[发明专利]快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片

说明书

本发明公开了快速检测SARS‑CoV‑2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片及这种芯片的制备方法，该生物芯片由带有检测条形码阵列的GOQDs功能化底物、捕获抗体/抗原阵列微打印PDMS层和精确定量样品检测PDMS层组成，用于高通量、快速、灵敏、同时定量检测血清中SARS‑CoV‑2抗原蛋白和IgG/IgM抗体，该芯片的应用不仅有助于COVID‑19患者的快速诊断，而且为感染者、药物治疗和疫苗接种者提供了有价值的筛选途径。

技术领域

本发明涉及快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片，属于生物技术领域。

背景技术

COVID-19现在对全球健康仍旧构成严重威胁，目前常用的诊断SARS-CoV-2感染的方法是通过RT-PCR检测鼻拭子样本中的病毒RNA，这种方法简单可靠，但是样本采集过程中需要操作细节，耗时数小时以上，且无法追踪病毒感染的免疫反应。

最近对SARS-CoV-2的研究表明，病毒感染后血清中出现SARS特异性抗体8-9，如IgG、IgM和IgA。研究表明，不同人群在不同时间点的中和抗体动态水平表现出不同的临床特征，抗体(IgG、IgM)自COVID-19感染后第4天开始出现，16发病后20天内血清阳性率达100.0％，至41～53天仍为100.0％。年龄在31岁以上的患者中的抗体水平高于16-30岁的患者，而女性患者在疾病早期和病情严重时IgG抗体的生成倾向于强于男性患者，女性患者的平均IgG抗体水平往往高于男性患者。因此，血清中的病毒特异性抗体可作为有效的诊断生物标志物，用于病毒感染筛查和评估患者出院和注射疫苗后的适应性免疫反应。此外，循环血中的病毒抗原(spike(S)蛋白18-20和核衣壳(N)蛋白21-23)也可用于COVID-19相关病毒血症的预后研究。

目前SARS-CoV-2特异性抗体和病毒抗原的检测方法主要有电子晶体管生物传感器法、金纳米粒子侧流法、酶联免疫吸附法。电子晶体管生物传感器在SARS-CoV-2抗原蛋白检测中具有较高的灵敏度，但其实际应用受到非常复杂的制造工艺的限制；金纳米粒子侧流法用于快速检测SARS-CoV-2 IgG/IgM抗体，但灵敏度有限，可进行定量检测；酶联免疫吸附法(ELISA)能提供定量检测，但其操作过程复杂，检测时间长。

发明内容

本发明克服了上述现有技术的不足，提供快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片，该生物芯片由带有检测条形码阵列的GOQDs功能化底物、捕获抗体/抗原阵列微打印PDMS层和精确定量样品检测PDMS层组成，用于高通量、快速、灵敏、同时定量检测血清中SARS-CoV-2抗原蛋白和IgG/IgM抗体。

快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片的制作方法，包括如下步骤：

(1)制备带有检测条形码阵列的GOQDs基层；

(2)利用基底(如硅片)和ICP刻蚀工艺制作基底模具；

(3)利用步骤(2)获得的基底模具制备PDMS层，其上打孔产生抗体/抗原阵列的出入口，打孔后将其与步骤(1)中获得的GOQDs基层结合形成间隔编码微流控生物芯片，将捕获抗体/抗原特异性探针加载到获得的间隔编码微流控生物芯片的与芯片上微通道相连的入口中，将抗体/抗原探针阵列微打印在微通道内的基层上，获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片；

(4)再制作一个厚度为0.5-1mm的PDMS层和一个厚度为2-3mm的PDMS层，将两个PDMS层对齐后置于75-80℃烘烤50-60min，形成精确定量样品检测PDMS层；

(5)步骤(3)获得加载捕获抗体/抗原的间隔编码微流控生物芯片和步骤(4)获得的精确定量样品检测PDMS层结合，即可形成快速检测SARS-CoV-2抗原和IgG/IgM抗体的微流控生物芯片。