一种用于分离和浓缩目标物的样品垫及其用途

技术领域

本发明属于生物化学检验领域；更具体而言，本发明涉及一种用于分离及浓缩目标物的样品垫，包括该样品垫的免疫层析试纸条，以及该样品垫在免疫层析分析或质谱检测分析中的应用。

背景技术

众所周知，在检测中，目标物在样品液中的浓度决定了检测灵敏度。如在免疫层析中，在硝酸纤维素(NC)膜上与抗体接触的目标物浓度决定了检测灵敏度。

现有免疫层析试纸条的使用，一般是将样品进行前处理，通过多种手段将目标物转换成测试液，然后利用免疫层析试纸条前端的样品垫吸收液体，导流至硝酸纤维素膜上，进行免疫识别。一般地，在检测过程中，常用的样品前处理过程包括提取、浓缩富集和纯化等步骤。对于较为简单的基质，如水等，若检测使用的捕获单元(抗体、核酸适配体、小分子)浓度较高，可以免除提取，直接取样检测；或者捕获单元抗基质效应够强、灵敏度够高，也可以直接在取得的液体样品中进行检测。但是，在大多数情况下，由于基质中存在较多的干扰物质，为了实现更灵敏、更准确的检测，一般都需要进行样品前处理，以实现对干扰物的去除和目标物的纯化、浓缩。

样品前处理一般采用氮气/空气吹扫、固相萃取、透析、超滤等，需要超滤柱、固相萃取柱、透析膜等耗材，还需要吹扫机、离心机、搅拌器等设备，其过程也需要较多的人工操作和时间，较为不便。在前处理完成后，取得的溶液才能够进行免疫层析。

在当前的采用样品垫的检测中，样品需要在滴加到样品垫之前进行前处理，而样品垫一般仅起到引流作用。因此，样品垫作为样品前处理工具的潜能未被发挥。

因此，基于现有技术中存在的问题，本领域亟需一种能在检测中简化样品前处理的方法/方案，从而实现简单、快捷地分离及浓缩目标物，提高检测效率。

发明内容

如上所述，传统的样品垫一般仅起到导流的作用，或者利用表面活性改善其导流性能。因此，本领域亟需一种能在检测中简化样品前处理的方法/方案，从而实现简单、快捷地分离及浓缩目标物，提高检测效率。

因此，在第一方面，本发明提供了一种用于分离和浓缩目标物的样品垫，所述样品垫经由化学基团改性处理从而能通过吸附作用分离和浓缩目标物。

第二方面，本发明提供了一种免疫层析试纸条，包括本发明第一方面所述的样品垫。

第三方面，本发明提供了本发明第一方面所述的样品垫在免疫层析分析或质谱检测分析中的应用。

第四方面，本发明提供了一种用于分离和浓缩目标物的方法，所述方法包括：使本发明第一方面所述的样品垫与待测样品接触。

本发明的有益效果：

1)通过样品垫实现对目标物的浓缩、分离和纯化，简化了样品的前处理步骤，有效提高了检测效率。

2)利用样品垫进行样品前处理，减少了固相萃取柱等耗材和相关仪器的应用，减少试剂的用量，减少目标物的损耗，从而更加经济环保。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方案。

图1示出了根据本发明的经羧基修饰的样品垫对孔雀石绿的吸附效果的照片。

图2示出了根据本发明的经氨基修饰的样品垫对色素杂质的吸附效果的照片。

图3示出了由根据本发明的示例性经氨基修饰的样品垫组装成的试纸条检测吡虫脒的照片。

图4示出了常规样品垫(即未经修饰的样品垫)在开放式质谱中检测克百威的质谱图。

图5示出了根据本发明的经氨基修饰的样品垫在开放式质谱中检测克百威的质谱图。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施方案仅仅是本发明的一部分实施方案，而不是全部的实施方案。基于本发明中的实施方案，本领域普通技术人员可以获得的所有其他实施方案，并且它们都属于本发明保护的范围。

如上所述，在食药安全检测等检测领域，在对目标物进行检测时，一般需要对样品提取液中的目标物进行浓缩、分离、纯化等前处理操作，然后再进行进一步的检测。如上文所述，在当前的采用样品垫的检测中，样品垫仅起到了引流作用。本发明人期望样品垫除了发挥引流作用外，还能部分地起到对样品进行前处理的作用，从而能实现对目标物的简单且便捷的浓缩、分离或纯化。

因此，本发明的目的在于，提供一种能够在检测中通过使用样品垫自身实现对目标物的浓缩、分离和纯化的方法/方案，从而简化操作流程，提高测试效率和灵敏度。

因此，在第一方面，本发明提供了一种用于分离和浓缩目标物的样品垫，所述样品垫经由化学基团改性处理从而能通过吸附作用分离和浓缩目标物。

本领域技术人员知悉，样品垫是指由多孔性材料制备得到的且能够发挥引流作用的样品垫。在本发明中，为了获得本发明的样品垫，需要根据具体需要对常规样品垫进行改性处理，使之具有针对不同目标物的不同的吸附性质，从而具有前处理能力。因此，在一些实施方案中，所述样品垫为多孔性材料，例如玻璃纤维、无纺布、尼龙、聚四氟乙烯或聚醚砜，优选无纺布和玻璃纤维。也可以使用本领域已知的其他材质的样品垫，只要能发挥引流作用并且能够经化学基团改性处理即可，本发明对此不作进一步的限定。

所述化学基团可以是能够通过吸附与样品中的目标物相互作用从而使目标物在样品垫上富集、浓缩和分离的任何化学基团。在一些实施方案中，所述化学基团选自以下基团中的一个或者多个：羧基、氨基、酯基、芳环、脂肪链、或羟基。本发明对具体采用何种化学基团来修饰样品垫不做进一步的限定，只要能够实现本发明目的即可，本领域技术人员可以针对目标物，根据实际需要进行选择。

在本发明中，所述“改性处理”是指使样品垫具有某种化学基团，从而使样品垫对某一种或者多种目标物具有吸附作用。对样品垫进行改性处理的方法有很多种，具体可以根据修饰基团需要进行选择。例如，可以使用浸泡法，即将样品垫放入含有所需修饰的化学基团的分子溶液中浸泡，然后烘干，从而获得具有所需基团的改性样品垫。也可以使用喷洒法，即将含所需的化学基团的分子或纳米材料溶液，在样品垫上方进行喷雾(通过喷壶、微量喷头)或液体滴加(通过加样头)，从而获得含有所需化学基团的样品垫。还可以使用涂布法，即在样品垫上方加入具有一定黏性的含有所需化学基团的分子或纳米材料溶液，通过旋转涂膜机或者滚轴，使得溶液均匀分布于样品垫上。

所述改性处理方法均可以通过两种方式使样品垫获得所需化学基团，第一种方式是单纯物理吸附，第二种方式是通过光照、添加反应促发剂等方式，使得含所需化学基团的分子溶液，或者纳米颗粒在原位生成。

在本发明中，所述“目标物”可以为小分子物质和具有特定基团的生物大分子。在一些实施方案中，所述目标物可以为农药残留、兽药残留、真菌毒素、色素或抗原。在一个具体实施方案中，所述农药残留为菊酯类如甲氰菊酯或氯氰菊酯、苯醚甲环唑、丁醚脲、噻虫嗪、吡虫啉、克百威、多菌灵、吡蚜酮、啶虫脒、吡虫脒、虫螨腈、哒螨灵或毒死蜱。在另一个具体实施方案中，所述兽药残留为孔雀石绿、硝基呋喃、瘦肉精如克伦特罗、莱克多巴胺或沙丁胺醇。在另一个具体实施方案中，所述真菌毒素为黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、T-2毒素、伏马毒素或呕吐毒素。在又另一个具体实施方案中，所述抗原可以为降钙素原抗原。

在一个优选的实施方案中，所述目标物为硝基呋喃、瘦肉精例如克伦特罗、莱克多巴胺或沙丁胺醇、或者抗原，所述化学基团为硅羟基。

在另一个优选的实施方案中，所述目标物为农药残留例如甲氰菊酯、氯氰菊酯、苯醚甲环唑、丁醚脲、噻虫嗪、吡虫啉、克百威、多菌灵、吡蚜酮、啶虫脒、吡虫脒、虫螨腈、哒螨灵或毒死蜱、或者色素，所述化学基团为硅羟基或氨基。

由于色素更容易被吸附于氨基基团上，因此更优选地，当所述目标物为色素或者所述目标物为富含色素的样品中的农药残留时，所述化学基团更优选为氨基。

在另一个优选的实施方案中，所述目标物为黄曲霉毒素B1、玉米赤霉烯酮、赭曲霉毒素A、T-2毒素、伏马毒素或呕吐毒素，所述化学基团为羧基。

在又另一个优选的实施方案中，所述目标物为孔雀石绿，所述化学基团为羧基或硅羟基。对于孔雀石绿，在采用羧基时，会存在一个难以洗脱的问题，也就是说吸附后无法洗脱。从这个角度上，优选使用硅羟基，因为更容易洗脱。但是，另一方面，尽管在采用羧基时难以洗脱，所以在洗脱时需要加入三乙胺或者氨水来帮助洗脱，但是羧基的吸附力更强，吸附率更高。因此，从综合效果(即吸附率×洗脱率)考虑，更优选羧基。

可以理解，本发明的样品垫可以与传统的免疫层析试纸条一致、并且可以与硝酸纤维素膜相连，也可以独立于硝酸纤维素膜。在本发明样品垫与硝酸纤维素膜相连时，测试样品溶液需要为硝酸纤维素膜所耐受并且不影响免疫识别。在本发明样品垫独立于硝酸纤维素膜使用时，其可以独立地进行样品前处理；当单独使用样品垫时，可以在远离接触测试液的一端加入吸液垫，增加测试液的吸附量，提高样品垫的浓缩倍数。

第二方面，本发明提供了一种免疫层析试纸条，包括本发明第一方面所述的样品垫。

第三方面，本发明提供了本发明第一方面所述的样品垫在免疫层析分析或质谱检测分析中的应用。

首先，本领域技术人员可以理解，上文中与本发明第一方面的样品垫相关的描述均适用于本发明的第二方面和第三方面，因此在此不再赘述。

另外，如本领域技术人员所理解的，免疫层析分析是以条状纤维层析材料为固相，通过毛细管作用使样品溶液在层析材料上泳动/爬行，并同时使样品中经标记物标记的待测物与包被在层析材料中针对待测物的反应试剂(如抗原或抗体)发生高特异性、高亲和力的免疫反应，层析过程中免疫复合物被富集或截留在层析材料的一定区域(检测带)上，通过酶反应或直接运用可目测的标记物(如胶体金、彩色乳胶等)得到直观的实验现象(如显色)。

结合到本发明，将本发明的第一方面提供的样品垫与免疫层析试纸条的其他部分组装起来，可以进行免疫层析分析。在此过程中，层析液将经前处理的即分离和浓缩的目标物带至NC膜时，其截面浓度较常规方法具有很大的提高，从而提升了免疫层析的灵敏度。

如本领域技术人员所理解的，质谱检测分析一般是对目标物进行定性分析、结构分析等的技术，有高分离能力、高灵敏度、抗干扰能力强、定性分析功能强大等特点、已广泛应用于农药残留、增塑剂、多环芳烃和基因毒性物质检测等食药安全检测领域。

结合到本发明，将第一方面提供的样品垫直接用于质谱分析，可以进一步提高质谱检测分析的效率。

第四方面，本发明提供了一种用于分离和浓缩目标物的方法，所述方法包括：使本发明第一方面所述的样品垫与待测样品接触。

同样地，上文中与本发明第一方面的样品垫相关的描述均适用于本发明的第四方面，因此在此不再赘述。

在本方法中，可以通过将本发明样品垫浸泡于含有目标物的样品溶液中，或者在本发明样品垫上滴加、喷洒该样品溶液，从而使本发明样品垫与待测样品相接触。通过本发明的方法，可以使样品溶液中的待测目标物被分离和浓缩，在样品垫用于后续检测中时可以提高检测的灵敏度和效率。

下面结合实施例对本发明进行更为具体和详细的描述。需要注意，在本发明中未明确记载的方法/实验步骤均可以通过本领域的常规方法/实验步骤来进行，同时可以参考相应的实验工具书。

实施例

实施例1.通过浸泡物理吸附法制备改性样品垫

用镊子将无纺布样品垫于含10mM 2,2'-(十八烷基亚氨基)二乙醇的甲醇溶液中浸泡30分钟，随后将该样品垫置于多孔网架中70℃烘干8小时。之后，将该样品垫裁剪成4.8×18mm的长方块，即可获得表面具有长脂肪链的样品垫。

实施例2.通过浸泡原位生成法制备改性样品垫

将玻璃纤维样品垫裁剪成4.8×18mm的小块，装入铁氟龙网袋中，悬浮于装有200mL的聚苯乙烯、丙烯酸和过硫酸钾混合物(其中，聚苯乙烯为5g，丙烯酸和过硫酸钾分别为0.625g)的去离子水中，经过氮气交换后，升温至75℃，过夜反应。反应结束后，将网袋取出，将玻璃纤维于90℃烘干24小时，即可获得表面为羧基的聚苯乙烯修饰样品垫。

将无纺布样品垫裁剪成4.8×18mm的小块，利用磁铁将其固定于500mL的烧杯壁，往杯内加入200mL的10mM 2-苯乙基三氯化硅烷的乙醇溶液，在磁力加热搅拌器中搅拌，并加热至60℃。然后向其中滴加0.1M氨水7.5mL，保持1滴/秒。滴加完毕后继续搅拌4个小时，随后将无纺布取出，70℃烘干8小时，即可获得表面为耦合有苯环的二氧化硅膜的样品垫。

实施例3.通过涂布物理吸附法制备经硅羟基修饰的样品垫

将5g 300目至400目二氧化硅、30毫升水与0.5％羧甲基纤维素钠于研钵中研磨30分钟，倒于玻璃纤维样品垫上，用涂布器铺挂平整后，将其晾干48小时后，60℃烘干2小时后，即可得到表面为硅羟基修饰的样品垫。

经硅羟基修饰的无纺布样品垫的制备方法类似，所不同的仅仅在于采用无纺布作为样品垫。

实施例4.通过浸泡原位生成法制备经硅羟基修饰的样品垫

将大张无纺布样品垫利用磁铁固定于三颈瓶内部，将3.2g正硅酸丁酯分散于三颈瓶的200mL乙醇中，搅拌加热至70℃，缓缓滴加1.1mL 1M氨水，反应4小时。待降到室温，将硅羟基修饰的样品垫取出，裁剪成所需尺寸。

实施例5.制备经氨基修饰的样品垫

将实施例3或4中经硅羟基修饰的样品垫用夹子夹持，浸泡在含有0.2g/mL 3-氨丙基三乙氧基硅烷的50％乙醇水溶液(50mL)中，加热至60℃，搅拌，滴加2.5mL的0.1M的氢氧化钠溶液。放置3小时后取出样品垫并于70℃烘干，即可获得表面为经氨基修饰的样品垫。

实施例6.制备经羧基修饰的样品垫

将实施例5中经氨基修饰的样品垫用夹子夹持，于100mL50％乙醇水中分散，于80℃滴加入丁二酸酐(4.7mL)回流过夜。最后用超纯水洗样品垫至中性，并于70℃烘干，即可获得表面为经羧基修饰的样品垫。

实施例7.经羧基修饰的样品垫对孔雀石绿的吸附

在经羧基修饰的样品垫后方连接一块吸水垫，将其放入100μL的含孔雀石绿(浓度为500ppb)的80％乙腈正己烷溶液的样品杯中进行吸附。以未经修饰的样品垫的作为对照。

图1示出了经羧基修饰的样品垫和未经修饰的样品垫对孔雀石绿的吸附效果的照片。在经羧基修饰的样品垫中，可以看到明显的蓝绿色，并且从左到右逐渐变浅。这表明经羧基修饰的样品垫在样品液流过(流动方向从左到右)时会显著降低孔雀石绿的流动性，并且将其吸附在样品垫上；而未经修饰的样品垫上无明显现象。

实施例8.经氨基修饰的样品垫对色素的吸附

在经氨基修饰的样品垫后方连接一块吸水垫，将其放入装有250μL的茶叶乙醇提取液的样品杯中进行吸附。以未经修饰的样品垫的作为对照。

图2示出了经氨基修饰的样品垫和未经修饰的样品垫对茶叶乙醇提取液中色素杂质的吸附效果的照片。在经氨基修饰的样品垫上，可以看到茶褐色从左到右明显逐渐变浅。这表明经氨基修饰的样品垫在样品液流过(流动方向从左到右)时会显著降低色素杂质的流动性，并且将其吸附在样品垫上；而未经修饰的样品垫上无明显现象。

实施例9.经氨基修饰的样品垫在免疫层析中的应用

将氨基修饰的样品垫放入装有250μL的含吡虫脒(5ppm)的茶叶乙醇提取液的样品杯中进行吸附。将吸附了样品的样品垫晾干后，将样品垫、NC膜和吸水棉从左到右组装成吡虫脒试纸条，加入金杯中检测。

图3示出了经氨基修饰和未经修饰的样品垫在免疫层析中对吡虫脒的检测结果。与使用未经修饰的样品垫的情况相比，使用经修饰的样品垫组装的试纸条的膜面更干净，表明经修饰的样品垫能过滤掉更多的杂质。使用未经修饰的样品垫组装的试纸条的结果为阴性(检测线颜色较质控线深或相当)，表明样品中的吡虫脒低于检测限，这可能是由于吡虫脒在蔬果中的正常检出限为10ppm，而茶叶提取液中干扰过大而且只含有5ppm的吡虫脒，因此未能检出。相对地，使用经修饰的样品垫组装的试纸条的检测结果为强阳性(其检测线不显色)，这表明吡虫脒在经修饰的样品垫中被浓缩，其浓度显著提高，并且色素被固定在样品垫上从而减少了对检测的干扰。因此，经修饰的样品垫与免疫层析试纸条的其他部分配合使用时，会使试纸条的检出限更低，灵敏度更高。

实施例10.经硅羟基修饰的样品垫在免疫层析中的应用

在本实施例中，所检测的目标物可以为各种兽药残留和农药残留，其中农药残留的提取液为1％乙酸乙腈，部分兽药残留的提取液为乙腈，而瘦肉精例如克伦特罗、莱克多巴胺或沙丁胺醇的提取液为乙酸乙酯。

对于安吉白茶或红茶，在经硅羟基修饰的样品垫后方连接一块吸水垫，将其放入装有500μL样品提取液的样品杯中进行吸附。随后将整个样品垫于40℃烘干20分钟或于室温晾干(需要60分钟以上)。再将样品垫、NC膜和吸水棉从左到右组装成试纸条。用农残快速检测试剂盒(易瑞生物技术股份有限公司)作为对照。

对于降钙素原抗原，在经硅羟基修饰的样品垫后方连接一块吸水垫，将其浸泡在250μL含有降钙素原抗原的PBS中，吸附完全后，于室温晾干(需要60分钟以上)。然后将样品垫与免疫层析试纸条的其他部分组合。用降钙素原抗原快速检测试剂盒(易瑞生物技术股份有限公司)作为对照。

表1.经硅羟基修饰的样品垫对安吉白茶样品液中的目标物的检测

表2.经硅羟基修饰的样品垫对红茶样品液中的目标物的检测

表3.经硅羟基修饰的样品垫对降钙素原抗原(0.3ng/ml)的检测

根据表1和表2中所示出的结果可以看出，在相同的浓度下，与试剂盒相比，经硅羟基修饰的样品垫的检测限普遍更低。需要注意的是，在本实施例中，使用经硅羟基修饰的样品垫的方法进行检测时，兽药残留的取样量为2g，而通过试剂盒的方法进行检测时，兽药残留的取样量为5g，即经修饰的样品垫使用的目标物的含量仅为试剂盒方法使用量的40％，因此经硅羟基修饰的样品垫在表1和表2中所示的检出限可能不一定高于试剂盒，但是从总的数据可以看出，经硅羟基修饰的样品垫检出的效率基本是高于试剂盒的；并且从差值看，经硅羟基修饰的样品垫还去掉了一些杂质的干扰。

另外，根据表3中所示出的结果可以看出，在相同浓度下，与通过试剂盒的方法相比，使用经硅羟基修饰的样品垫的检测限都显著更低。表明经硅羟基修饰的样品垫会使试纸条对降钙素原抗原的检出限更低，灵敏度更高。可见，经硅羟基修饰的样品垫还可以用于生物大分子例如抗原的检测。

实施例11.经羧基修饰的样品垫在免疫层析中的应用

在本实施例中，所检测的目标物为真菌毒素，具体地有黄曲霉毒素B1(AFB1)、玉米赤霉烯酮(ZEN)、赭曲霉毒素A(OTA)、T-2毒素、伏马毒素和呕吐毒素(DON)。其中用于真菌毒素的提取液为乙腈。

具体地，在经羧基修饰的样品垫后方连接一块吸水垫，将其放入装有500μL样品提取液的样品杯中进行吸附。随后将整个样品垫于40℃烘干20分钟或于室温晾干(需要60分钟以上)。用粮食中真菌毒素试剂盒(易瑞生物技术股份有限公司)作为对照。

表4.经羧基修饰的样品垫对真菌毒素的检测

根据表4中所示出的结果可以看出，对于所列几种真菌毒素，与通过试剂盒的方法相比，使用经羧基修饰的样品垫的检测限都显著更低。这表明经羧基修饰的样品垫会使试纸条对各种真菌毒素的检出限更低，灵敏度更高。

实施例12.经氨基修饰的样品垫在开放式质谱中的应用

将1g含100ppb克百威的茶叶浸泡于4毫升50％乙腈水溶液中，离心取上清1毫升，至于1.5毫升离心管中。3-氨丙基三乙氧基硅烷修饰的样品垫剪切成末端具有三角形的形态，另一端与吸水垫相连。将三角形的一端浸泡入离心管。吸收后的样品垫与吸水垫分离，50度烘干。将三角形尖端对准质谱真空吸口，另一端浸泡于甲醇离心管中，将高压导电线浸泡入溶液中，开始检测。

图4和图5分别示出了采用常规样品垫(未修饰)和经修饰样品垫检测克百威所得的质谱图。将图4和图5进行比对可以看出，经修饰样品垫的信号响应更强，杂质干扰更少，说明克百威被浓缩于经修饰样品垫的三角尖端处，有效地提高了样品在开放式质谱中的灵敏度。