[发明专利]基于纳米孔的体外HIV蛋白酶检测仪器及方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米孔的体外HIV蛋白酶检测仪器及方法，所述检测仪器包括血样/体液分离芯片（1）、微流控芯片（2）、纳米孔检测电路系统（3）和系统采集控制系统（4）；血样/体液注入口（101）接收血样/体液样本，流入混合通道（103）与裂解通道（102）流入的裂解液混合，混合溶液经过过滤膜（104）后，大分子样品被过滤并通过流入废液池（106）；没有被过滤掉的HIV蛋白酶（205）小分子穿过过滤膜流入到分离后样品流出接口（105），与预先加入的靶蛋白（202）混合反应，两个短片段（206，207）产生过孔信号，计算得出HIV蛋白酶的含量，并最终显示到电脑终端或者手机终端。

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，具体涉及一种基于纳米孔的体外HIV蛋白酶检测仪器及方法。

背景技术

获得性免疫缺陷综合征(acquired immunodeficiency syndrome,AIDS)又称艾滋病是由人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染所致的一类高死亡率的传染性疾病。目前全球范围AIDS的医疗对策是尽早发现、早治疗以预防传播，新的联合抗病毒疗法可以让患者长时间处于潜伏期而不发病，但迄今在AIDS的诊断和治疗领域尚存在严重问题与不足。HIV蛋白酶是HIV成熟、复制过程中的关键酶，它通过切割病毒翻译的Gag、Gag-Pol聚蛋白前体使其成为成熟的具有感染性的病毒颗粒，在HIV整个生命循环过程中具有极其重要的作用，近几年已成为抗HIV药物研发的主要靶位之一。因此，研究HIV蛋白酶的活性、结构及功能，对阐明AIDS的发生机制，改进AIDS诊治手段等具有重要意义。HIV蛋白酶研究的关键前提技术是要建立快速准确的活性检测系统，但至今国内外尚无令人满意的研究报道和相关设备。

近几年，随着纳米材料、光学、电学等领域科技的发展和相互融合，通过纳米孔技术进行生物样本中的单分子检测已逐步成为可能，基于生物纳米孔的HIV蛋白酶检测也有相应报导。但生物纳米孔由于其自身稳定性差，贮藏有效期短等问题，研究人员将研究方向转向了用固态纳米孔取代生物纳米孔的方法。但低于2.5nm固态纳米孔的加工技术和固态纳米孔信噪比差等技术难题一直没有解决。

基于上述技术难题，本申请人前期研发了一种检测工艺，初步可以满足现实检测需要，但用于测试HIV蛋白酶存在两个方面的问题：

(1)所使用的固态纳米孔加工包括FIB加工技术和电击穿法加工技术，FIB加工技术加工精度高，但所能加工的最小尺寸为5nm；电击穿法加工技术可以加工2.5nm以上的纳米孔，但加工时间长，容易形成多孔。均不适用于我们所要求的1-2nm的固态纳米孔加工。

(2)固态纳米孔由于本身薄膜材料的介电常数较大，进而其构建的固态纳米孔测试体系的电容较大，形成较大的噪声，不能满足HIV蛋白酶测试系统的信噪比要求。测试数据：10um*10um窗口的氮化硅(氮化硅的信噪比要优于石墨烯)纳米孔，孔径为1.5nm，孔长(膜厚)为10nm，在钳位电压为100mV的情况下，其测量噪声远大于50pA，掩盖了HIV蛋白酶剪切后蛋白片段所产生的信号(在该系统下，小片段的阻塞信号小于50pA)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于纳米孔的体外HIV蛋白酶检测仪器及方法，通过本专利所描述的仪器及方法，能够通过采集微量血样/体液，检测出携带HIV病毒人员的HIV蛋白酶含量，尤其能够检测零窗口期的HIV蛋白酶含量，既能实现疑似HIV感染人群的HIV病毒感染情况检测，又能用于抗HIV药品的药效检测，适用于医院诊断，个人检测和药品研究等领域。