专利名称：一种加样笔及其加样方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明属于生物化学技术应用领域，具体涉及一种添加微量样品的装置及使用方法和应用。
背景技术：
在生物、化学检测分析中，常需要量取微量(纳升)的液体。尤其是近年来及时诊断技术的兴起，医学诊断化学分析趋向于一种家庭化的发展模式，对于量取仪器的成本、操作技术要求以及简便程度提出了新的要求。微量加样器作为一种简便、快捷、精密的液体计量器具，已被广泛应用于临床实验室，其是实验室对各种液体样品或试剂进行定量移取必不可少的仪器设备。目前市场上存在的产品大多利用空气排放原理进行工作，如移液器，以活塞在活塞套内移动的距离确定移液器的容量。然而这种移液器成本高，进口品牌需千元，而国产品牌也需要百元。并且这种移液器体积大，不利于携带，使用需要专业训练，虽然已经广泛用于各实验室，却不利于推广至未经培训的家庭个体。因此，发明成本低廉、使用简单甚至无需培训的微量加样器对于未来发展家庭医疗具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低、使用方便的加样笔及其加样方法和应用。为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案:一种加样笔，该加样笔包括笔头以及笔杆，所述笔头的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠，笔头的后端与笔杆相连通，笔杆内设置有由待加样品构成的填充物。所述填充物随球珠转动而流出笔头。所述填充物包括含生物分子的溶液、无机试剂、有机试剂、培养基、生物缓冲剂、含活细胞的培养液、胶体或水凝胶。所述球珠的直径为100nm-lcm。所述加样笔的加样量范围为10_300nL/cm。所述加样笔还包括用于连接笔头与笔杆的连接装置，笔杆内设置有用于封装填充物的密封油。上述加样笔的加样方法，该加样方法包括以下步骤:用加样笔在基底上进行书写。所述加样方法的具体步骤为:将笔头前端接触基底，然后驱动笔头在基底上移动，使笔头前端的球珠转动，带动填充物流出，流出的填充物涂敷于基底上，实现微量加样。通过调整书写速度、球珠直径、基底材料或笔杆内填充物高度改变加样笔的加样量，书写速度是指笔头前端在基底上移动的速度，书写速度可以通过驱动机构进行控制，同时，可以在笔杆后端连接填充物补充机构，使笔杆内填充物保持稳定的高度。上述加样笔在微量加样中的应用。本发明的有益效果为:本发明所述加样笔具有结构简单，携带方便，容易使用，成本低廉，适用范围广泛的优点，与传统加样器相比成本降低了一万多倍，同时微量加样的准确性、可靠性极佳，且容易控制。
图1为本发明所述加样笔的结构示意图；图1中:1笔头，2笔杆，3球珠，4连接装置，5填充物，6密封油；图2为本发明所述加样笔加样量随书写速度的变化；图3为本发明所述加样笔加样量随前端球珠大小的变化；图4为本发明所述加样笔加样量随笔杆内填充物高度的变化；图5为本发明所述加样笔加样量随基底材料的变化；图6为本发明所述加样笔在A4纸上添加罗丹明B溶液的加样效果；图7为本发明所述加样笔在玻璃表面添加玻璃珠溶液的加样效果；图8为本发明所述加样笔在纸上添加核酸溶液的加样效果。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1，本发明所述加样笔包括笔头I以及笔杆2，所述笔头I的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠3，笔头I的后端与笔杆2相连通，笔杆2内设置有由待加样品构成的填充物5。所述填充物5随球珠3转动而流出笔头I。所述加样笔还包括用于连接笔头I与笔杆2的连接装置4，笔杆内设置有用于封装填充物5的密封油
6。所述加样笔的加样量范围为10-300nL/cm。所述填充物5包括同位素及标记化合物、生化试剂、氨基酸及其衍生物、蛋白质、多肽、核苷酸及其衍生物、核酸、单糖、多糖、酶、辅酶、抗生素、维生素、染料、色素、层析介质、电泳介质、含生物分子(蛋白质、核酸和碳水化合物等)的溶液、无机试剂、有机试剂、培养基、生物缓冲剂、含活细胞的培养液、胶体或水凝胶。用加样笔在基底上进行书与。将笔头如端接触基底，然后驱动笔头在基底上移动，使笔头前端的球珠转动，带动填充物流出，流出的填充物涂敷于基底上，实现微量加样。通过调整书写速度、球珠直径、基底材料或笔杆内填充物高度改变加样笔的加样量，书写速度是指笔头前端在基底上移动的速度，书写速度可以通过驱动机构进行控制，同时，可以在笔杆后端连接填充物补充机构，使笔杆内填充物保持稳定的高度。实施例生物加样笔的结构如图1所示，由6部分组成，笔头I主要提供球珠3的支持点，笔杆2用于储存填充物5，球珠3在基底上摩擦转动时提供足够的剪切力，带动生物加样笔内填充物5流出，连接装置4用于连接笔杆2和笔头I，填充物5为待添加样品，密封油6防止样品挥发。当生物加样笔在基底上书写时(类似于圆珠笔或中性笔的书写过程)，笔头I前端的球珠3转动，带动填充物5流出。具体介绍如下:步骤1:将样品注入生物加样笔的笔杆形成填充物，其后用矿物油(密封油)密封。此处样品种类极为广泛，不仅可用于书写普通化学试剂，如超纯水，还可以用于书写含有固体颗粒的液体，如胶体金溶液，甚至可以书写生物大分子，如核酸，蛋白质等。而且根据加样量的需要，球珠可在IOOnm到Icm范围内适当选择。步骤2:持笔在目标基底上书写，笔头的球珠在基底上摩擦转动，笔内样品受到剪切力的作用，从而流出至基底上。本方法所适用的基底范围也非常广泛，包括纸，玻璃，金属，塑料等。生物加样笔的加样量可通过书写速度、球珠大小、生物加样笔内样品液面高度及基底的性质来调控。例I用生物加样笔在A4纸上定量书写水溶液步骤1:将水溶液注入三种不同型号的生物加样笔笔杆内形成填充物，型号(指球珠的直径)分别为0.38mm, 0.5mm, 0.7mm，填充物后用矿物油密封。步骤2:持三种生物加样笔在A4纸上以2cm/s和4cm/s速度书写，笔头的钢球(球珠)在A4纸上摩擦转动，水溶液受到剪切力的作用，从而流出至A4纸上。结果表明，笔头前端球珠越大，加样单位长度的水溶液量越多(见图3)。图3中的标准差很小，表明生物加样笔的加样精度高。步骤3:通过改变生物加样笔书写速度，调节水溶液样品添加量。采用型号0.5mm的生物加样笔在A4纸上以2、4、6、8、10cm/s的速度书写。结果表明，书写速度越快，加样单位长度的水溶液越多(见图2)。结果表明生物加样笔的输出流量可在一定范围内精细调控，而且准确性极佳。步骤4:通过改变生物加样笔内液面高度调节水溶液样品添加量。采用型号0.5mm的生物加样笔在A4纸上以6cm/s的速度书写，改变生物加样笔内水溶液的高度分别为2、4、
6、8、10cm，结果表明(见图4 )水溶液流出量与高度存在一定关系，通过高度可对输出量进行微调，证明生物加样笔的可控性与准确性。步骤5:通过改变基底的性质调节水溶液样品添加量。采用型号0.5mm的生物加样笔分别在A4纸、试纸(waterman )和玻璃表面书写，结果表明(见图5)输出量与基底的性质存在一定关系，改变基底的性质，可调控生物加样笔的加样流量，该实验表明生物加样笔加样的可控性。例2用生物加样笔在A4纸上定量书写罗丹明B溶液步骤1:将罗丹明B溶液注入三种不同型号的生物加样笔形成填充物，型号分别为
0.38mm,0.5mm,0.7mm,其后用矿物油密封。步骤2:持三种生物加样笔在A4纸上以2cm/s和4cm/s速度书写，笔头的钢球(球珠)在A4纸上摩擦转动，罗丹明B溶液受到剪切力的作用，从而流出至A4纸上。结果表明，生物加样笔前端球珠越大，加样的宽度越宽(见图6)。由此证明此加样笔不仅在加样体积上可实现控制，而且在平面空间分布(宽度)上也可进行控制。可用于光度测定金、镓、汞、锑(V)、铊(III)等重金属元素的快速加样。例3用生物加样笔在玻璃板上书写玻璃珠溶液步骤1:将三种不同浓度的玻璃珠(9-13 μ m)水溶液分别注入三只型号0.7mm的生物加样笔形成填充物，其后用矿物油密封。步骤2:持生物加样笔在玻璃板上以4cm/s速度书写，笔头的钢球在玻璃板上摩擦转动，液体受到剪切力的作用，从而流出至玻璃板上。结果表明，生物加样笔可用于书写不同浓度的玻璃珠溶液(见图7)。由此证明，该加样笔可用于书写胶体溶液，在快速检测中具有重要应用前景，如书写前玻璃珠根据不同目的可进行不同特异性抗体的化学修饰，对修饰后玻璃珠的书写，可简化即时诊断微芯片的制备过程，适用范围广泛。例4用生物加样笔在A4纸上书写DNA溶液步骤1:将荧光DNA水溶液注入型号0.7mm的生物加样笔形成填充物，其后用矿物油密封。步骤2:持生物加样笔在A4纸上以4cm/s速度书写，笔头的钢球(球珠)在玻璃板上摩擦转动，液体受到剪切力的作用，从而流出至A4纸上。结果表明，生物加样笔可用于书写DNA溶液(见图8)。可用于食品安全和重大疾病中核酸检测技术，在制备侧流检测试纸中可取代昂贵大型仪器(DNA定量加样仪)，极大的降低成本，对于即时检测的实现具有重要意义，适用范围广泛。此外，生物加样笔还可以用于制备微尺度水凝胶时完成水凝胶前体的涂敷、生物加样笔还可以用于制备细胞芯片时在芯片上涂敷细胞培养液，以及用于制备微电极时在基底上涂敷电极材料。
权利要求
1.一种加样笔，其特征在于:该加样笔包括笔头(I)以及笔杆(2)，所述笔头(I)的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠(3)，笔头(I)的后端与笔杆(2)相连通，笔杆(2)内设置有由待加样品构成的填充物(5)。
2.根据权利要求1所述一种加样笔，其特征在于:所述填充物(5)随球珠(3)转动而流出笔头(I)。
3.根据权利要求1所述一种加样笔，其特征在于:所述填充物(5)包括含生物分子的溶液、无机试剂、有机试剂、培养基、生物缓冲剂、含活细胞的培养液、胶体或水凝胶。
4.根据权利要求1所述一种加样笔，其特征在于:所述球珠(3)的直径为lOOnm-lcm。
5.根据权利要求1所述一种加样笔，其特征在于:所述加样笔的加样量范围为10-300nL/cm。
6.根据权利要求1所述一种加样笔，其特征在于:所述加样笔还包括用于连接笔头(I)与笔杆(2 )的连接装置(4 )，笔杆内设置有用于封装填充物(5 )的密封油(6 )。
7.—种如权利要求1所述加样笔的加样方法，其特征在于:该加样方法包括以下步骤: 用加样笔在基底上进行书写。
8.根据权利要求7所述一种加样方法，其特征在于:所述加样方法的具体步骤为: 将笔头(I)前端接触基底，然后驱动笔头(I)在基底上移动，使笔头(I)前端的球珠(3 )转动，带动填充物(5)流出，流出的填充物(5)涂敷于基底上，实现微量加样。
9.根据权利要求7所述一种加样方法，其特征在于:通过调整书写速度、球珠直径、基底材料或笔杆内填充物高度改变加样笔的加样量。
10.一种如权利要求1所述加样笔在微量加样中的应用。
全文摘要
本发明提供一种加样笔及其加样方法和应用，该加样笔包括笔头以及笔杆，所述笔头的前端开设有样品流出孔，样品流出孔内设置有可以转动的球珠，笔头的后端与笔杆相连通，笔杆内设置有由待加样品构成的填充物，用加样笔在基底上进行书写，实现微量加样，本发明所述加样笔具有结构简单，携带方便，容易使用，成本低廉，适用范围广泛的优点，与传统加样器相比成本降低了一万多倍，同时微量加样的准确性、可靠性极佳，且容易控制。
文档编号B01L3/02GK103191794SQ201310077798
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者徐峰, 韩玉龙, 王琳, 卢天健 申请人:西安交通大学