CN116609398A - 用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置及方法，所述非接触电导检测装置包括基座和设于所述基座上的传感模组、测量模组和电源模块，传感模组包括传感板，传感板包括电导传感单元、交流激励源、检测模块和测温模块，交流激励源和检测模块都与电导传感单元电连接；测量模组包括测量主板，测量主板分别与所述交流激励源、检测模块、测温模块电连接，同时测量主板与用户操作端通信连接，测量主板对电信号分析以此获得电导率信息和温度信息，并将电导率信息和温度信息向用户操作端发送。与现有技术相比，本发明具有样本量需求小、非接触和上样方便等优点，可最大可能地避免样本损失和生物样本损害。

Description

用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置及方法

技术领域

本发明涉及微量生物样本检测领域，尤其是涉及一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置及方法。

背景技术

电泳与质谱技术被广泛用于生物样本分析，比如表征蛋白、病毒、细胞等。但生物样品中的盐分会降低电泳与质谱分析的分辨率和灵敏度。因此生物样本脱盐是电泳与质谱分析前的重要步骤。

脱盐步骤的质量控制非常关键。若脱盐程度不足，残留盐分仍会降低电泳与质谱的分析表现。反之过度脱盐会严重降低样本回收率和样本质量，比如减少细胞活性、破坏蛋白复合物结构、降低病毒溶解度等。

有效的质量控制方法是在脱盐过程中测量样本电导、估算残留盐分、进而控制脱盐程度。现有的电导检测仪使用接触式探头，需要10mL以上的样本来浸没探头。但生物样本通常只有微升级的体积，比如细胞、病毒样本。因此利用现有的电导检测仪的质控方法均难以用于微量生物样本，此问题亟需研究者去解决。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置及方法，具有样本量需求小、非接触和上样方便等优点，可最大可能地避免样本损失和生物样本损害。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述非接触电导检测装置包括基座和设于所述基座上的传感模组、测量模组、电源模块，其中具体地：

传感模组包括传感板，所述传感板包括电导传感单元、交流激励源、检测模块和测温模块，所述交流激励源与所述电导传感单元电连接，以此实现电信号对微量生物样本的输出，所述检测模块对经过微量生物样本的电信号进行收集和处理；

测量模组包括测量主板，所述测量主板分别与所述交流激励源、检测模块、测温模块电连接，同时测量主板与用户操作端通信连接，所述测量主板对电信号分析以此获得电导率信息和温度信息，并将电导率信息和温度信息向用户操作端发送。

电源模块用于对非接触电导检测装置进行供电。

进一步地，所述传感模组还包括设于传感板上的屏蔽上盖和屏蔽下盖。

进一步地，所述电导传感单元包括绝缘导管、激励电极和检测电极，所述激励电极和检测电极均不与微量生物样本接触。

进一步地，所述激励电极和检测电极均为铜管或铜胶带，两个电极对应的铜管或铜胶带紧绕在绝缘导管的外表面，所述激励电极与所述交流激励源电连接，所述检测电极与所述检测模块电连接；

所述绝缘导管的一端套接有硅胶管，以便操作者用移液枪进行上样。

进一步地，所述交流激励源包括文氏桥振荡器和同向比例放大器，所述同向比例放大器与所述激励电极电连接。

进一步地，所述测量主板上设有MCU。

进一步地，所述检测模块包括I/V转换电路和峰值检波电路，所述I/V转换电路与所述检测电极电连接，在检测电极上拾取的电流信号则经由I/V转换电路放大为交流电压信号，后经峰值检波电路转换为直流信号输出到MCU的AD输入引脚。

进一步地，所述非接触电导检测装置还包括显示屏、蓝牙模块，所述显示屏、蓝牙模块均与所述测量主板电连接；

测量主板获得的电导率信息和温度信息能够显示于显示屏上，并能够通过蓝牙模块将电导率信息和温度信息向用户操作端发送。

进一步地，所述测量主板还包括主板上盖和主板下盖。

进一步地，所述的传感板和测量主板还可制作在一块电路板上，因此该装置可以设计为一体化的手持式设备，这时相应罩壳采用金属或金属合金材料制作。

进一步地，所述绝缘导管道为外径为1.6mm，内径为0.7-1.4mm的聚醚醚酮(PEEK)管，所述的两个电极间隔为2-15mm，以提供微升级的上样量。

进一步地，用户操作端为手机APP端，除了可显示测量结果外，还可对所述检测装置进行操控，包括但不限于连接蓝牙、装置配对、数据读取、数据记录、读数校正、数据保存、绘制结果曲线和标定等。

本发明第二方面提供一种利用上述非接触电导检测装置的评估微量生物样本脱盐的质控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据检测需求确定脱盐程度，即为样本所需最终盐浓度；

S2、使用移液枪对脱盐样本采样，将枪头插入绝缘导管的硅胶管中注入样本；

S3、测量样本电导率并进行温度校正；

S4、将绝缘导管一端对准干净的微型离心管，使用移液枪从另一端向绝缘导管中注入空气并重复两次，推出管中的样本进行回收，与母样本混合；

S5、根据测得的电导率估算残留盐浓度，与所需的最终盐浓度进行比对。可能一：残留盐浓度低于所需浓度，则说明已经过度脱盐。可能二：残留盐浓度大于所需浓度，则说明脱盐不足；

S6：使用移液枪向绝缘导管中注入去离子水进行清洗，然后再注入空气去除残留水分。

对于可能一，调整脱盐步骤避免过度脱盐。对于可能二，重复上述步骤中的二到六步。当估算的残留盐浓度接近所需浓度时即为完成所需程度的脱盐。

与现有装置和方法相比有以下优点：

1)样本量需求小。本方案中装置需要的样本量远小于现有的电导检测仪，最小可到4μL。因此该装置适用于初始体积小且昂贵的生物样本。

2)非接触。本方案中装置避免了现有电导检测仪的电极与待测溶液的接触问题，无需担心溶液电解对脆弱的生物样本产生影响。

3)上样方便。本方案中装置避免了现有非接触式电导检测器的泵上样，仅需移液枪即可完成上样。

4)传统的脱盐以经验作为脱盐终点的依据，往往会脱盐不足，或脱盐过度降低样本质量。而利用本装置实施的质控方法得到的脱盐样本能够同时兼顾脱盐和样本质量，最大可能地避免了样本损失和生物样本损害。

附图说明

图1是本发明中用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置的整体示意图；

图2是本发明中用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置的侧视图；

图3是本发明中用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置检测原理示意图；

图4是手机APP界面图。

图5是使用本发明应用例1对AAV9样本进行超滤脱盐的电导率检测结果图；

图6是使用本发明应用例2对H1299细胞样本进行透析脱盐的电导率检测结果图；

图中：1、基座，2、锂电池，3、传感板，4、屏蔽上盖，5、屏蔽下盖，6、测量主板，7、主板上盖，8、主板下盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本技术方案中如未明确说明的结构/模块名称、控制模式、算法、工艺过程或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。

实施例1

如图1-3所示，本发明可用于评估微量生物样本脱盐的手持式非接触电导检测装置，包括：传感模组、测量模块、基座1、锂电池2。

其中传感模组由传感板3、屏蔽上盖4和屏蔽下盖5组成。

传感板3上设置有电导传感单元、交流激励源、检测模块和测温模块。

测量模块由测量主板6、主板上盖7和主板下盖8组成。

测量主板6上设置有MCU，测量主板6上还可以设有显示屏、蓝牙模块。

传感模组罩壳由屏蔽上盖4和屏蔽下盖5组成，测量模块罩壳由主板上盖7和主板下盖8组成。传感模组和测量模块通过螺钉固定于基座上，锂电池2为整个检测装置供电，测量结果既可在检测装置的显示屏上显示，也可在用户操作端(手机APP中)显示。

如图3所示，电导传感单元包括绝缘导管、激励电极、检测电极。

其中激励电极、检测电极均是采用宽度为15mm、厚度0.065mm的铜胶带间隔10mm紧绕在外径为1.6mm、内径为1.0mm的PEEK管的外表面制作而成的；交流激励源中，采用LF351组成的文氏桥振荡器，产生110KHz的交流激励信号后经由AD711J组成的同向比例放大器放大到±12左右加载到激励电极上。

检测模块包括I/V转换电路、峰值检波电路，在检测电极上拾取的电流信号则经由OPA627AU组成的I/V转换电路放大为交流电压信号，后经峰值检波电路转换为直流信号输出到MCU的AD输入引脚；采用DS18B20U温度传感器实现温度测量；采用蜂汇物联的BLE蓝牙模块(B-0004)实现检测装置与手机进行通信；传感模组罩壳采用铝合金材料制作，测量模块罩壳采用PMMA材料制作。

开发的手机APP界面如图4所示，包括Home，Record，Monitor和calibration四个界面，Home界面主要有连接蓝牙和装置配对等功能，Record界面有数据读取、数据记录、读数校正和数据保存等功能，Monitor界面可实时绘制电导率曲线，calibration界面可操作对检测装置中传感器进行标定。

应用例1

利用本本方案中上述的检测装置，本应用例以腺相关病毒血清型9(AAV9)微量样本的脱盐质控方法为例进行阐述，包括以下步骤：

根据聚焦电泳对盐分的耐受程度，确定所需的最终盐浓度约为10mM NaCl。

使用Amicon Ultra-0.5离心过滤装置对300μL的AAV9样本进行超滤脱盐。离心转速14000g，离心时间15min。将脱盐浓缩的样本稀释到300μL原始体积。使用10-100μL移液枪采样75μL，并注入本发明装置的PEEK管中进行电导检测。

通过蓝牙将手机连结到本检测装置。根据所测温度22℃，使用手机APP将所测电导率校正为25℃标准电导。校正后电导率为4230μS/cm，如图5所示。

使用100-1000μL移液枪向PEEK管中注入空气，将样本推出送入干净的EP管中。然后将回收的样本与剩余的225μL母样本进行混合。

电导率4230μS/cm相当于39mM NaCl，仍大于所需的最终浓度10mM。说明单次脱盐不足以得到所需的脱盐程度。

将混合后的300μL样本进行第二次超滤脱盐。重复上述步骤，得到的电导率为510μS/cm。该电导率相当于4mM NaCl，小于所需的最终浓度10mM，说明过度除盐。

调整脱盐步骤：将离心时间缩短更改为12min。

重复上述步骤。经过第一次超滤脱盐后，测得电导率为4980μS/cm，第二次超滤脱盐后，得到的电导率为1210μS/cm，相当于10.6mM NaCl。该残留盐浓度接近所需的最终浓度，即得到了所需的脱盐AAV9样本，满足了后续的聚焦电泳分离检测。

分别取30μL过度脱盐的AAV9样本和所需脱盐的AAV9样本。将样本变性解离病毒蛋白衣壳，然后使用BCA法测定两个样本的总蛋白浓度，分别为0.65与0.70mg/mL。该结果说明所需脱盐的AAV9比过度脱盐的AAV9样本有着更高的回收率，验证了本发明能够兼顾脱盐与样本回收。

应用例2

利用本技术方案中上述检测装置，本应用例以H1299细胞样本的脱盐质控方法为例进行阐述，包括以下步骤：

根据细胞自由流电泳的使用经验，确定所需的最终盐浓度为50mM NaCl以下。

使用透析袋装置对5mL的H1299细胞样本进行透析脱盐。透析液为150mL的5％葡萄糖溶液，用于维持等渗环境。脱盐时间20min。然后使用移液枪采样75μL，并注入本发明装置的PEEK管中进行电导检测。

所得的25℃校正电导率为8690μS/cm，如图6所示。

该电导相当于83mM NaCl，说明脱盐不足。

更改脱盐时间为60min。得到电导率为2540μS/cm，相当于23mM NaCl，说明脱盐过度。

进一步更改脱盐时间为45min。得到电导率为4460μS/cm，相当于42mM NaCl，接近所需的最终盐浓度。该样本即为所需的脱盐H1299细胞样本，满足了后续的自由流电泳细胞筛选。

分别取100μL的脱盐不足、过度脱盐、所需脱盐的细胞样本。使用MTT试剂法测量样本4h孵育的细胞活性，分别为95％、62％、80％。该结果进一步验证了本发明能够兼顾脱盐与样本质量。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述非接触电导检测装置包括基座(1)和设于所述基座(1)上的：

传感模组，包括传感板(3)，所述传感板(3)包括电导传感单元、交流激励源、检测模块和测温模块，所述交流激励源与所述电导传感单元电连接，以此实现电信号对微量生物样本的输出，所述检测模块对经过微量生物样本的电信号进行收集和处理；

测量模组，包括测量主板(6)，所述测量主板(6)分别与所述交流激励源、检测模块、测温模块电连接，同时测量主板(6)与用户操作端通信连接，所述测量主板(6)对电信号分析以此获得电导率信息和温度信息，并将电导率信息和温度信息向用户操作端发送；

电源模块(2)，用于对非接触电导检测装置进行供电。

2.根据权利要求1所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述传感模组还包括设于传感板(3)上的屏蔽上盖(4)和屏蔽下盖(5)。

3.根据权利要求1所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述电导传感单元包括绝缘导管、激励电极和检测电极，所述激励电极和检测电极均不与微量生物样本接触。

4.根据权利要求3所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述激励电极和检测电极均为铜管或铜胶带，两个电极所对应的铜管或铜胶带紧绕在绝缘导管的外表面，所述激励电极与所述交流激励源电连接，所述检测电极与所述检测模块电连接；

所述绝缘导管的一端套接有硅胶管，以便操作者用移液枪进行上样。

5.根据权利要求4所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述交流激励源包括文氏桥振荡器和同向比例放大器，所述同向比例放大器与所述激励电极电连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述测量主板(6)上设有MCU。

7.根据权利要求6所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述检测模块包括I/V转换电路和峰值检波电路，所述I/V转换电路与所述检测电极电连接，在检测电极上拾取的电流信号则经由I/V转换电路放大为交流电压信号，后经峰值检波电路转换为直流信号输出到MCU的AD输入引脚。

8.根据权利要求1所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述非接触电导检测装置还包括显示屏、蓝牙模块，所述显示屏、蓝牙模块均与所述测量主板(6)电连接；

测量主板(6)获得的电导率信息和温度信息能够显示于显示屏上，并能够通过蓝牙模块将电导率信息和温度信息向用户操作端发送。

9.根据权利要求3所述的一种用于评估微量生物样本脱盐的非接触电导检测装置，其特征在于，所述测量主板(6)还包括主板上盖(7)和主板下盖(8)。

10.一种利用权利要求1至9中任意一项所述非接触电导检测装置的评估微量生物样本脱盐的质控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据检测需求确定脱盐程度，即为样本所需最终盐浓度；

S2、使用移液枪对脱盐样本采样，将枪头插入绝缘导管的硅胶管中注入样本；

S3、测量样本电导率并进行温度校正；

S4、将绝缘导管一端对准干净的微型离心管，使用移液枪从另一端向绝缘导管中注入空气，推出管中的样本进行回收，与母样本混合；

S5、根据测得的电导率估算残留盐浓度，与所需的最终盐浓度进行比对，当残留盐浓度低于所需浓度，则说明已经过度脱盐，当残留盐浓度大于所需浓度，则说明脱盐不足，当估算的残留盐浓度接近所需浓度时即为完成所需程度的脱盐；

S6、使用移液枪向绝缘导管中注入去离子水进行清洗，然后再注入空气去除残留水分。