、疾病筛查与评估以及药物响应，往往需要同时监测样品中多种组分的含量。因此探索建立高通量的微流控纸芯片有助于解决这一问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在微流控纸芯片上建立具有样品处理简单、检测速度快、成本低、灵敏度高、特异性强等特点的电化学酶分析检测方法。进一步构建高通量集成化三维微流控纸芯片，并用于样品中葡萄糖、胆固醇、尿酸和血红素的同时检测。

为了解决上述技术问题，本发明是通过构建一种新型的电化学三维微流控纸芯片来实现的，该电化学三维微流控纸芯片的制备方法为：

(1) 在计算机上设计电化学三维微流控纸芯片的三个疏水蜡批量打印图案，分别为蜡批量打印图案A (样式如附图1所示)，蜡批量打印图案B (样式如附图2所示)，蜡批量打印图案C (样式如附图3所示)。

(2) 在计算机上设计与蜡批量打印图案C匹配的阵列工作电极批量印刷图案(样式如附图4所示)。

(3) 在计算机上设计与蜡批量打印图案B对应的参比电极批量印刷图案(样式如附图5所示)。

(4) 在计算机上设计与疏水蜡图案B对应的对电极批量印刷图案(样式如附图6所示)。

(5) 在计算机上设计与蜡批量打印图案C匹配的辣根过氧化物酶批量打印图案(样式同附图4)。

(6) 在计算机上设计与蜡批量打印图案C匹配的氧化酶批量打印图案(样式分别如附图7、附图8、附图9和附图10所示)，一种氧化酶批量打印图案仅用来打印一种氧化酶。

(7) 将滤纸剪裁成三张打印机所需的常用A4大小的滤纸。

(8) 将步骤(7)中的裁好的A4滤纸放置到喷蜡打印机中，将步骤(1)中的设计的三个疏水蜡批量打印图案打印到步骤(7)中的三张A4滤纸上，分别得到滤纸A，滤纸B，滤纸C。

(9) 将步骤(8)中带有蜡图案的所有A4滤纸放置到平板加热器或烘箱中，在60-150℃摄氏度下加热0.5-2分钟。使蜡融化并浸透整个纸的厚度，形成疏水墙(原理如附图11)。

(10) 采用丝网印刷方法，按照步骤(2)中的阵列工作电极批量印刷图案，将阵列工作电极印刷到步骤(9)中得到的滤纸C上。

(11) 采用丝网印刷方法，按照步骤(3)中的参比电极批量印刷图案，将参比电极印刷到步骤(9)中得到的滤纸B上。

(12) 采用丝网印刷方法，按照步骤(4)中的对电极批量印刷图案，将对电极印刷到步骤(11)中得到的滤纸B上。

(13) 将步骤(10)中制备的滤纸C放入喷墨打印机中。按照步骤(5)中的辣根过氧化物酶批量打印图案，将辣根过氧化物酶墨打印到步骤(10)中滤纸C的无工作电极面上。

(14) 将步骤(13)中制备的滤纸C放入喷墨打印机中。按照步骤(6)中的氧化酶批量打印图案，依次将四种氧化酶墨分别打印到步骤(13) 中滤纸C的无工作电极面上。