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CN109212206A - 流感病毒检测芯片和使用其检测流感病毒的方法 - Google Patents

流感病毒检测芯片和使用其检测流感病毒的方法 Download PDF

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CN109212206A CN201710541533.4A CN201710541533A CN109212206A CN 109212206 A CN109212206 A CN 109212206A CN 201710541533 A CN201710541533 A CN 201710541533A CN 109212206 A CN109212206 A CN 109212206A
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Abstract

提供了一种流感病毒检测芯片和一种使用流感病毒检测芯片检测流感病毒的方法。所述流感病毒检测芯片包括上基板、下基板以及在上基板与下基板之间同层地且沿第一方向顺序地设置的结合垫和氧化石墨烯膜，所述流感病毒检测芯片还包括分别连接到氧化石墨烯膜的在与第一方向垂直的第二方向上的两端的第一电极和第二电极，其中，在结合垫中包含带有荧光标记的单克隆抗体，在氧化石墨烯膜上具有单克隆抗体，其中荧光标记具有C＝C‑C＝C共轭双键。

Description

流感病毒检测芯片和使用其检测流感病毒的方法
技术领域
本公开涉及流感病毒检测领域，且更具体地涉及一种流感病毒检测芯片和一种使用流感病毒检测芯片检测流感病毒的方法。
背景技术
流行性感冒是流感病毒引起的急性呼吸道感染，也是一种传染性强、传播速度快的疾病。一般秋冬季节是其高发期，所引起的并发症和死亡现象非常严重。该病是由流感病毒引起，可分为甲、乙、丙三型，甲型病毒经常发生抗原变异，传染性大，传播迅速，极易发生大范围流行。流感在婴幼儿、老年人和存在心肺基础疾病的患者容易并发肺炎等严重并发症而导致死亡。
目前，主要采用胶体金免疫层析法、ELISA、PCR等方法来进行流感病毒的检测。胶体金免疫层析法需要大量流感病毒累积到检测线处直到显色，这方法检测灵敏度低，当样品流感病毒的含量较低时无法进行检测；而其他方法检测过程复杂，检测时间较长，成本较高。目前许多研究人员正在努力研究新型生物流感病毒传感器，以便替代传统流感病毒检测。
公开内容
本公开提供了一种具有高检测灵敏度且检测复杂度减小的流感病毒检测芯片和一种使用流感病毒检测芯片检测流感病毒的方法。
根据本公开的一方面，提供了一种流感病毒检测芯片，所述流感病毒检测芯片包括上基板、下基板以及在上基板与下基板之间同层地且沿第一方向顺序地设置的结合垫和氧化石墨烯膜，所述流感病毒检测芯片还包括分别连接到氧化石墨烯膜的在与第一方向垂直的第二方向上的两端的第一电极和第二电极，其中，在结合垫中包含带有荧光标记的单克隆抗体，在氧化石墨烯膜上具有单克隆抗体，其中荧光标记具有C＝C-C＝C共轭双键。
在一个实施例中，氧化石墨烯膜通过官能团的作用与下基板结合。
在一个实施例中，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收样品溶液的样品垫，其中，样品垫、结合垫和氧化石墨烯膜沿第一方向顺序地设置。
在一个实施例中，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收多余的样品溶液的吸收垫，其中，结合垫、氧化石墨烯膜和吸收垫沿第一方向顺序地设置。
在一个实施例中，第一电极和第二电极分别与氧化石墨烯膜的在与第一方向垂直的第二方向上的两端相邻并接触，并设置在上基板和下基板之间。
在一个实施例中，上基板和下基板均为玻璃基板、硅基板或有机聚合物基板，上基板和下基板中的一个是透明的。
在一个实施例中，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收样品溶液的样品垫和用于吸收多余的样品溶液的吸收垫，其中，样品垫、结合垫、氧化石墨烯膜和吸收垫沿第一方向顺序地设置。
在一个实施例中，样品垫和结合垫均是由聚酯纤维制成的彼此独立的或一体化的膜层。
在一个实施例中，样品垫、结合垫和吸收垫具有相同的厚度。
在一个实施例中，样品垫和结合垫以彼此交叠的方式相结合，结合垫和氧化石墨烯膜以彼此交叠的方式相结合，和/或氧化石墨烯膜和吸收垫以彼此交叠的方式相结合。
根据本公开的另一方面，提供了一种使用上述流感病毒检测芯片检测流感病毒的方法，所述方法包括：使样品溶液顺序地流过结合垫和氧化石墨烯膜；利用激光照射氧化石墨烯膜，同时利用第一电极和第二电极来检测检测石墨烯氧化物膜两端的电流；以及当石墨烯氧化物膜两端的电流发生变化时，确定在样品溶液中含有流感病毒。
在一个实施例中，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收样品溶液的样品垫和用于吸收多余的样品溶液的吸收垫，其中，样品垫、结合垫、氧化石墨烯膜和吸收垫沿第一方向顺序地设置。
在一个实施例中，样品垫和结合垫均是由聚酯纤维制成的彼此独立的或一体化的膜层。
在一个实施例中，样品垫和结合垫以彼此交叠的方式相结合，结合垫和氧化石墨烯膜以彼此交叠的方式相结合，和/或氧化石墨烯膜和吸收垫以彼此交叠的方式相结合。
利用本公开的流感病毒检测芯片，可以在样品中含有少量病毒时通过检测电流变化来检测流感病毒的存在与否，检测灵敏度增加，并可以进行早期检测预防，避免流感病毒的持续感染。
附图说明
图1是示出根据本公开的第一实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图；
图2是示出根据本公开的第二实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图；
图3是示出根据本公开的第三实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图；
图4是示出根据本公开的第四实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图。
具体实施方式
将理解的是，当元件或层被称作在另一元件或层“上”或者“连接到”另一元件或层时，该元件或层可以直接在另一元件或层上、直接连接到或直接结合到另一元件或层，或者也可以存在中间元件或中间层。相反，当元件被称作“直接”在另一元件或层“上”或者“直接连接到”另一元件或层时，不存在中间元件或中间层。同样的标号始终指示同样的元件。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列的项目的任意组合和所有组合。
为了便于描述，在这里可使用空间相对术语，如“下”、“在…上方”、“上”、“在…下方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。将理解的是，空间相对术语意在包含除了在附图中描述的方位之外的装置在使用或操作中的不同方位。
如这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个(种)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
在下文中，将参照附图详细地解释本公开。
图1是示出根据本公开的第一实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图。
参见图1，根据本实施例的流感病毒检测芯片100包括上基板101、下基板102以及在上基板101与下基板102之间同层地且沿第一方向(即，从左到右的方向)顺序地设置的结合垫103和氧化石墨烯膜104。此外，流感病毒检测芯片100还包括分别连接到氧化石墨烯膜104的在与第一方向垂直的第二方向上的两端的第一电极105和第二电极105′，其中，在结合垫103中包含带有荧光标记的单克隆抗体，在氧化石墨烯膜104上具有单克隆抗体，其中荧光标记具有C＝C-C＝C共轭双键。
例如，上基板101和下基板102均可以为玻璃基板、硅基板或有机聚合物基板。具体而言，上基板101和下基板102均可以选自于硅基板、玻璃基板、PET基板、PMMA基板等。
结合垫103是由例如聚酯纤维制成的膜层，但是在本公开中，用于制作结合垫103的材料不限于此。
在结合垫103中包含带有荧光标记的单克隆抗体，其中，荧光标记具有C＝C-C＝C共轭双键。
第一电极105和第二电极105′可以由通用的电极材料(例如，金属、合金、导电金属氧化物、导电金属氮化物等)制成。例如，第一电极105和第二电极105′可以由金属诸如钛、铂、钌、金、银、钼、铝、钨、铜、钕、铬、钽、或包括上述金属的合金、或导电氧化物诸如氧化铟锌、氧化铝锌、氧化铟锡、氧化镓锌或氧化锌锡等来形成。
例如，可以在下基板102上沉积电极材料，然后利用光刻工艺来制作第一电极105和第二电极105′。然后，可以在形成在下基板102上的第一电极105和第二电极105′之间滴入氧化石墨烯溶液并实施干燥，从而在下基板102形成氧化石墨烯膜104。
在本实施例中，在下基板102上形成氧化石墨烯膜104之前，可以对下基板102的表面进行例如氨基修饰，从而在下基板102的表面上修饰的氨基能够与氧化石墨烯膜104的表面上的诸如羧基、环氧基之类的基团发生反应，因此，氧化石墨烯膜104通过这些官能团的作用结合到下基板102。
单克隆抗体也可以通过官能团的作用结合在氧化石墨烯膜104上。
此外，为了使样品溶液顺利流动，结合垫103和氧化石墨烯膜104可以在彼此接触的位置部分地叠置，即，二者可以以彼此交叠的方式相结合，这样可以有利于样品溶液的流动。
上基板101和下基板102可以通过例如粘结剂结合在一起，结合垫103和氧化石墨烯膜104被夹持在上基板101和下基板102之间。
在本实施例中，第一电极105和第二电极105′分别与氧化石墨烯膜104的在与第一方向垂直的第二方向上的两端相邻并接触，并设置在上基板101和下基板102之间。当然，第一电极105和第二电极105′可以以其他方式设置，只要能够检测氧化石墨烯膜104两端的电流(或检测氧化石墨烯膜104的电阻)即可。
当利用本实施例的流感病毒检测芯片100进行流感病毒检测时，可以将待检测的样品溶液(比如，唾液或血液等)加入到流感病毒检测芯片100中，使待检测的样品溶液首先流到结合垫处。当待检测的样品溶液含有流感病毒(即，抗原)时，该抗原与结合垫中的带有荧光标记的单克隆抗体发生特异性反应，然后样品溶液通过毛细作用继续流到氧化石墨烯膜104处，与其上的单克隆抗体发生特异性反应，从而生成双抗夹心流感病毒复合物。
所生成的双抗夹心流感病毒复合物固定在氧化石墨烯膜104的表面上，当利用激光照射到这些复合物时，由于流到氧化石墨烯膜104的荧光标记与氧化石墨烯膜104均具有C＝C-C＝C共轭双键，而且距离很近，从而导致C＝C-C＝C共轭双键发生堆叠，进而发生荧光能量共振转移，即荧光淬灭。为了便于激光照射到复合物，上基板101和下基板102中的一个可以是透明的，当然，上基板101和下基板102也可以均是透明的。
当发生荧光能量共振转移时，荧光标记产生的光子能量被氧化石墨烯吸收，从而导致氧化石墨烯的电阻减小。当氧化石墨烯的电阻减小时，通过利用第一电极105和第二电极105′能够检测到氧化石墨烯膜104两端的电流变化。也就是，当石墨烯氧化物膜104两端的电流发生变化时，可以确定在样品溶液中含有流感病毒。
图2是示出根据本公开的第二实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图。
在本实施例中，除了包括第一实施例中的上述组件之外，流感病毒检测芯片200还包括一个用于吸收样品溶液的样品垫106。样品垫106设置在结合垫103的左侧并与结合垫103接触。也就是说，样品垫106、结合垫103和氧化石墨烯膜104沿第一方向(即，从左到右的方向)顺序地设置。
在本实施例中，样品垫106也可以由聚酯纤维制成，但也不限于此。当样品垫106和结合垫103由相同的材料制成时，它们可以分别独立地形成，或者一体地形成。即，样品垫106和结合垫103可以形成为彼此独立的或者一体化的膜层。
当样品垫106和结合垫103形成为单个膜层时，带有荧光标记的单克隆抗体可以结合在单个膜层的靠近石墨烯氧化物膜104的区域上，而未结合在单个膜层的远离石墨烯氧化物膜104的区域上。在此情况下，单个膜层具有两个区域，其中一个区域上含有带有荧光标记的单克隆抗体，而另一区域上不含带有荧光标记的单克隆抗体。
在本实施例中，样品垫106和结合垫103可以具有相同的厚度，以便于被上基板101和下基板102良好地密封。
此外，在本实施例中，当样品垫106和结合垫103是两个彼此独立的组件时，样品垫106和结合垫103可以以彼此交叠的方式相结合，以有利于待检测的样品溶液的顺利流动。当然，在本实施例中，结合垫103和氧化石墨烯膜104也可以以彼此交叠的方式相结合。
当利用本实施例的流感病毒检测芯片200进行流感病毒检测时，待检测的样品溶液将首先流到样品垫106处，然后通过毛细作用流到结合垫103处，后续的历程与在第一实施例中描述的历程类似，因此不再赘述。
图3是示出根据本公开的第三实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图。
在本实施例中，除了包括第一实施例中的上述组件之外，流感病毒检测芯片300还包括一个用于吸收多余的样品溶液的吸收垫107。吸收垫107设置在氧化石墨烯膜104的右侧并与氧化石墨烯膜104接触。也就是说，结合垫103、氧化石墨烯膜104和吸收垫107沿第一方向(即，从左到右的方向)顺序地设置。
在本实施例中，吸收垫107可以由复合纤维材料制成，但也不限于此，其可以由能够吸收流体的任何材质制成。
在本实施例中，吸收垫107和结合垫103可以具有相同的厚度，以便于被上基板101和下基板102良好地密封。
当利用本实施例的流感病毒检测芯片300进行流感病毒检测时，多余的样品溶液可以被吸收垫107吸收。此外，吸收垫107和氧化石墨烯膜104可以以彼此交叠的方式相结合，以有利于多余的样品溶液顺利地被吸收垫107吸收。
图4是示出根据本公开的第四实施例的流感病毒检测芯片的示意性分解透视图。
在本实施例中，除了包括第二实施例中的上述组件之外，流感病毒检测芯片400还包括一个用于吸收多余的样品溶液的吸收垫107。吸收垫107设置在氧化石墨烯膜104的右侧并与氧化石墨烯膜104接触。也就是说，样品垫106、结合垫103、氧化石墨烯膜104和吸收垫107沿第一方向(即，从左到右的方向)顺序地设置。
吸收垫107可以按照与在第三实施例中描述的方式相同的方式形成并设置。
在本实施例中，样品垫106、结合垫103和吸收垫107具有相同的厚度，以便于被上基板101和下基板102良好地密封。此外，为了有助于样品溶液的顺利流动，样品垫106和结合垫103可以以彼此交叠的方式相结合，结合垫103和氧化石墨烯膜104可以以彼此交叠的方式相结合，和/或氧化石墨烯膜104和吸收垫107可以以彼此交叠的方式相结合。
当利用本实施例的流感病毒检测芯片300进行流感病毒检测时，待检测的样品溶液将首先流到样品垫106处，然后通过毛细作用流到结合垫103处，后续的历程与在第一实施例中描述的历程类似。此外，多余的样品溶液可以被吸收垫107吸收。
本公开的流感病毒检测芯片和利用其来检测流感病毒的方法具有高检测灵敏度，并且检测简单、快捷和方便。此外，可以在样品中含有少量病毒时通过检测电流变化来检测流感病毒的存在与否，检测灵敏度增加，并可以进行早期检测预防，避免流感病毒的持续感染。
已经针对附图给出了对本公开的特定示例性实施例的前面的描述。这些示例性实施例并不意图是穷举性的或者将本公开局限于所公开的精确形式，并且明显的是，在以上教导的启示下，本领域普通技术人员能够做出许多修改和变化。因此，本公开的范围并不意图局限于前述的实施例，而是意图由权利要求和它们的等同物所限定。

Claims (14)

1.一种流感病毒检测芯片，所述流感病毒检测芯片包括上基板、下基板以及在上基板与下基板之间同层地且沿第一方向顺序地设置的结合垫和氧化石墨烯膜，所述流感病毒检测芯片还包括分别连接到氧化石墨烯膜的在与第一方向垂直的第二方向上的两端的第一电极和第二电极，
其中，在结合垫中包含带有荧光标记的单克隆抗体，在氧化石墨烯膜上具有单克隆抗体，其中荧光标记具有C＝C-C＝C共轭双键。
2.根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片，其中，氧化石墨烯膜通过官能团的作用与下基板结合。
3.根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收样品溶液的样品垫，其中，样品垫、结合垫和氧化石墨烯膜沿第一方向顺序地设置。
4.根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收多余的样品溶液的吸收垫，其中，结合垫、氧化石墨烯膜和吸收垫沿第一方向顺序地设置。
5.根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片，其中，第一电极和第二电极分别与氧化石墨烯膜的在与第一方向垂直的第二方向上的两端相邻并接触，并设置在上基板和下基板之间。
6.根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片，其中，上基板和下基板均为玻璃基板、硅基板或有机聚合物基板，上基板和下基板中的一个是透明的。
7.根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收样品溶液的样品垫和用于吸收多余的样品溶液的吸收垫，其中，样品垫、结合垫、氧化石墨烯膜和吸收垫沿第一方向顺序地设置。
8.根据权利要求7所述的流感病毒检测芯片，其中，样品垫和结合垫均是由聚酯纤维制成的彼此独立的或一体化的膜层。
9.根据权利要求7所述的流感病毒检测芯片，其中，样品垫、结合垫和吸收垫具有相同的厚度。
10.根据权利要求7所述的流感病毒检测芯片，其中，样品垫和结合垫以彼此交叠的方式相结合，结合垫和氧化石墨烯膜以彼此交叠的方式相结合，和/或氧化石墨烯膜和吸收垫以彼此交叠的方式相结合。
11.一种使用根据权利要求1所述的流感病毒检测芯片检测流感病毒的方法，所述方法包括：
使样品溶液顺序地流过结合垫和氧化石墨烯膜；
利用激光照射氧化石墨烯膜，同时利用第一电极和第二电极来检测检测石墨烯氧化物膜两端的电流；以及
当石墨烯氧化物膜两端的电流发生变化时，确定在样品溶液中含有流感病毒。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述流感病毒检测芯片还包括用于吸收样品溶液的样品垫和用于吸收多余的样品溶液的吸收垫，其中，样品垫、结合垫、氧化石墨烯膜和吸收垫沿第一方向顺序地设置。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，样品垫和结合垫均是由聚酯纤维制成的彼此独立的或一体化的膜层。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，样品垫和结合垫以彼此交叠的方式相结合，结合垫和氧化石墨烯膜以彼此交叠的方式相结合，和/或氧化石墨烯膜和吸收垫以彼此交叠的方式相结合。
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