專利名稱：檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物分析和納米技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
探討量子點(diǎn)(QDs)與生物分子之間的相互作用已經(jīng)成為深入理解生命過程本質(zhì)的核心研究之一。在量子點(diǎn)生物分析應(yīng)用中，動(dòng)力學(xué)參數(shù)也是評估量子點(diǎn)與生物分子相互作用的重要指標(biāo)，因此，建立適用的分析表征技術(shù)手段至關(guān)重要。目前可以開展量子點(diǎn)生物分子間相互作用研究的方法主要有突光光譜法、色譜法和電泳等(Ostergaard J, HeegaardN H H，Electrophoresis 2003，24，2903-2913)。然而，對于量子點(diǎn)與生物分子之間的快速反應(yīng)目前還缺乏行之有效的方法。目前主要的方法是表面等離子共振法(Surface Plasmon Resonance, SPR),然而這種方法通常需要將一種生物分子先固定,操作比較復(fù)雜 (SapsfordK E, Pons T, Medintz I L, et al. J. Phys. Chem. C2007, 111，11528 - 11538)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)對量子點(diǎn)與生物分子之間快速動(dòng)力學(xué)檢測的不足，本發(fā)明提供一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法。突光共振能量轉(zhuǎn)移(fuorescenceresonance energy transfer, FRET)作為一種高效的光學(xué)“分子尺”，在生物大分子相互作用、免疫分析、核酸檢測等方面有廣泛的應(yīng)用。在分子生物學(xué)領(lǐng)域，該技術(shù)可用于研究活細(xì)胞生理?xiàng)l件下研究蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)間相互作用。FRET技術(shù)是近來發(fā)展的一項(xiàng)新技術(shù)，為兩種物質(zhì)間相互作用進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)研究提供了便利。因此將FRET與熒光檢測相結(jié)合為生物分子間的快速動(dòng)力學(xué)檢測提供了一種新的思路。微流控芯片是一種采用精細(xì)加工技術(shù)，可以在數(shù)平方厘米的基片上實(shí)現(xiàn)集微量樣品制備、進(jìn)樣、反應(yīng)、分離及檢測于一體的微型分析實(shí)驗(yàn)裝置由于微流控芯片微量和快速體積微型化的特點(diǎn)，要求與之匹配的高靈敏度和反應(yīng)快速的檢測裝置。因此，液滴微流控技術(shù)也為生物分子之間的快速動(dòng)力學(xué)提供了一種新的檢測思路(Han Z. , Chang Y. Y. , AuS. ff. , et al. Chem. Commun. 2012, 48, 1601-1603)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，包括微流控芯片、熒光顯微鏡、三個(gè)用于向微流控芯片注射液滴的注射泵、熒光接口、熒光光譜儀和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，熒光顯微鏡帶有物鏡、光源、濾光片和載物臺(tái)，所述的微流控芯片設(shè)置在物鏡的焦點(diǎn)上，并與載物臺(tái)固定；熒光顯微鏡的光源通過光路將激發(fā)光照到微流控芯片上，微流控芯片上產(chǎn)生的熒光經(jīng)濾光片到達(dá)熒光顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)口 ；所述的熒光接口一端與熒光顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)口連接，另一端通過光纖與熒光光譜儀連接，所述的熒光接口中設(shè)置用于將顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)口的平行光聚集到光纖一端的復(fù)合透鏡；所述的熒光光譜儀的光譜信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的信號(hào)輸入端連接。所述的復(fù)合透鏡為兩個(gè)串聯(lián)設(shè)置的透鏡。所用的微流控芯片材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。其中，數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)可以是計(jì)算機(jī)，用于設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)及采集光譜數(shù)據(jù)；操作程序安裝于計(jì)算機(jī)中，運(yùn)行后對熒光檢測裝置進(jìn)行控制，完成數(shù)據(jù)采集，并且根據(jù)不同位置的熒光強(qiáng)度變化計(jì)算量子點(diǎn)與生物分子的結(jié)合動(dòng)力學(xué)。一種基于液滴微流控系統(tǒng)的檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的方法，采用本發(fā)明所述的一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，設(shè)置熒光光譜儀的工作參數(shù)并運(yùn)行；打開熒光顯微鏡的光源，根據(jù)熒光分子性質(zhì)選擇濾光片；運(yùn)行熒光光譜儀進(jìn)行熒光信號(hào)采集；設(shè)置三個(gè)注射泵的流速，分別從三個(gè)注射泵向微流控芯片注射油、量子點(diǎn)和生物分子；量子點(diǎn)與生物分子混合后形成液滴，熒光光譜儀得到液滴熒光光譜圖；移動(dòng)微流控芯片，檢測不同位置的熒光光譜，設(shè)置熒光光譜儀的檢測波長，得到熒光強(qiáng)度譜圖；所 采集的信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，記錄成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。生物分子用染料分子標(biāo)記，且所述的染料分子與量子點(diǎn)之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移，染料分子為量子點(diǎn)、羧基四甲基羅丹明(TAMRA)、羅丹明B、德克薩斯紅(TexasRed)、Cy3、Cy5。染料分子與量子點(diǎn)發(fā)生突光共振能量轉(zhuǎn)移,量子點(diǎn)與生物分子相互作用后，隨著時(shí)間的變化，熒光強(qiáng)度才逐漸發(fā)生變化，這樣才能夠測反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)及方法，將FRET、熒光檢測以及液滴微流控技術(shù)相結(jié)合，操作簡單容易；液滴微流控技術(shù)可以通過調(diào)節(jié)泵速，形成液滴，使液滴到達(dá)檢測窗口的速度加快，從而可以檢測Is以內(nèi)的動(dòng)力學(xué)，甚至是亞秒級(jí)別的，檢測靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)對量子點(diǎn)與生物分子之間的快速動(dòng)力學(xué)檢測；移動(dòng)微流控芯片，可以檢測不同位置的熒光光譜；熒光光譜儀可同時(shí)檢測多個(gè)熒光波長，從而減少了誤差，提高了檢測的準(zhǔn)確性；設(shè)計(jì)了顯微鏡與熒光光譜儀之間的接口，實(shí)現(xiàn)了利用顯微鏡中自帶的部件，組成完整的檢測裝置，很大程度上降低了設(shè)備成本。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的液滴微流控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的液滴微流控系統(tǒng)的熒光接口的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明中實(shí)施例I的熒光強(qiáng)度譜圖。圖4中，圖(B)為檢測波長為661nm的微流控芯片不同位置的熒光強(qiáng)度譜圖，圖(A)為圖(B)中(A)處的局部放大圖。圖(D)為檢測波長為612nm的微流控芯片不同位置的熒光強(qiáng)度譜圖，圖(C)為圖(D)中(C)處的局部放大圖。圖5是實(shí)施例I的動(dòng)力學(xué)檢測的熒光強(qiáng)度譜圖。圖6是實(shí)施例2的動(dòng)力學(xué)檢測的熒光強(qiáng)度譜圖。圖中I、第一注射泵，2、第二注射泵，3、第三注射泵，4、微流控芯片，5、熒光顯微鏡，5-1、物鏡，5-2、光源，5-3、濾光透鏡組，5-4、反射透鏡，5-5、標(biāo)準(zhǔn)口，6、熒光接口，6-1、復(fù)合透鏡，7、熒光光譜儀，8、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，9、光纖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。如圖f圖3所示，本發(fā)明的一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，包括微流控芯片4、熒光顯微鏡5、三個(gè)用于向微流控芯片4注射液滴的注射泵、熒光接口 6、熒光光譜儀7和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8，三個(gè)注射泵分別為第一注射泵I、第二注射泵2和第三注射泵3，第一注射泵I控制油速，第二注射泵2控制量子點(diǎn)的流速，第三注射泵3控制生物分子的流速，圖I中用圓形圈出的表示不同的檢測位置，從注射入口開始依次編號(hào)為a，b, c, d, e, f，g，h, i。熒光顯微鏡5帶有物鏡5-1、光源5_2、濾光片和載物臺(tái)，微流控芯片4設(shè)置在物鏡5-1的焦點(diǎn)上，并與載物臺(tái)固定；熒光顯微鏡5的光源5-2通過光路將激發(fā)光照到微流控芯片4上，微流控芯片4上產(chǎn)生的熒光經(jīng)濾光片到達(dá)熒光顯微鏡5的標(biāo)準(zhǔn)口5-5 ;熒光顯微鏡的光源上設(shè)有濾光片及聚焦系統(tǒng)是一公知技術(shù)，如圖2所示，本發(fā)明中的 濾光片由濾光透鏡組5-3和反射透鏡5-4組成。突光接口 6 —端與突光顯微鏡5的標(biāo)準(zhǔn)口5-5連接，另一端通過光纖9與熒光光譜儀7連接，熒光接口 6中設(shè)置用于將顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)口5-5的平行光聚集到光纖9 一端的復(fù)合透鏡6-1，如圖3所示，復(fù)合透鏡6-1為兩個(gè)串聯(lián)設(shè)置的透鏡；熒光光譜儀7的光譜信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8的信號(hào)輸入端連接。本發(fā)明的基于液滴微流控系統(tǒng)檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的方法的操作流程如下設(shè)置熒光光譜儀7的工作參數(shù)并運(yùn)行；打開熒光顯微鏡5的光源5-2，根據(jù)熒光分子性質(zhì)選擇濾光片；運(yùn)行熒光光譜儀7進(jìn)行熒光信號(hào)采集；設(shè)置三個(gè)注射泵的流速，分別從三個(gè)注射泵向微流控芯片4注射油、量子點(diǎn)和生物分子；量子點(diǎn)與生物分子混合后形成液滴，熒光光譜儀7得到液滴熒光光譜圖；移動(dòng)微流控芯片4，檢測不同位置的熒光光譜，設(shè)置熒光光譜儀7的檢測波長，得到熒光強(qiáng)度譜圖；所采集的信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)8，記錄成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件。生物分子用染料分子標(biāo)記，染料分子為量子點(diǎn)、羧基四甲基羅丹明(TAMRA)、羅丹明B、德克薩斯紅(Texas Red)、Cy3, Cy5，且所述的染料分子與量子點(diǎn)之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。實(shí)施例I圖4為微流控芯片熒光檢測量子點(diǎn)與生物分子H24_Cy5混合后的熒光強(qiáng)度，圖中所有圓圈為微流控芯片上一個(gè)固定位置的檢測窗口示意圖，液滴經(jīng)過這個(gè)固定位置會(huì)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的熒光信號(hào)，圓圈里液滴越大對應(yīng)的熒光強(qiáng)度越大。H24-Cy5的序列如下
權(quán)利要求
1.一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，其特征在于包括微流控芯片(4 )、熒光顯微鏡(5 )、三個(gè)用于向微流控芯片(4 )注射液滴的注射泵、熒光接口( 6 )、熒光光譜儀(7)和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(8)，熒光顯微鏡(5)帶有物鏡(5-1)、光源(5-2)、濾光片和載物臺(tái)，所述的微流控芯片(4)設(shè)置在物鏡(5-1)的焦點(diǎn)上，并與載物臺(tái)固定；熒光顯微鏡(5)的光源(5-2)通過光路將激發(fā)光照到微流控芯片(4)上，微流控芯片(4)上產(chǎn)生的突光經(jīng)濾光片到達(dá)突光顯微鏡(5)的標(biāo)準(zhǔn)口(5-5);所述的突光接口(6) —端與突光顯微鏡(5 )的標(biāo)準(zhǔn)口( 5-5 )連接，另一端通過光纖(9 )與熒光光譜儀(7 )連接，所述的熒光接口( 6 )中設(shè)置用于將顯微鏡標(biāo)準(zhǔn)口(5-5)的平行光聚集到光纖(9) 一端的復(fù)合透鏡(6-1);所述的熒光光譜儀(7)的光譜信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(8)的信號(hào)輸入端連接。
2.如權(quán)利要求I所述的一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，其特征在于所述的復(fù)合透鏡(6-1)為兩個(gè)串聯(lián)設(shè)置的透鏡。
3.如權(quán)利要求I所述的一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，其特征在于所用的微流控芯片(4)材料為聚二甲基硅氧烷(PDMS)。
4.一種基于液滴微流控系統(tǒng)的檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的方法，其特征在于采用如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，設(shè)置熒光光譜儀(7)的工作參數(shù)并運(yùn)行；打開熒光顯微鏡(5)的光源(5-2)，根據(jù)熒光分子性質(zhì)選擇濾光片；運(yùn)行熒光光譜儀(7)進(jìn)行熒光信號(hào)采集；設(shè)置三個(gè)注射泵的流速，分別從三個(gè)注射泵向微流控芯片(4)注射油、量子點(diǎn)和生物分子；量子點(diǎn)與生物分子混合后形成液滴，熒光光譜儀(7)得到液滴熒光光譜圖；移動(dòng)微流控芯片(4)，檢測不同位置的熒光光譜，設(shè)置熒光光譜儀(7)的檢測波長，得到熒光強(qiáng)度譜圖；所采集的信號(hào)傳送至數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)(8),記錄成相應(yīng)的數(shù)據(jù)文件；生物分子用染料分子標(biāo)記，且所述的染料分子與量子點(diǎn)之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。
5.如權(quán)利要求4所述的一種基于液滴微流控系統(tǒng)的檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的方法，其特征在于所述的染料分子為量子點(diǎn)、羧基四甲基羅丹明(TAMRA)、羅丹明B、德克薩斯紅(Texas Red)、Cy3、Cy5。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的液滴微流控系統(tǒng)，包括微流控芯片、熒光顯微鏡、三個(gè)用于向微流控芯片注射液滴的注射泵、熒光接口、熒光光譜儀和數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)，微流控芯片設(shè)置在物鏡的焦點(diǎn)上；熒光接口一端與熒光顯微鏡的標(biāo)準(zhǔn)口連接，另一端通過光纖與熒光光譜儀連接；熒光光譜儀的光譜信號(hào)輸出端與數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的信號(hào)輸入端連接。還涉及一種檢測量子點(diǎn)與生物分子相互作用的方法，生物分子用染料分子標(biāo)記，且染料分子與量子點(diǎn)之間可以發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移。本發(fā)明操作容易，檢測靈敏度高，可實(shí)現(xiàn)對量子點(diǎn)與生物分子之間的快速動(dòng)力學(xué)檢測；熒光光譜儀可同時(shí)檢測多個(gè)熒光波長，減少了誤差，提高了檢測的準(zhǔn)確性。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102879366SQ20121035696
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者王建浩, 邱琳, 蔣鵬舉, 王車禮, 夏江 申請人:常州大學(xué)