[发明专利]一种基于绝缘微球浓度变化导致微通道电阻改变的生物传感检测方法

说明书

本发明公开了一种基于绝缘微球浓度变化导致微通道电阻改变的生物传感检测方法，将生物识别分子分别修饰在磁珠和绝缘微球的表面，然后加入待测目标物进行生物反应，磁分离后，在微通道两端施以恒定的电压或电流，反应液中的绝缘微球在电渗流的作用下通过微通道并产生明显的阻塞效应，从而导致微通道电阻的改变，进而使电流或电压发生改变，而电流或电压的改变量又与绝缘微球的浓度相关，据此原理可检测绝缘微球浓度并间接得到待测目标物含量。本发明实现了对一系列目标物的检测，展现出良好的分析性能，而且设备成本低、简单高效，在体外诊断、食品安全、环境监测等领域具有很好的应用前景。

技术领域

本发明属于生物传感领域，涉及一种生物传感检测方法，尤其是一种基于绝缘微球浓度变化导致微通道电阻改变的生物传感检测方法，本发明还涉及一种生物传感检测装置及用于生物传感检测的微流控芯片。

背景技术

开发性能优异、成本低廉、操作简便的现场快速检测技术在食品安全、疾病诊断、环境监测等方面将发挥重要作用。近年来，生物传感器由于其良好的灵敏度和特异性、易实现集成化等优势，在现场快速检测领域倍受关注。生物传感器往往以生物分子(如抗原、抗体、核酸)为识别元件，通过换能器将识别信息转换为可检测的信号。迄今为止，光学、电化学、磁性等信号读出方式仍然是广泛采用的信号读出方式。然而，对于现场快速检测，这些方法依然受到诸如仪器复杂、成本高、易受环境干扰以及需要专业人员的操作等限制。例如传统的光学检测手段，需要光源、滤波片、光子检测器以及精准的光路设计，这不仅增加了仪器的复杂性，同时也提高了成本。电化学生物传感方法也是常见的传感方法，但其电极一般需要打磨和修饰，导致方法的稳定性和准确性较差。为了克服这些限制，研究者们正在探索更加有效、稳定的信号读出方式。近年来，压力、距离、温度甚至气味等也作为读出信号，并在现场快速检测方面展现出一定的优势，但这些信号读出方式的稳定性和可操作性不够好。

在生物传感器中，采用不同的物理化学原理，可将生物识别信息转换为不同的读出信号。例如采用纳米酶催化的产气反应，可将生物识别信息转换为气压、距离等信号；采用热敏元件，可将酶促反应过程产生的热量转换为温度信号。上述信号可采用压力计、温度计等简单设备方便地读出，尤其适合构建便携式生物传感器。然而，类似气压、温度这些物理参数极易受到环境干扰，给现场操作带来了不便；另外，这些信号的产生仍然依赖于化学反应，一定程度上增加了结果的不确定性。因此，在现场快速检测技术中，一个理想的读出信号，不仅要具有极高的抗干扰能力，还要与生物识别反应具有直接的量化关系。

由于电信号如电压、电阻、电流等，不仅测量方便，而且不易受到外界环境的干扰，若能将生物识别信息直接转变为电流或电压信号，会大大降低传感器的成本，同时可以提高仪器的抗干扰能力。经检索，目前尚未发现以生物识别引起的电流或电压变化为读出信号的现场快速检测技术的报道。

发明内容

本发明的一个目的是为解决现有的生物传感器在现场快速检测中成本高、易受干扰等问题，提供一种成本低、稳定性好、抗干扰能力强的基于绝缘微球浓度变化导致微通道电阻改变的生物传感检测方法，本发明的另一个目的是提供一种生物传感检测装置及用于生物传感检测的微流控芯片。

本发明所提供的方法和装置，其工作原理如下：

在微米尺寸的通道内，当绝缘颗粒穿过时，会产生明显的阻塞效应。若在通道两端施以恒定的电压或电流，则绝缘颗粒的存在会导致电阻改变，并且改变幅度与绝缘颗粒的浓度呈正相关。因此，我们首先将生物识别分子分别修饰在磁珠和绝缘微球表面，然后加入待测目标物进行孵育，经过磁分离，溶液中未反应的绝缘微球浓度与目标物浓度相关。将该溶液置于导电池内，施加恒定的电压或电流，电渗流驱动绝缘微球流经微通道，检测仪表读取电流值或电压值，与空白对照组进行对比，可得到电流差值，该差值大小取决于绝缘微球浓度，从而与目标物浓度相关，可进行定量分析。