用于痕量靶标物质测量的加样装置

摘要

本发明公开了一种用于痕量靶标物质测量的加样装置，包括：检测沟道，其下游的一段沟道构造为检测区，在检测区留有检测窗；加样沟道，连接检测沟道上游段而构成加样旁路；辅助沟道，连接加样沟道连接点与检测区之间的检测沟道上，构成加样泄流旁路；检测管路单元，配接于检测沟道，并设有控制阀；加样管路单元组，配接于加样沟道和辅助沟道，并设有控制阀组；检测泵，通过检测管路单元及相应的控制阀接入检测沟道上游端，以泵送检测辅助液；加样泵组，通过加样管路单元组及相应的控制阀组接入加样沟道，以对应泵送加样液组；控制单元，连接检测泵、加样泵及控制阀和控制阀组，以逻辑控制检测泵、加样泵组及相配控制阀、控制阀组的动作顺序。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于血液样品中痕量靶标物质的加样装置，属于生物医学技术领域。

背景技术

目前，人体疾病的发生常在体内产生生物分子的种类或数量的变化，人们可以通过检 测体内某些标志性生物分子的产生或者数量的变化来进行疾病的早期诊断或者理解疾病的 演变。例如，心脏损伤时血液中的肌红蛋白Myoglobin，Mb、肌酸激酶同工酶(Creatine Kinase  MB,CK-MB)和心肌肌钙蛋白I(Cardiac Troponin I,cTnI)蛋白分子将产生，浓度增高。临 床医生通过体内这些生化标志物的含量来诊断心脏损伤程度或治疗效果。然而绝大部分疾 病的特异性标志分子含量都非常低，在痕量甚至超痕量水平上检测这些标志性靶物质仍然 是一个巨大的挑战。

关于痕量，化学上指极小的量，少得只有一点儿痕迹。痕量分析trace analysis，则 是指物质中含量在百万分之一以下的组合的分析方法。痕量一词的含义随着痕量分析技术 的发展而有所变化。因此，痕量是界定范围渐变的量值。

痕量分析包括测定痕量元素在试样中的总浓度和用探针技术测定痕量元素在试样中或 试样表面的分布状况。一般分成3个基本步骤：取样、样品预处理和测定，本文侧重于测 定环节，但为有助于理解，对前两个环节只做简单描述。

由于被测元素在样品中含量很低、分布很不均匀，特别是环境样品，往往随时间、空 间变化波动很大，要充分注意取样的代表性和保证一定的样品量。为了增强对痕量成分的 检出能力和除去基本干扰，痕量组分的分离与富集常常是必不可少的，有两种方案：一种 是将主要组分从样品中分离出来，让痕量组分留在溶液中；另一种是将痕量组分分离出来 而让主要组分留在溶液中。为了提高分离、富集效果，通常应用掩蔽技术。样品预处理的 另一个目的是使痕量组分转变为最适宜于最后测量的形式。常用的分离、富集方法有挥 发、沉淀和共沉淀、电解、液-液萃取、离子交换、色谱、萃取色谱、电泳等。在分离、 富集过程中对于污染和痕量组分的损失要予以充分注意。

测定痕量组分的方法，取决于被分析的对象和测定方法的灵敏度、准确度、精密度和 选择性以及经济上的合理性。在从经典的比色法和分光光度法到各种近代的仪器分析等痕 量分析方法中，较常用的方法有：①光学方法。包括分光光度法、原子发射光谱法、原子 吸收分光光度法、原子荧光光谱法、分子荧光和磷光法、化学发光法、激光增强电离光谱 法等。②电化学方法。包括极谱分析法、库仑分析法、电位法和计时电位法等。③X射线法。 包括电子微探针法、X射线荧光光谱法等。④放射化学法。包括活化分析法、同位素稀释法、 放射性标记分析法等。⑤质谱法。包括二次离子质谱分析、火花源固体质谱。⑥色谱法。 包括气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法等。

目前临床上血液中生化标志物常规检测方法有放射性免疫法RIAs、高压液相色谱分析 法、电化学分析法、蛋白质分析仪、各种诊断试剂盒及免疫层析试条等，这些方法普遍存 在放射性污染、需要大型仪器、耗时长、不能定量检测等缺点，在临床上应用具有一定局 限性。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构紧凑且有利于快速检测的 用于痕量靶标物质测量的加样装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种用于痕量靶标物质测量的加样装置，包括：

检测沟道，其下游的一段沟道构造为检测区，并至少在检测区处留有检测窗；

加样沟道，连接于检测沟道的上游段而构成加样旁路；

辅助沟道，连接于加样沟道连接点与检测区之间的检测沟道上，构成用于加样泄流的 旁路；且加样沟道与辅助沟道之间的检测沟道长度大于检测区的长度；

检测管路单元，配接于检测沟道，并设有控制阀；

加样管路单元组，配接于加样沟道和辅助沟道，并设有控制阀组；

检测泵，通过所述检测管路单元及相应的控制阀接入检测沟道的上游端，以泵送检测 辅助液；

加样泵组，通过所述加样管路单元组及相应的控制阀组接入加样沟道，以对应泵送加 样液组；

以及控制单元，连接检测泵、加样泵及控制阀和控制阀组，以逻辑控制检测泵、加样 泵组及相配控制阀、控制阀组的动作顺序。

所述检测沟道、加样沟道和辅助沟道的径流横截面相同，且朝向检测设备的面为平面。

所述加样沟道和辅助沟道均与检测沟道垂直。

所述检测沟道、加样沟道和辅助沟道对应包括形成在基底上表面的沟道槽和覆盖于对 应沟道上表面的上盖板，其中沟道槽的径流横截面为半圆形或者下表面顶角弧化的方形。

所述沟道槽的槽口宽度为100μm～1000μm。

一检测沟道、一加样沟道和一辅助沟道构成一个加样单元，多个加样单元的检测沟道 串接或者并接。

并接的所有检测沟道以进液口为中心且以进液口为公共接点圆形阵列。

所述检测区长度是加样沟道与辅助沟道之间的检测沟道长度的1.5～3倍。

本发明的有益效果是，依据本发明，借助于构造简单的沟道，然后配合样品的分析， 所使用设备整体紧凑，加样量准确且整个操作相对比较简练，所消耗时间较多的体现在反 应时间上，操作阶段占用时间少，整体的检测效率比较高。比如使用加样装置连续加样10 次，单次加样时间小于2秒钟，测量每一次加样量体积，变异系数小于1%。

附图说明

图1a为一个实施例沟道构造结构示意图，并表示为加样前状态示意图；

图1b为沿a-a’沟道充填缓冲液状态示意图；

图1c为沿b-c-d-b’沟道通入待测样本状态示意图；

图1d为沿a-a’沟道通入缓冲液状态示意图，把cd段待测样本推倒覆盖检测区e的部 位；

图2a为一个实施例中三明治结构的结构示意图；

图2b为另一个实施例中三明治结构的结构示意图；

图3为一种纳米探针贮存单元形成流程；

图4为以发光探针为例进行的惯常三明治结构、在检测区e修饰高疏松纳米薄膜层及 在检测区e修饰高疏松纳米薄膜层的基础上进一步使用纳米探针贮存单元三种情况敏感效 果的比较；

图5为不同靶物质浓度的样本通过本发明实施例方法检测实现的痕量靶标物质的定量 检测效果图；

图6为实施例中三种生物芯片检测结果对比图；

图7为一个实施例中并行检测的沟道构造原理图；

图8为另一个实施例中沟道构造原理图；

图9为再一个实施例中沟道构造原理图；

图10为一种沟道构造结构示意图；

图11为另一种沟道构造结构示意图；

图12为光学检测模块结构示意图；

图13为光路掩板的工作原理示意图；

图中：1.检测沟道，2.加样沟道，3.检测区，4.基底，5.辅助沟道，6.捕捉抗体，7. 靶标物质，8.信号抗体，9.探针分子，10.捕捉核酸适体，11.信号核酸适体，12.上盖板， 13.第一型沟道，14.第二型沟道，15.掩板，16.透镜，17.二向分光镜，18.针孔，19.第 一滤光片，20.光电转换器，21.数据处理模块，22.显示器，23.光源，24.第二滤光片，25. 滚珠丝杠副，26.有效荧光，27.激发光，28.无效莹光，29.生物芯片。

具体实施方式

为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附 图，对本发明的多个层面的技术问题和所用的技术手段进行详细说明。在此，本发明的示 意性实施例及说明仅用于解释本发明，但并不作为对本发明的具体限定。

在这样的一个概念中，如检测沟道1，其本质上一个流体通路，而不为检测或者沟道所 具体限定。作为径流的流体通道，可以使用上游、中游和下游来区分在流体流通方向上不 同的区位，本领域的技术人员对此应有清楚地理解。

应当理解，如检测窗的核心词为“窗”，但并不表示为开设的一个窗口，而表示为能够 用于检测，是一个以“能”为限的术语，正如使用望远镜在固定位置远望，其周围也满足 能够远望的条件，但并不表示在望远镜位置单独设窗。

应当理解，本文中，如加样管路单元，并不是一根管路，而应当理解为加样管路系统。

一个用于痕量靶标物质7测量的检测装置，配置为一个生物芯片29，一个加样装置和 一个用于微弱信号检测的检测模块。

关于生物芯片29，又称DNA芯片或基因芯片，它们是DNA杂交探针技术与半导体工业 技术相结合的结晶。该技术系指将大量探针分子9固定于支持物上后与带荧光标记的DNA 样品分子进行杂交，通过检测每个探针分子9的杂交信号强度进而获取样品分子的数量和 序列信息。在本文中，基底4和沟道加上生物分子构造为一个生物芯片29。

生物芯片技术起源于核酸分子杂交。所谓生物芯片一般指高密度固定在互相支持介质 上的生物信息分子（如基因片段、DNA片段或多肽、蛋白质、糖分子、组织等）的微阵列杂 交型芯片（micro-arrays），阵列中每个分子的序列及位置都是已知的，并且是预先设定好 的序列点阵。微流控芯片（microfluidic chips）和液相生物芯片是比微阵列芯片后发展 的生物芯片新技术，生物芯片技术是系统生物技术的基本内容。

更直观的讲，生物芯片29就是在一块玻璃片、硅片或尼龙膜等材料上放上生物样品， 然后由一种仪器收集信号，用计算机分析数据结果。

尽管人们可能很容易把生物芯片与电子芯片联系起来，并且事实上，两者确有一个最 基本的共同点：在微小尺寸上具有海量的数据信息。但它们是完全不同的两种东西，电子 芯片上布列的是一个个半导体电子单元，而生物芯片上布列的是一个个生物探针分子9。

因此，在如说明书附图1a所使的结构中，检测区3，也就是图中e表示的区域，用于 固定捕获物质分子，用于捕获加样液体中的生物分子。

用于痕量靶标物质7的测量，在这样的一个加样装置中，其基本配置应当包括：

检测沟道1，在图如1a所示的结构中，为一个直的沟道，两端为a-a’所标识，a端为 流体进入端，另一端则是流体流出端。在其下游的一段沟道构造为检测区3，并至少在检测 区3处留有检测窗。

应知，当检测沟道1弯曲时或者存在折弯结构时，对整体的流体泵送影响不大，在此 基础上不做具体限定的检测沟道1可以理解为满足任意走向。

从流阻角度看，最好采用直的沟道结构，流阻小，对于相同的泵，名义上能够具有更 大的扬程。

检测沟道1可以从另外一个概念上去理解它，通过检测沟道的使用能够把特定物质运 送到检测区。

那么特定的物质就通过加样沟道2进行输送，其连接于检测沟道1的上游段而构成加 样旁路，加样的各种流体均通过加样沟道2进行输送。

应当理解，由于所说的各种流体量非常小，那么相关的沟道截面也不会太大，依据固 体与液体接触时因表面张力所产生的不浸润和浸润现象，从而可以保证加样液体在截面比 较小的通道被整体可靠的输送。

应知，不浸润表现为固体与液体接触时，接触面趋于缩小、液体不能附着在固体上的 现象。如水银不能附着在玻璃上，把水银倒入玻璃容器内，水银与玻璃壁接触处的角度大 于90°，表明接触面趋于缩小，即水银不浸润玻璃。水不能附着在石蜡上，说明水不浸润 石蜡。

与之相对的概念则是浸润，如放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成 薄层。把一块洁净的玻璃片进入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水。这种现象叫做浸 润。对玻璃来说，水是浸润液体。

那么与之相关的如毛细现象，浸润液体在毛细管中上升（如水-玻璃），液面成凹月面 型，液体附着在器壁；不浸润液体在毛细管中下降（如水银-玻璃），液面成凸月面型，液 体不附着在器壁，表面张力使其凸出。

依据上述原理，可以对在截面比较小的沟道内对一段液体进行整体的搬送。

对于加样装置，为了保证加样的正常进行，进一步配置辅助沟道5，如图1a所示，辅 助沟道5与加样沟道2实际构成另一个流体通路，借助图1中所示的cd段检测通道被勾连， 形成b-c-d-b’通道。这样需要辅助沟到5配置成连接于加样沟道2连接点与检测区3之间 的检测沟道1上，构成用于加样泄流的旁路；且加样沟道2与辅助沟道5之间的检测沟道1 长度大于检测区3的长度。

长度的要求在于不同液面之间不可避免的扩散现象，可能会导致截面模糊，同时关于 泵送液体的量，并不能理想的控制。为了在检测区3能够进行给定的反应，需要加样的液 体段能够完全覆盖检测区3，并进可能消除控制精度和不同液体扩散的影响。

为了获得相对清晰的液体截面，在图1a所示的结构中，加样沟道2与辅助沟道5均与 检测沟道1垂直。

依据简单介绍的上述沟道布置，借以建立的沟道系统为满足液体的送入，进一步需要 对其配管。由于如图1a所示，总共4个接口，且控制方式也不复杂，不必像《配管数据手 册》一样进行复杂的配管设计，而只需要按照所需要的控制方式也区分流体地进行配管即 可。

把配管分成两个大的部分，分别为用于检测沟道配管的检测沟道1单元和用于加样沟 道2和辅助沟道5配管的加样管路单元组。然后配置相关的控制阀，用于检测沟道1、加样 沟道2和辅助沟道5的通断控制，其中后面的两个沟道因为整体构造为一个流体通道，应 进行同步控制。

在下述的内容中可见之，检测沟道1的a端主要用于泵入一种液体，而加样沟道2则 需要加入两种液体。为此，加样沟道2的b端可以配置电磁换向阀，如三位三通阀，用于 两种液体在不同时段的介入，以及关停控制。也可以利用一个三通连接两个管路，每个管 路上配置一个控制阀。

单纯的就配管来讲，一般也包括阀门的配置，因此，对于简单的控制，本领域的技术 人员可以进行相应的配置，由于本申请所述及的管路配置相对简单，其配管方式在此不再 赘述。

进而关于所述加样装置涉及泵的配置，也按照上述配管配置为检测泵和加样泵组，其 中后者最好按照液体的种类配成多个。

检测泵通过所述检测管路单元及相应的控制阀接入检测沟道1的上游端，以泵送检测 辅助液。

而加样泵组则通过所述加样管路单元组及相应的控制阀组接入加样沟道2，以对应泵送 加样液组。

进而，为了更好地进行控制，配置控制单元，连接检测泵、加样泵及控制阀和控制阀 组，以逻辑控制检测泵、加样泵组及相配控制阀、控制阀组的动作顺序。

依据前述的内容可知，控制逻辑相对比较简单，本领域的技术人员无需付出创造性劳 动即可实现相关的控制算法。

关于沟道，从结构上看，在本文更优的选择更像是明渠，其基础结构可以参考明渠结 构，表现为检测沟道1、加样沟道2和辅助沟道5的径流横截面相同，且朝向检测设备的面 为平面，据此应当理解，这里的平面主要是有利于检测的有效进行，而横截面相同的结构， 则有利于形成稳定的液段。

在一些实施例中，可能分段地配置不同的结构，如部分沟道构造为圆管，而在液段构 造区和液段流经区构造为明渠结构。

关于液段的内容以上的内容有所体现，并在后面的内容中有具体的应用，在此不再赘 述。

在如图10和如图11所示的结构中，检测沟道1、加样沟道2和辅助沟道5对应包括形 成在基底4上表面的沟道槽和覆盖于对应沟道上表面的上盖板12，其中沟道槽的径流横截 面为半圆形或者下表面顶角弧化的方形，其中半圆形沟道槽表示为第一型沟道槽13，而另 一种沟道槽则表示为第二型沟道槽14。

沟道槽成型在透明的基底4的上表面，如果采用手动控制，能够通过液体的不同颜色 查看流体的流动，可以方便手动控制。

关于上盖板12，由于所需要的基底4上表面面积并不大，上盖板12可以为整体结构， 覆盖整个基底4的上表面。也可以根据沟道槽走势进行匹配的上盖板12设置。

关于沟道槽的规格，按照其槽口宽度进行限定，所述沟道槽的槽口宽度为100μm～1000 μm。具体规格应与检测仪器的灵敏度相适应，检测仪器灵敏度足够高，微沟道宽度可以降 低。另外具体规格还与推动液体通过微沟道的泵有关系，微沟道宽度尺寸越小，阻力越大， 需要的泵的推动力也就越大。因此，沟道槽的规格应综合考虑泵的驱动能力和检测仪器的 灵敏度，沟道槽的槽口宽度不应小于100μm。

又由于沟道不宜过大，源于各种液体的量并不大，同时太大的截面也会影响液段获得 的质量，为此，沟道槽的槽口宽度不应大于1000μm。

在实际的应用中，我们会面临这样的问题，有时候需要对多个血液进行分析，或者对 同一个血液样品的多个样本进行分析，为了进一步的提高检测效率，一检测沟道1、一加样 沟道2和一辅助沟道5构成一个加样单元，多个加样单元的检测沟道串接或者并接，据此 可以进行如多个血液样品的同时检测。

如图7所示，aa’所标示的一个较长的检测沟道存在多个检测区e，进而可以配置多个 加样沟道和辅助沟道，这样，如一个总的检测沟道可以一次对三个检测区进行覆盖，整体 上可以节省样本的消耗，并减少对辅助液体的效耗，减少后续的处理负担。另一方面，还 可以减少配管的管路数量，简化整体的结构。

如图7所示的结构为一种串行的结构形式，而如图8和9所示的结构为并行的结构形 式，其中图8所示的结构是一种简单的叠加结构，是在垂直于a-a'的方向上整体结构有所 缩减，减少了基底材料的应用。

图9则表示出了另一种并行结构，并接的所有检测沟道以进液口为中心且为公共接点 圆形阵列，存在公共的节点，可以减少管路配接数量。且如果采用同一台泵，可以减少中 间管路长度的差异所造成的并行管路中不同进程的问题。

关于加样沟道2与辅助沟道5之间的检测沟道1长度与检测区3长度的关系问题，在 前述的内容中有所涉及，经过长期的实验发现，当检测区3长度为加样沟道2与辅助沟道5 之间的检测沟道1长度的不小于1.5倍时，基本上不会出现液体界面模糊和控制精度所产 生的不能有效地产生界面清晰的液段恰好完全覆盖检测区的问题，以保证待测靶物质能完 全被捕捉在检测区3，确保检测质量。自然，这需要泵阀的控制精度与之配合，但泵阀选型 并不属于本案需要考虑的内容，在较高精度的泵阀配置条件下，上述倍比是适用的。

但检测区3不宜过长，如此会产生过大的结构和试剂的损耗，为此，取检测区3长度 为检测沟道1长度3倍为上限。

加样装置为主要的改进点，至于检测装置，在涵盖了加样装置的条件下，配置相关的 检测设备即可，检测设备可以采用已知的匹配检测区最终物的检测设备。

加以匹配的，一检测沟道1、一加样沟道2和一辅助沟道5构成一个加样单元，多个加 样单元的检测沟道串接或者并接；

相应地，所述采集分析装置配有驱动其顺次移动到各个检测区3检测位置的驱动机构。

在如前所示的内容中，基底的面积非常小，相应地，各个检测区之间的距离也会非常 小，那么驱动机构必须有足够的驱动精度，优选地，所述驱动机构为滚珠丝杠丝母机构， 已达到所需要的控制。

加以参考的，如阵列化芯片在荧光检测时微沟道定位是影响检测结果的一个重要因素， 采用精密丝杠副作为定位的关键功能部件，精密滚珠丝杠副25可以达到0.5米的移动距离 内只有几个微米的定位误差，能够满足生物芯片上多个微沟道检测区的准确定位要求。

如图12所示，在一些实施例中，一种采集分析装置包括：

单色光源，按照给定的光路出射，如图12中所示的光源23，第二滤光片24构成的光 源，其中光源23可以直接采用激光二极管，也可以采用其他的激光泵浦产生激光，单色性 比较好。也可以基于所述第二滤光片24产生单波长的激光。

进而配置整形镜组，配置在单色光源的光路上，将光束整形为给定光束；整形镜组被 封装后通常被称为光束整形镜或者光束整形器，主要用于产生合适的光束，尤其是直线度 较好的光束，既能保证光路的可控性，又能够获得合适的光强。

进一步地，配置掩板15，开有过孔，用于所述给定光束通过而照射到选定的检测区3， 并用于检测区3反射光束的通过；在如图13所示的结构中，通过掩板15使待测的检测区3 暴露于激发光27下，而其它与其并行检测区被掩盖而不能激发，或即使被少量激发其荧光 也不能传递出去，从而有效解决多沟道并行检测时荧光相互干扰的问题。图中清楚地可看 中间的也就是目标检测区3的反射光能够从掩板15的欲开孔中出射，形成有效荧光26，而 其他两个检测区的反射光为无效荧光28，不能够为相应的光学器件所捕获。

进而，配置预处理光学元件，配置在反射光束光路上，用于反射光束的预处理，预处 理受限于后续的光学转换器20，加以匹配即可，两者协同选型。

加以匹配的，一光电转换器20，接收经过预处理的所述反射光束，将光信号转换成电 信号。

数据处理模块21，输入连接所述光电转换器20，对获得的电信号按照预定的算法计算； 以及

显示器22，连接所述数据处理模块21，用于输出显示计算结果。

那么，依据上述结构，首先光源发出激发光，激发光经过滤光片纯化后被二向分色镜 反射，经透镜聚焦到微沟道检测区e，激发留在检测区e的信号抗体8或者信号核酸适体 11上的荧光分子探针，使其发出荧光信号，此荧光信号经过光路掩板、透镜后透过二向分 色镜，经针孔和滤光片纯化后被光电转换器件转化成电信号，再经过数据处理，将与待测 靶物质的量显示在液晶屏上。

关于二向分光镜17，具体配置是反射光束与单色光源出射的光路垂直，进而所述采集 分析装置还包括配置在反射光束与单色光源出射的光路汇集处配有二向分光镜17，对单色 光源出射的光线圈反射，而对反射光束全透射；

相应地，二向分光镜17介于所述预处理光学元件与所述整形镜组之间。

在预处理光学元件与二向分光镜17之间还配有一针孔元件，如图12所示的针孔18， 用于透过给定截面的光束，而预处理光学元件为第一滤光片19，以获得匹配光学转换器20 采集所需要波段的光束。

以及基础的检测方法，我们把基底4和成型在基底4上的沟道定义为一个生物芯片， 这样，基底4各端分别匹配设有与各沟道相应相通的进液口和废液出口。如图1a所示。通 过控制微沟道液体流动，可在生物芯片上实现对液体精确加样。

微沟道上设有检测区e，检测区e内固定有待测靶物质的捕捉抗体6或者捕捉核酸适体 10，按照加样步骤可以在检测区形成对待测靶物质的三明治结构，利用探针分子9和纳米 增敏作用在检测区将痕量靶标物质信号转换成光学或者电学信号。

具体包括以下步骤：

1）取一个加样装置，并在检测区3固定用于捕获待检测标志物质的生物芯片。

2）进而关闭加样沟道2和辅助沟道5，向检测沟道1泵入缓冲液，至少灌满加样沟道 2与辅助沟道5之间的检测沟道1；如图1所示，一般通过观察是不是有缓冲液从出液口流 出来判断缓冲液的充填状态，这种情况需要加满整个检测沟道，当然，可以通过流量控制， 进行流量与沟道的容量匹配进行控制，在这样的控制条件下，相关液体不必充满整个沟道。

3）关闭检测沟道1，通过加样沟道2泵入含有待测样本，辅助沟道5泄流，待测样本 至少灌满加样沟道2与辅助沟道5之间的检测沟道1，该段内的待测样本构成检测段，其中 待测样本为含有所述带检测标志物质的样本；如图1c所示，cd段的缓冲液被待测样本推出， 而待测样本滞留在bcdb’管道内，其中cd段行成所需要的液段。

应当理解，关于沟道的启闭描述在此处只说明关闭，而通过上下文可以清楚地知晓那 些沟道开启。

4）进而，如图1所示，关闭加样沟道2和辅助沟道5，向检测沟道1泵入缓冲液，把 检测段推送到检测区3，并覆盖检测区3；图中不同的剖面线表示了不同的液体，图中有清 楚地表现。

5）第一结合反应，检测段内的待测样本与生物芯片反应第一给定的时间，关于相关液 体之间的反应时间，为本领域的技术人员所熟知，对此，不再赘述。

6）第一结合反应完毕后，使用缓冲液把所述检测段推出检测区，然后关闭检测沟道。

7）利用步骤3和4相同的方式，使用信号物质液体替代待测样本而产生信号段，覆盖 检测区3；由于信号段液体的获得方式与检测段液体的获得方式一致，再次不再赘述。

8）第二结合反应，使信号物质与检测区经过第一次结合反应产生的物质在第二给定的 时间内进行第二次结合反应，产生样品，形成一种三明治结构，如“固定的捕捉抗体6或 捕捉核酸适体10-待测蛋白质-信号抗体8或信号核酸适体11”的三明治结构。

9）关闭加样沟道2和辅助沟道5，利用缓冲液通过检测沟道1把检测区完成第二次结 合反应后残余的物质液体推出检测沟道1。

10）利用采集分析装置对检测区的样品进行采集分析。

所述的生物芯片上的微沟道检测区e，固定有待测靶标物质7的捕捉抗体6或者捕捉核 酸适体10。当样本中有待测靶标物质7时，固定在检测区e的捕捉抗体6或者捕捉核酸适 体10就会捕获靶标物质7，在加入信号抗体8或者信号核酸适体11后会在检测区形成对靶 标物质7的三明治结构。如图2a和图2b所示。

本领域的技术人员可参考抗体捕获法相关的文献认识三明治结构，由于本文不涉及此 类方案的改进，在此不再赘述。

所述的信号抗体8或者信号核酸适体11是指标记有探针分子9的能够待测靶标物质7 特异性结合的抗体或者核酸适体，所述的探针分子9可以是酶分子、荧光分子或者其它探 针分子9。

在一些实施例中，一个概念我们称之为纳米增敏作用，主要包括以下两部分内容：

（1）在检测区e修饰纳米薄膜层，利用纳米材料表面效应实现在检测区e固定更多的 捕捉抗体6或捕捉核酸适体10，提高对样本中待测靶物质捕捉能力，从而增加生物芯片的 灵敏度。

纳米薄膜通常的概念是纳米膜，颗粒膜与致密膜。颗粒膜是纳米颗粒粘在一起，中间 有极为细小的间隙的薄膜。致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。

纳滤（NF）膜的研制与应用较反渗透膜大约晚20年。20世纪70年代J·E·Cadotte 研究NS-300膜，即为研究NF膜的开始。

纳米膜能够截留相对分子量为300～100000(被分离物料粒径相当于0.3～100纳米)的分 子，能够为本案所用。

“纳米贮存单元”可表示为“多个探针分子9修饰在纳米粒子上形成的单元体”。其中 探针分子9的数量跟纳米粒子的表面积和其表面的官能团有关。一般说来，纳米粒子的表 面积越大，在其表面修饰的官能团越多，那么探针分子9固定在纳米粒子表面的数量越多。 但纳米粒子不宜过大，过大的纳米粒子会使得信号抗体8或者信号核酸适体11与靶标物质 7之间的结合力不足以将信号抗体8或者信号核酸适体11形成的单元体留在检测区，反而 使检测信号降低。

（2）设计纳米贮存单元对信号抗体8或者信号核酸适体11上标记的探针分子9进行 扩增。首先在纳米粒子表面修饰亲和素，并与生物素化的探针分子9偶联，设计不同的枝 接方法增加结合位点，使探针分子9在纳米粒子表面富集，每一个纳米粒子形成包含数十 个或者更多探针分子9的贮存单元（如图3所示）。

将纳米探针分子9贮存单元修饰在与待测靶物质特异性结合的抗体或者核酸适体上， 相比于普通的将单个或者少量探针分子9修饰在抗体或者核酸适体上，在相同条件下，前 者可以显著增加探针分子9在传感器上的固定量，使传感器输出信号放大，从而明显提高 传感器灵敏度。

图4为三种情况的敏感效果比较（仅以发光探针为例）：图4中（a）为通常的三明治 结构；（b）为在检测区e修饰高疏松纳米薄膜层，利用纳米层比表面效应在检测区e可以 固定更多捕捉抗体6或者捕捉核酸适体10，增加对样本中靶物质捕捉几率，提高检测灵敏 度；（c）为在检测区e修饰高疏松纳米薄膜层的基础上，采用了图3所示的纳米探针贮存 单元，增加了信号强度，提高检测灵敏度。

图5为不同靶物质浓度的样本通过上述检测方法得到的检测结果，检测对象是脑纳肽。 脑纳肽BNP(Brain natriuretic peptide)是反映心功能衰竭程度的一个重要指标，BNP在 血液中含量仅有纳克/毫升量级，以样本中痕量BNP检测为例，标记探针为发光探针。

从图5中可以看出，依据上述方法，可以获得比较高的检测精度。

再一个实施例中，取3个生物芯片，其中1号芯片在检测区e固定捕捉核酸适体10，2 号芯片和3号芯片在检测区e修饰高疏松纳米薄膜层后再固定捕捉核酸适体10，按照上述 加样方式对生物芯片进行加样。

第一，3个生物芯片分别在其a-a’通道通入缓冲液；

第二，3个生物芯片分别在其b-b’通道通入含有待测BNP的血清样本；

第三，3个生物芯片分别在其a-a’通道通入缓冲液，将血清样本推入检测区，在一定 条件下与检测区固定的捕捉核酸适体10发生特异性结合；

第四，特异性结合反应完成之后，3个生物芯片分别在其a-a’通道继续通入缓冲液， 将血清样本推出检测区；

第五，1号芯片和2号芯片的b-b’通道通入普通的信号核酸适体11，3号芯片的b-b’ 通道通入的是修饰纳米探针贮存单元的信号核酸适体11；

第六，3个生物芯片分别在其a-a’通道通入缓冲液，将信号核酸适体11推入检测区， 在一定条件下信号核酸适体11与被捕捉在检测区的BNP发生特异性结合；

第七，3个生物芯片分别在其a-a’通道通入发光试剂，在光学检测仪上对生物芯片检 测区进行发光检测。

3个生物芯片的检测结果如图6所示，①为1号芯片；②为2号芯片；③为3号芯片的 检测结果。

如图5所示的不同靶物质浓度的样本通过本发明实施例方法检测实现的痕量靶标物质7 的定量检测效果图，从结果可以看出，在生物芯片检测区修饰纳米薄膜层再固定捕捉抗体6 或者捕捉核酸适体10，然后使用修饰纳米探针贮存单元的信号核酸适体11的生物芯片的信 号得到明显放大，从而实现对痕量靶标物质7的定量测量。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的 限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需 要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。