一种检测芯片特征响应的确定方法与流程

1.本发明涉及免疫分析检测技术领域，特别涉及一种检测芯片特征响应的确定方法。


背景技术：

2.免疫检测是基于抗原
‑
抗体结合，对特定生化物质进行定性或定量分析的技术。抗体通过抗原表面的表位识别对应抗原并结合。这种识别也使免疫检测具有高特异性：如艾滋病抗体只会与艾滋病抗原结合，而不会与其他抗原反应。
3.在传统的检测方法中，目标抗体或抗原与试剂盒内的对应抗原或抗体的结合依靠分子扩散运动和随机布朗运动来完成，整个过程很被动所以检测时间较长，从采集样品到得出结果往往需要数十分钟到数小时不等。
4.为了提高检测时间，出现了芯片免疫分析技术，它将抗原(或抗体)包被在芯片上，与待检样品或生物标本同时进行反应，可一次获得芯片中所有已知抗原(或抗体)的检测结果。例如cn104965081b公开的一种基于移动设备的抗体抗原检测方法，通过对芯片施加激励信号，在芯片内产生介电泳效应、电热效应以及电渗效应，介电泳效应可以使得样品中的目标抗体或抗原向芯片中的电极片方向移动，加快目标抗体或抗原与电极片表面包被的对应抗原或抗体相结合，电热效应和电渗效应可以带动液体流动，从而也可以将目标物带向电极附近，从而加速检测，缩短检测时间。但是，目前的芯片/电极因为工艺、材料等不一致，在用作加速检测时，表征物质特异性结合的频率点不同，所以缺乏通用性。
5.为此，需要一种能提高通用性的检测芯片特征响应的确定方法。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种检测芯片特征响应的确定方法，能够提高芯片免疫检测中特征响应段的通用性。
7.为了解决上述技术问题，本技术提供如下技术方案：
8.一种检测芯片特征响应的确定方法，包括如下步骤：
9.s110、用背景液a清洗芯片第一预设时间，再向芯片加入背景液a，做第一次频率扫描，获得第一曲线；
10.s120、清除芯片内的背景液a，再用背景液b清洗第一预设时间，清洗完成后再加入背景液b，做第二次频率扫描，获得第二曲线；
11.s130、将第一曲线与第二曲线进行对比，判断是否有重合，若有重合，将第一曲线和第二曲线重合部分对应的频率段确定为特征响应频段f1。
12.基础方案原理及有益效果如下：
13.本方案中，用背景液a清洗芯片第一预设时间，再向芯片加入背景液a，保证芯片上只含有背景液a，能够确保第一次频率扫描时，不会受到芯片表面其他液体或物质的干扰。用背景液b清洗第一预设时间，清洗完成后再加入背景液b，能够确保第二次频率扫描时，不
会受到芯片表面其他液体或物质的干扰。通过将第一曲线和第二曲线重合部分对应的频率确定为特征响应频段f1，即将上述两种不同溶液的频率扫描中的相同部分作为芯片的特征，在该特征处，芯片的响应值与溶液的关联度小。通过从某一类或某一批次的芯片选取若干个芯片，确定特征响应频段f1后，剩下的芯片都可以使用该特征响应频段f1，通用性好。
14.进一步，所述s130中，若没有重合，对芯片加入样品溶液a
sample
，做频率扫描，将获得的曲线得到的相位的拐点所对应的频率确定为特征点，基于特征点确定特征响应频段f1x，其中x＝a、b、c
…
。
15.相位的极值点相比于其他电参数更能反映特征响应。
16.进一步，所述s130中，将特征点减去预设数值作为左端点，将特征点加上预设数值作为右端点，将左端点至右端点的频率作为特征响应频段f1x。
17.进一步，所述s120中，清除芯片内的背景液a后用水清洗第一预设时间。
18.通过用水清洗，可以清除芯片上残留的背景液a。
19.进一步，所述频率扫描为复阻抗频率扫描。
20.进一步，所述背景液a为1mm磷酸盐缓冲盐溶液，所述背景液b为1mm硼酸盐缓冲液。
21.进一步，所述第一预设时间大于30秒。
22.一种检测芯片特征响应的确定方法，包括如下步骤：
23.s210、向芯片加入样品溶液a
sample
，做第一次频率扫描，获得第三曲线；
24.s220、放置芯片第二预设时间；
25.s221、用背景液a清洗芯片后加入样品溶液a
sample
，做二次频率扫描；获得第四曲线；
26.s230、对比第三曲线与第四曲线，判断是否有变化，若有变化，将第四曲线相对于第三曲线变化的部分对应的频率段确定为特征响应频段f2。
27.芯片在经过生物修饰后，特征点也可能随之改变，进而难以根据特征点确定具有通用性的激励信号。本方案中，加样品溶液进行第一次频率扫描后放置一定时间，清洗后再加相同样品溶液进行第二次频率扫描，两次频率扫描后分别得到第三曲线和第四曲线中变化的频率段，即为体现芯片表面反应后产生变化的特征响应频段f2。
28.进一步，所述第二预设时间为1
‑
48小时。
29.进一步，所述样品溶液a
sample
为含有待样品的背景液a。
附图说明
30.图1为通过不同背景液确定预设类型芯片的特征响应频段的流程图；
31.图2为通过背景液和样品溶液确定芯片特征响应频段的流程图；
32.图3为两次频率扫描得到的波特图；
33.图4为芯片类型i在特定频率点下加速前、后电容值随时间变化百分率的示意图；
34.图5为芯片类型i在特定频率段下加速前、后电容值随时间变化百分率的示意图；
35.图6为芯片类型ii在特定频率点下加速前、后电容值随时间变化百分率的示意图；
36.图7为芯片类型ii在特定频率段下加速前、后电容值随时间变化百分率的示意图；
37.图8为芯片类型i阴性、阳性区分示例图；
38.图9为芯片类型ii阴性、阳性区分示意图。
具体实施方式
39.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
40.实施例一
41.本实施例的一种检测芯片特征响应的确定方法，包括如下步骤：
42.如图1所示，通过不同背景液确定预设类型芯片(预设类型可以是某一类或某一批次的芯片)的特征响应频段：
43.s110、用背景液a按第一预设时间清洗芯片，本实施例中，第一预设时间为30秒以上，再向芯片加入背景液a，做第一次频率扫描，获得第一曲线。本实施例中，频率扫描为复阻抗频率扫描；
44.s120、扫描后立即清除掉芯片内的背景液a并用水清洗第一预设时间，本实施例中，水采用超纯水。再用背景液b清洗第一预设时间，清洗完成后再加入背景液b，做第二次频率扫描，获得第二曲线；
45.s130、将第一曲线与第二曲线进行对比，判断是否有重合，如果有重合，将第一曲线和第二曲线重合部分对应的频率段确定为特征响应频段f1。即测量上述两种不同溶液测试中的相同部分为芯片的特征，在该特征处，芯片的响应值与溶液的关联度小。
46.本实施例中，分别从两次频率扫描得到的数据图中获得第一曲线和第二曲线，具体的，数据图为波特图。例如：用1mmpbs(磷酸盐缓冲盐溶液phosphate buffered saline)作为背景液a，清洗并加入芯片，做第一次频率扫描；
47.用1mmbbs(硼酸盐缓冲液borate buffered saline)作为背景液b，清洗并加入芯片，做二次频率扫描；
48.可得到如图3所述的数据：图中20khz
‑
50khz处，两条曲线重合，即两者的值相等，此段频率即为特征响应频段f1。即在使用pbs和bbs时，芯片响应在20khz
‑
50khz时不会因溶液变化而变化。
49.如果没有重合，则对芯片加入样品溶液a
sample
，30秒内做第一次频率扫描，获得的曲线(即使用s210中第三曲线)的相位的拐点所对应的频率为特征点，将特征点减去预设数值作为左端点，将特征点加上预设数值作为右端点，将左端点至右端点的频率作为特征响应频段f1x，本实施例中预设数值为20khz，特征响应频段f1x包括左端点和右端点的值。其中x＝a,b,c,
…
(本实施例中，最低不低于1khz，最高不高于1mhz)，例如，此时的特征响应频段有数个。依次标记为f1a，f1b
…
50.如图2所示，通过背景液和样品溶液(在背景液中稀释了样品)确定由样品造成的特征响应频段：
51.s210、对芯片加入样品溶液a
sample
，即含有待样品的背景液a，30秒内做第一次频率扫描，获得第三曲线；
52.s220、在湿润环境下放置芯片第二预设时间，第二预设时间为1
‑
48小时，本实施例中为6小时；本实施例中，湿度范围为45％—95％rh。
53.s221、用背景液a清洗后加入样品溶液a
sample
，做二次频率扫描；获得第四曲线；
54.s230、将第三曲线与第四曲线进行对比，判断是否有变化，如果有变化，将第四曲线相对于第三曲线变化的部分对应的频率段确定为特征响应频段f2。即加样品溶液进行第一次频率扫描后放置一定时间，清洗再加相同样品溶液进行第二次频率扫描，两次频率扫
描后变化的频率段，为体现芯片表面反应后产生变化的特征响应频段f2。
55.为了进一步说明特征响应频段在检测中的应用，本实施例还提供了一种抗原抗体检测方法，包括：
56.选择步骤，具体为：
57.s310、判断特征响应频段f1或者f1x(x＝a,b,c,
…
)与特征响应频段f2是否有重合，若没有重合，转跳到s510，若有重合，确定重合段或重合点，并转跳到s410。
58.检测步骤，具体包括：
59.s410、在芯片上加入样品，在特定电压下，基于重合段或重合点选择特定频率段或特定频率点，在加速条件下随时间测量，加速条件的电压为0.01
‑
30v
p
‑
p
；本实施例中，选择重合点前后数十khz作为特定频率段，例如重合点为30khz，则可以选择10khz
‑
50khz。加速和测量是同时发生的，加速是用较大电压且一定频率的交流电施加在电极上，此时会产生吸附力，同时也会有电流响应，所以也完成了测量。
60.s420、如图4
‑
7所示，根据测量得到的电信号值(例如阻抗、电容值或电阻值等)的变化率(例如直线拟合以后得到的斜率，抛物线拟合后得到的二次项或一次项系数等)确定样品中目标物含量或者定性判断。本实施例中采用最小二乘法拟合直线。
61.例如，在芯片上加入样品后，在特定电压下，从特定频率段的高频点为起点向低频点，边加速边进行频率扫描，持续5
‑
240s，完成后获得的电容值随时间变化的曲线a，并计算曲线a的斜率。如果采用低频点为起点向高频点进行频率扫描的方式，则在最后将得到的斜率加上负号。
62.s510、加入样品，基于第一预设频率进行频率扫描，第一预设频率为1mhz
‑
100hz(从高扫到低)，得到响应电信号(例如电容值，阻抗，电阻值)的曲线b；本实施例中，频率扫描时的电压范围为1mv
p
‑
p
‑
1v
p
‑
p
。第一预设频率包括第一预设频率段和第一预设频率点。
63.s520、基于第二预设频率对芯片进行加速操作；第二预设频率的范围为1khz
‑
1mhz，第二预设频率包括第二预设频率段和第二预设频率点；第二预设频率点为第二预设频率段中的某一点值。例如第二预设频率点为100khz，电压为0.01
‑
30v
p
‑
p
。本实施例中，第二预设频率为理论计算出的能够加速的频率，计算时忽略能否反映出抗原抗体结合这一因素。
64.s530、使用s510的参数再次进行频率扫描，获得响应电信号的曲线c。
65.s540、计算两次频率扫描获得的曲线b与曲线c的积分面积差，基于积分面积差确定样品中目标物含量或者定性判断。
66.其中，电容积分的变化率计算公式如下：
67.(cs2
‑
cs1)/cs1*100％
68.式中，cs1为加速前在曲线b上第一预设频率点下电容值，或者第一预设频率段下积分面积值；
69.cs2为加速后在曲线c上第二预设频率点下电容值，或者第二预设频率段下积分面积值。如图8
‑
9所示，一种心梗标志物的检测中，通过积分面积值可以进行阴性和阳性的判断，其中圈出部分为阳性。
70.本实施例中，从预设类型芯片选取若干芯片按上述方法进行检测，根据检测结果进行定标，剩下的芯片按照同样的方法进行检测，通用性强。预设类型可以是某一类或某一
批次的芯片。例如某一类的芯片，选取的2
‑
5片芯片特征响应频段f1与特征响应频段f2都有重合，剩下的芯片可以直接按照步骤s410
‑
s420进行检测。再例如选取1片芯片加入阳性样品，得到的芯片的响应值为1，在选取另一片芯片加入阴性样品，得到芯片的响应值为2，则剩下的芯片可以将响应值1.5划定为区分线，大于1.5为阴性，小于1.5为阳性。
71.步骤s540中计算两次频率扫描获得的曲线b与曲线c的积分面积差时，横坐标的范围可以根据实际情况进行选择，例如选择曲线b与曲线c阴性阳性差别最大的部分，再例如图8
‑
9中圈出的部分对应的横坐标范围，再例如选择曲线b与曲线c阴性阳性差别最大的部分再前后延伸至交叉处。需要注意的是，定标的芯片确定横坐标的范围后，剩下的芯片需选择同样的横坐标范围。
72.在其他实施例中，在进行步骤s520时，还可以在芯片加速操作时随时间进行测量，以及在步骤s540进行测量。判断步骤s520测量结果与步骤s540测量结果是否有相关性，若有相关性，基于步骤s540的测量结果对步骤s520的测量结果进行标定，剩下的芯片可以直接采取步骤s520的测试方法确定样品中目标物含量或者定性判断。能够有效简化步骤，提高检测效率。具体的，测量一组浓度梯度的阳性样品，步骤s520可得到各个浓度下的电信号值(例如阻抗、电容值或电阻值等)的变化率(例如直线拟合以后得到的斜率，抛物线拟合后得到的二次项或一次项系数等)，即响应值，同样的，步骤s540测量后也可得到各个浓度下的响应值，且这些结果与浓度将呈现出某种函数关系，通过若干组浓度梯度芯片(通常大于3组)检测后，判断步骤s520的测量结果与步骤s540的测量结果是否有相关性，若有则可以用函数将步骤s520测量结果与浓度对应起来，进而确定样品中目标物含量或者定性判断。若无，则说明s520的测量结果不能直接应用，还是应该按步骤s540来进行。
73.以上的仅是本发明的实施例，该发明不限于此实施案例涉及的领域，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。