输出动力腔道内生物微传感器

技术领域

本发明涉及生物传感器技术领域，具体为输出动力腔道内生物微传感器，用于对无机离子、小分子、生物大分子特别是蛋白质、DNA、RNA、肿瘤标志物，甚至病毒、细菌、细胞等多种靶标的信号分子放大、检测并输出动力信号。

背景技术

生物传感器是一种对生物物质敏感并将其浓度转换为电信号进行检测的仪器，它是由固定化的生物敏感材料包括：酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等生物活性物质，作为识别元件加适当的理化换能器如：氧电极、光敏管、场效应管、压电晶体等等及信号放大装置构成的分析工具或系统；现有的生物微传感器都输出电流信号，通过电子电路实现信号放大，通过中央处理器分析信号，通过电源作用于效应器输出动力；在这中间，电子电路系统是生物传感器的重要一环。

对生物分子的检测，酶联免疫与核酸分子杂交相对比较成熟，分子结合成功的信号通常用颜色变化、荧光等表现出来，靠人眼或仪器辅助识别，如紫外-可见分光光度计、紫外谱仪、荧光仪等。为了实现高灵敏度的精确定量检测分析，这些仪器不仅需要提供复杂而精密的光路部件，例如光栅、滤镜、透镜组，还需要经过良好培训的操作人员对仪器进行精确的调控。除此之外，为了提高仪器的灵敏度，还需要提供高功率的光源来实现光学信号的富集和增益。同时，基于光学的检测方法对检测体系有极高的要求。一方面，检测体系的成分不能过于复杂，当靶标之外的分子或物质具有与检测靶标分子近似的光学特性时，都会严重影响检测的准确度，因而光学检测体系通常需要复杂的前处理步骤以避免该问题；(Engvall E,Perlmann P.Enzyme-linked immunosorbent assay(ELISA)quantitativeassay ofimmunoglo bulin G.Immunochemistry[J],1971,8(9):871-874.)。上述问题使得分子识别靠人力，难以实现自动化。

由以上技术所做的常规的传感器一般耦合近生物芯片系统中，比如一种基于微小颗粒的生物芯片系统及其应用(cn1208428c)提出在体外利用酶联免疫或核酸杂交进行检测的自动化仪器与设备，但是需要在体外环境且需要复杂的仪器设备。另外一些专利对此做了改进，比如：催化复合物及可视化检测方法(CN102676640B)发明涉及--种可视化检测方法，将传统的目标分子的指示物质变换为可以催化产生气体的纳米颗粒或者酶等催化剂，通过催化剂在目标分子的位置催化底物产生气体进行可视化检测。本方法可以极大的提高检测灵敏度,甚至可以做到单分子检测。产生的气泡被作为可视化的信号进行读取，该方法速度快、易于检测，并且灵敏度极高，该方法便于结果的读取，用于分析的设备大大简化。而一种基于温度变化定量检测目标物的分析方法(CN106568956B)公开了一种基于温度变化定量检测目标物的分析方法，可用于癌症标记物的高灵敏定量检测。对目标物进行特异性的识别后，该信号放大分子能够催化底物分解释放出气体，导致该密闭体系内气压变化,从而推动储液器中的液体进入热反应器中，利用热量所致的温度变化实现对目标物的高灵敏定量检测。这两个专利实现的目标都是为了在体外能够方便、灵敏的检测到信号，对检测技术是个极大的进步，但是信号需要人眼观察，没有办法实现体内检测；更重要的是，几乎所有的检测技术都是首先识别光信号、颜色信号、化学信号、温度甚至气泡信号，把其转变成电信号，这个过程比较复杂，精准度也不易保证；作为一个传感器收到这些信号后，要完成后续动作，需要传递给芯片中枢或者是人的大脑，进行分析后，通过机械电路或人的动作实现后续反应操作，这中间要么需要电子电路、电源和机械结构，要么需要人的配合；都无法实现在腔道内的自动反应，做出操作。而通过复杂的信息传递进行的操作，必定更难实现小型化、简易化与可实现性。

细胞电生理和细胞信号传导检测技术可以直接测定生物电流信号，避免了信号转换带来的误差和操作复杂度，再通过电子电路实现信号放大，进而输出动力，比如细胞膜片钳技术、微电极电化学检测技术、基于场效应晶体管(FET)的生物传感器等。然而细胞膜片钳技术虽然精度高，但需要经验丰富的人员进行高精密的操作，难以实现高通量检测。电化学微阵列传感器虽然可以实现高通量检测，但仅限于电活性质，限制了其应用范围。基于场效应晶体管的生物传感器虽然具有免标记、灵敏度高、特异性好、响应快速、易于集成等优势，但是都需要比较复杂的设备与精细的操作，需要电子电路放大信号，难以单独应用到体内环境。

随着科技的发展，以及对科学和生命本质认知的提高，人们已经不再满足于实验室中昂贵而又耗时的实验检测，他们更加迫切的希望科技能与生活中的应用相结合，真正实现“科技改变生活”。例如“即时诊断”的概念日益受到关注(Liu,H.,Xiang,Y.,Lu,Y.,Crooks,R.M.,Aptamer-based origami paper analytical device for electrochemicaldetection of adenosine,Angewandte Chemie-International Edition[J].2012,51.6925-8.)。所谓即时诊断(Point of Care Test，POCTest)，是指在发病或者发生事件的地点进行即时检测和诊断，从而实现迅速的监控和治疗。现代的POC检测方法通常利用免疫分析技术，即特异性抗体会与抗原相结合，来捕捉目标物进行分析。以疾病特异性目标蛋白标记物作为检测目标，实现对疾病的诊断，如妊娠测试试剂盒以妊娠激素人绒毛膜促性腺激素(hCG)为靶标。然而，失去了精密仪器的支持，POC检测的灵敏度势必会受到影响。现有的POC检测一般只能实现定性或半定量检测，以致无法实现对疾病或身体状况的精确诊断。所以尽管POC检测在即时诊断和紧急情况应对上能够提供一定的信息，但却无法为更为快速的临床治疗提供更为准确的依据。

综上所述，在未来的科学研究中，如何发展一种既不影响实验方法高灵敏度、高选择性、高准确性等优点，又能显著降低检测仪器与反应装置的复杂度，具有微型化、成本低、能耗低等优点，可应用于消化道、尿道、阴道、外耳道等人体腔道内的即时诊断、即时反应的微传感器是亟待解决的问题。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了输出动力腔道内生物微传感器，具备实验方法高灵敏度、高选择性、高准确性、简单方便的优点，可以实现信号检测并效应输出，简单方便的实现来反射弧的全过程，解决了上述背景技术中提到的制作实验成本高、工作复杂、难以应用到人体腔道内的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：输出动力腔道内生物微传感器，包括囊状体、囊状体的使用方法和囊状体的组分，所述囊状体的顶部设置有动力壳，所述囊状体的内部转动连接有转动转轴，且所述囊状体内壁固定连接有分隔板，所述囊状体的顶部设置有动力壳，且所述囊状体的内部开设有第一腔室、第二腔室、第三腔室和第四腔室，所述分割板的顶部固定连接有阻隔板，所述转动转轴的外表面固定连接有反应板。

输出动力腔道内生物微传感器的使用优选的，所述第一腔室的外壁开设有单向瓣膜入口，所述第一腔室的外壁开设有柔性外膜出口，且所述单向瓣膜入口和柔性外膜出口粘连有单向通透膜。

优选的，所述第二腔室内盛放有包含信号放大分子与抗体结合的大分子的溶液，所述第三腔室内盛放有反应底物的溶液和信号级联放大分子溶液，所述第四腔室内盛放有灭活反应溶液。

优选的，所述分隔板的数量为若干个，若干个所述分隔板旋转分布于囊状体的内壁，且所述分隔板的宽度与囊状体内壁的半径长度相适配。

优选的，所述囊状体由有机化学分子聚合而成，所述第三腔室内设置有信号放大分子，且信号放大分子包括级联信号放大分子、催化底物分解纳米颗粒复合物或酶，所述反应板内设置有标靶特异性结合分子，且标靶特异性结合分子与信号放大分子生物反应，所述第四腔室内设置有灭活酶分子，且灭活酶分子与活酶分子生物反应。

输出动力腔道内生物微传感器的使用方法包括以下步骤：

S1：将特异分子如抗体固定在反应板，将反应物放置在多个腔室内，接着通过动力壳为转动转轴提供动力；

S2：在开放的第一腔室中，通过反应板底部的固定分子抗体对标靶进行特异性的识别并结合；接着转动转轴带动反应板进入第二腔室，对已经识别的目标物，再次结合携带信号放大分子的抗体；继续进入第三腔室内，所述阻隔板的顶部与反应板的底部滑动连接；

S3：在第三腔室内通过设置有多级反应腔室，在多级反应腔室的内部盛放有信号放大分子，可以进一步与反应板上分子进行反应，使信号级联放大；接着在第三腔室的最后一个多级反应腔室内部盛放有催化底物，与前面结合后的反应板底部的反应物进行酶催化反应，产生对人体无害的气体，同时多级反应腔室的内壁开设的动力输出口对反应气体进行释放，产生动力信号输出；

S4：进入最后一个腔室，通过酶抗体或其他物质，灭活酶分子，使传感器恢复功能，进入下一个循环。

所述囊状体组成成分包括：聚乳酸，聚乙醇酸，聚乳酸-乙醇酸共聚物，藻酸盐，明胶，胶原蛋白，琼脂糖，聚赖氨酸，聚羟基丁酯，聚ε己内酯，聚膦嗪，聚乙烯醇，聚氧化烯，聚环氧乙烷，聚烯丙胺，聚丙烯酸酯，聚4-氨基甲基苯乙烯，泊洛沙姆，聚糖醛酸，聚酸酐或者聚乙烯基吡硌烷酮的共聚物、尼龙的一种或几种构成。

优选的，所述囊状体(1)内，所述第二腔室(12)可以与第三腔室(13)合并为第2-3腔室，其中有信号放大分子，且信号放大分子包括级联信号放大分子、催化底物分解的纳米颗粒复合物或酶，还包括底物与合适的溶液条件；所述第四腔室(14)还可以设置0个或多个的结构与功能类似的第2-3腔室。

与现有技术相比，本发明提供了输出动力腔道内生物微传感器，具备以下有益效果：

1、该输出动力腔道内生物微传感器，通过设置有囊状体、各级腔室和反应物等相互配合，具体为在第一腔室内壁设置有检测物质入口，同时在检测物质入口的内部粘连有物质半透膜，避免内部物质泄露出去，接着检测物质与第一腔室内的反应物转杆内盛放的标靶特异性结合分子反应，通过动力壳内的动力装置带动转动转轴开始转动，然后进入下一级腔室内部进行反应，从而参与各级腔室内的反应，在第三腔室内积累到可以挤开单瓣膜将气体输出为动力输出，在第一腔室内部将外部需要接收的物质信号进行采集，接着在第三腔室内将信号输出，从而完成传感器信号的接收和发射，将捕捉困难的分子生物信号转化为气体动力输出，实现了完整的反射弧全过程。

同时囊状体内的工作机构是简便的，没有用到常规的复杂电子电路系统作为信号的接收、分析和效应输出的媒介，直接输出动力；减小制作难度降低制作成本，从而解决了上述背景技术中提到的制作实验成本高、便捷性、无法体腔内工作的问题。

2、该输出动力腔道内生物微传感器，通过设置有转动转轴、反应板和第四腔室等结构相互配合，具体为在囊状体内部转动连接有转动转轴，通过动力壳内的动力装置带动转动转轴开始转动，可以带动反应板在各级腔室内进行反应，最后通过第四腔室内的灭活物质可以对反应板底部表面反应后的反应残留物就行灭活，从而可以使得反应板可以继续旋转到第一腔室内与目标分子进行反应，接着在第一腔室内可以将灭活后的物质从柔性外膜出口处进行排出，从而可以使得反应板在囊状体内部可以多次旋转使用，达到多次使用的效果。

3、该输出动力腔道内生物微传感器，通过与药液释放装置相联系，可以针对消化道、阴道、尿道、气管、耳道、腹腔、胸腔内的炎症、肿瘤、损伤相关的分子信号进行识别，然后直接释放药液对病理过程进行局部精准干预，从而实现分子级别的识别与局部宏观的干预。

附图说明

图1为本发明结构立体图；

图2为本发明囊状体结构正面剖视图；

图3为本发明结构横截面图。

其中：1、囊状体；11、第一腔室；111、单向瓣膜入口；112、柔性外膜出口；12、第二腔室；13、第三腔室；131、动力输出口；132、多级反应腔室；14、第四腔室；15、分隔板；151、阻隔板；2、转动转轴；21、反应板；3、动力壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例是输出动力腔道内生物微传感器的实施例。

请参阅图1-3，输出动力腔道内生物微传感器，包括囊状体1、囊状体1的使用方法和囊状体1的组分，其特征在于：囊状体1的顶部设置有动力壳3，囊状体1的内部转动连接有转动转轴2，且囊状体1内壁固定连接有分隔板15，囊状体1的顶部设置有动力壳3，且囊状体1的内部开设有第一腔室11、第二腔室12、第三腔室13和第四腔室14，分割板15的顶部固定连接有阻隔板151，转动转轴2的外表面固定连接有反应板21。

通过上述技术方案，第一腔室11内部设置有单向瓣膜入口111，可以使得检测物质或细胞进行收集到囊状体1的内部，接着在囊状体11内部第一层反应物转动到第四腔室14内后，通过灭活酶可以将反应累计的物质进行灭活，从而进入下一个传感器接收传出循环，完成囊状体1对腔道内部物质的检测操作。

囊状体1的使用方法包括以下步骤：

S1：将特异分子固定在反应板21，将反应物放置在多个腔室内，接着通过动力壳3为转动转轴2提供动力；

S2：在开放的第一腔室11中，通过反应板21底部的固定分子如抗体对标靶进行特异性的识别并结合；接着转动转轴2带动反应板21进入第二腔室12，对已经识别的目标物，再次结合携带信号放大分子的抗体；继续进入第三腔室13内，所述阻隔板151的顶部与反应板21的底部滑动连接；

S3：在第三腔室13内通过设置有多级反应腔室132，在多级反应腔室132的内部盛放有信号放大分子，可以进一步与反应板21上分子进行反应，使信号级联放大；接着在第三腔室13的最后一个多级反应腔室132内部盛放有催化底物，与前面结合后的反应板21底部的反应物进行酶催化反应，产生对人体无害的气体，同时多级反应腔室132的内壁开设的动力输出口131对反应气体进行释放，产生动力信号输出；

S4：进入最后一个腔室，通过酶抗体或其他物质，灭活酶分子，使传感器恢复功能，进入下一个循环；

通过上述技术方案，围绕转子形成一个囊状结构，被分隔间隔分隔成三个及三个以上的腔室；特异分子固定在转子上，转子在电力或腔道蠕动压力转换呈动力的带动下转动，第一腔室呈柔性，有腔道内容物进出口，通过瓣膜设计使之单向流动，通过半透膜使之选择性透过，转子远侧可以设计褶皱，让更多液体通过转子，使出现的标靶更容易结合在转子表面固定的特异分子上。分隔间隔与转子接触端，有顺向刮板，防止转子表面的非结合物非特异分子-标靶产物进入下一腔室。在第二个密闭腔室内与信号放大分子，即抗体-酶复合物结合，经过顺向刮板作业后，进入第三室，即第三腔室，进行信号二级放大或多级放大，最后与底物反应，产生气体，通过瓣膜口喷出气体，输出压力；最后一个腔室，酶抗体灭活酶；使得整个传感器进入下一个循环。

在核酸水凝胶体系中，包括如下步骤：1、整个转子表面固定多条DNA、RNA、PNA、LNA链，固定在转子表面，在第一室内，与标靶分子部分空间结构进行特异性结合；2、在第二室内，有多条核酸适体分子与酶分子或纳米粒子混合而制备核酸适体交联水凝胶微粒，其可以与标靶分子的未被结合的另一部分空间结构特异性结合；可以通过构型改变释放水凝胶微粒中的酶分子或纳米粒子；或不改变构型进入第三室内，第三室内含有不同已知浓度分析物的底物溶液及水解核酸适体交联水凝胶微粒的酶，水凝胶酶解反应释放出酶或纳米粒子；可以加入分解水凝胶各种成分的多种酶，加速催化纳米粒子或酶的释放；释放的酶或纳米粒子与底物发生催化反应；密闭体系中，产生的大量气体使体系内的压强升高，输出动力。3、最后腔室释放三室内容物并补充新的底物。

其中，一种实现方式是利用两条丙烯酰胺/DNA高聚链，一条两端能够分别与两条高聚链上DNA序列互补配对的核酸适配体形成DNA水凝胶。

其中，将酶分子或纳米离子包裹在形成的DNA水凝胶中DNA三链结构形成的腔体中，利用分子之间的位阻限制酶分子或纳米离子使其不能够自由扩散。靶标分子存在时，核酸适配体发生构象变化，导致DNA水凝胶瓦解，释放出其中的酶分子或纳米粒子。

囊状体1组成成分包括：聚乳酸，聚乙醇酸，聚乳酸-乙醇酸共聚物，藻酸盐，明胶，胶原蛋白，琼脂糖，聚赖氨酸，聚羟基丁酯，聚ε己内酯，聚膦嗪，聚乙烯醇，聚氧化烯，聚环氧乙烷，聚烯丙胺，聚丙烯酸酯，聚4-氨基甲基苯乙烯，泊洛沙姆，聚糖醛酸，聚酸酐或者聚乙烯基吡硌烷酮的共聚物、尼龙的一种或几种构成。

通过上述技术方案，信号放大分子包括可以级联放大的酶，以及可以催化底物分解释放出气体的纳米颗粒、纳米颗粒复合物、酶原或酶，所释放的气体能够产生较大的气压且无毒无害。优选的，催化底物分解释放出气体信号放大分子包括过氧化氢酶、具有过氧化氢酶活性的肽段、过氧化氢酶突变体、过氧化氢酶的聚合物、微米颗粒或纳米颗粒；进一步地为铂、铂壳、铂合金的微米或纳米颗粒；或者包被有过氧化氢酶、脱羧酶的一种或几种的金、银、铜等金属的微米或纳米颗粒；或者SiO

酶选自催化产生气体的酶，例如选自过氧化氢酶、脱羧酶及其聚合物。其中过氧化氢酶可以通过催化过氧化氢产生氧气，脱羧酶可以催化碳酸产生二氧化碳；酶的聚合物可以按照Macromol.Rapid Commun.2008，29，1287-1292中的方法制备，或者直接通过类似于常规辣根过氧化物酶的标记方法将不同的酶通过共价键的方法修饰在一起形成聚合物。标记方法之一原理是：通过戊二醛的醛基分别与酶和免疫球蛋白上的氨基共价结合，形成酶-戊二醛-免疫球蛋白结合物。标记方法之一原理是：以NaIO

其中，过氧化氢酶为牛肝过氧化氢酶。靶向区可选自蛋白质、核酸、肽核酸、肽段、糖、脂类、氨基酸和生物素；其中，核酸可选自DNA、RNA、PNA、LNA及cDNA。

本发明的另一个方面，催化区包括脱羧酶、具有脱羧酶活性的肽段、脱羧酶突变体或脱羧酶聚合物；优选地包括丙酮酸脱羧酶、α-乙酰乳酸脱羧酶等，再优选为α-乙酰乳酸脱羧酶。催化剂底物含有碳酸，优选地选自碳酸的水溶液和碳酸的有机溶剂溶液，再优选为含有碳酸的磷酸盐缓冲液、含有碳酸的碳酸盐缓冲液，含有碳酸的甲醇溶液、含有碳酸的乙醇溶液、含有碳酸的二甲基呋喃溶液及其混合物，最优选为含有碳酸的碳酸盐缓冲液。

同时酶可以选用过氧化氢酶；灭活分子选用酶抗体。标靶分子可以但不限于以下物质：葡糖基化血红蛋白和蛋白质、胰岛素、胆固醇、C反应蛋白、高半胱氨酸、食欲肽、恶性疟原虫富组蛋白2、寄生虫乳酸脱氢酶、前列腺特异性抗原、前列腺膜特异性抗原、雌激素、表皮生长因子、胰岛素生长因子、血凝素、神经氨酸酶、分裂的胱天蛋白酶-3的17kDa亚单元、蛋白质如p54、免疫球蛋白、麻醉剂、瘦蛋白、生长素释放肽、维生素、叶酸、肌酸激酶、肌钙蛋白、C反应蛋白、肿瘤坏死因子受体1和2、肌酸磷酸激酶、肌氨酸、肌钙蛋白、白细胞介素1、2和6、白细胞介素2受体、肿瘤坏死因子α、n-亚硝胺、尼古丁、可铁宁、鸦片类药物、可卡因，肿瘤、微生物、寄生虫标志分子、蛋白或核酸。

特异分子是指能与标靶特异性结合的分子，包括酶、抗体、DNA、RNA、PNA、LNA、细胞和组织，核酸适配体，分子印迹聚合物、噬菌体、亲合体和脱氧核酶。

具体的，第一腔室11的外壁开设有单向瓣膜入口111，第一腔室11的外壁开设有柔性外膜出口112，且单向瓣膜入口111和柔性外膜出口112粘连有单向通透膜。

通过上述技术方案，可以方便物质的进出，在单向瓣膜入口111可以将需要检测物质进行收集，接着在柔性外膜出口112的内部含有灭活后物质半透膜，可以将从上一次循环里最后反应后的灭活物质进行排出，从而不会造成囊状体1内肿胀，损坏囊状体1。

具体的，第二腔室12内盛放有包含信号放大分子与抗体结合的大分子的溶液，第三腔室13内盛放有反应底物的溶液，所述第四腔室14内盛放有灭活反应溶液。

通过上述技术方案，在动力输出单向孔内部设置有单瓣膜可以将多级反应后的气体进行排出，形成动力输出，接着通过在囊状体1外侧连接动力检测装置，且动力检测装置为现有装置，在这里就不作过多描述了。

具体的，分隔板15的数量为若干个，若干个分隔板15旋转分布于囊状体1的内壁，且分隔板15的宽度与囊状体1内壁的半径长度相适配。

通过上述技术方案，分隔板15将各区域之间进行分隔，从而可以避免各腔室内的反应物相互渗透与掺杂。

具体的，囊状体1由有机化学分子聚合而成，第三腔室13内设置有信号放大分子，且信号放大分子包括级联放大酶、催化底物分解纳米颗粒复合物或酶，反应板21内设置有标靶特异性结合分子，且标靶特异性结合分子与信号放大分子生物反应，第四腔室14内设置有灭活酶分子，且灭活酶分子与活酶分子生物反应。

通过上述技术方案，特异分子是指能与标靶特异性结合的分子，标靶包括蛋白、核酸、肽核酸、肽链、糖类、脂类、有机小分子、无机离子、细胞、细菌、病毒、噬菌体、寄生虫中的至少一种；核酸选自DNA、RNA、PNA、LNA及cDNA；

生物反应包括特异性结合，其中可以利用共价键、离子键、氢键、静电引力、范德华力、疏水与目标分子进行选择性结合；待分析物选自DNA，RNA，PNA，LNA，蛋白质和多糖；蛋白质为肽或抗体。DNA，RNA，PNA和LNA的长度为5碱基对到1000碱基对。分子特异性结合方式包括DNA-DNA杂交，DNA-RNA杂交，DNA-LNA杂交，DNA-PNA杂交，RNA-RNA杂交，RNA-PNA杂交，RNA-LNA杂交，PNA-PNA杂交，PNA-LNA杂交，蛋白质与蛋白质之间的相互作用，蛋白质与核酸之间的相互作用，蛋白质与多糖之间的相互作用或抗原抗体之间的相互作用。

一些重要的标靶分子包括各种肿瘤相关抗原，尤其是与消化道肿瘤相关抗原；癌症衍生的抗原选自由以下所组成的组中：MAGE系列抗原例如MAGE-1、MART-1/梅拉纳、酪氨酸酶、神经节苷脂、gp100、GD-2、O-乙酰化GD-3、GM-2、MUC-1、Sos1、蛋白激酶C-结合蛋白、反转录酶蛋白质、AKAP蛋白质、VRK1、KIAA1735、T7-1、T11-3、T11-9、现代人端粒酶发酵产物hTRT、细胞角蛋白-19CYFRA21-1、鳞状细胞癌抗原1SCCA-1、蛋白质T4-A、鳞状细胞癌抗原2、卵巢癌抗原CA125、粘蛋白1、癌-相关的粘蛋白、多形态上皮细胞粘蛋白、PEM、PEMT、EPISIALIN、肿瘤相关的上皮细胞膜抗原、EMA、H23AG、花生反应性的尿粘蛋白、PUM、乳腺癌相关的抗原DF3、CTCL肿瘤抗原se1-1、CTCL肿瘤抗原se14-3、CTCL肿瘤抗原se20-4、CTCL肿瘤抗原se20-9、CTCL肿瘤抗原se33-1、CTCL肿瘤抗原se37-2、CTCL肿瘤抗原se57-1、CTCL肿瘤抗原se89-1、前列腺特异性膜抗原、5T4癌坯滋养层糖蛋白、Orf73皮肤多发性出血性肉瘤相关的疱疹病毒、MAGE-C1、MAGE-B1抗原、MAGE-B2抗原、MAGE-2抗原、MAGE-4a抗原、MAGE-4b抗原、结肠癌抗原NY-CO-45、肺癌抗原NY-LU-12变体A、癌症相关的表面抗原、腺癌抗原ART1、伴生肿瘤相关的脑-睾丸-癌症抗原、神经肿瘤腹部抗原2、肝细胞癌抗原基因520、肿瘤相关的抗原CO-029、肿瘤相关的抗原MAGE-X2、滑膜肉瘤、X断点2、T细胞识别的鳞状细胞癌抗原、血清学检测的结肠癌抗原1、血清学检测的乳癌抗原NY-BR-15、血清学检测的乳癌抗原NY-BR-16、嗜铬粒蛋白A；甲状旁腺分泌的蛋白质1、DUPAN-2、CA19-9、CA72-4、CA195、癌胚抗原。

实施例二

本实施例是输出动力腔道内生物微传感器的使用方法的实施例。

输出动力腔道内生物微传感器的使用方法包括以下步骤：

S1：将特异分子固定在反应板21，将反应物放置在多个腔室内，接着通过动力壳3为转动转轴2提供动力；

S2：在开放的第一腔室11中，通过反应板21底部的固定分子如抗体对标靶进行特异性的识别并结合；接着转动转轴2带动反应板21进入第二腔室12，对已经识别的目标物，再次结合携带信号放大分子的抗体；继续进入第三腔室13内，所述阻隔板151的顶部与反应板21的底部滑动连接；

S3：在第三腔室13内通过设置有多级反应腔室132，在多级反应腔室132的内部盛放有信号放大分子，可以进一步与反应板21上分子进行反应，使信号级联放大；接着在第三腔室13的最后一个多级反应腔室132内部盛放有催化底物，与前面结合后的反应板21底部的反应物进行酶催化反应，产生对人体无害的气体，同时多级反应腔室132的内壁开设的动力输出口131对反应气体进行释放，产生动力信号输出；

S4：进入最后一个腔室，通过酶抗体或其他物质，灭活酶分子，使传感器恢复功能，进入下一个循环。

在上述实施例中，围绕转子形成一个囊状结构，被分隔间隔分隔成三个及三个以上的腔室；特异分子固定在转子上，转子在电力或腔道蠕动压力转换呈动力的带动下转动。第一腔室呈柔性，有腔道内容物进出口，通过瓣膜设计使之单向流动，通过半透膜使之选择性透过，转子远侧可以设计褶皱，让更多液体通过转子，使出现的标靶更容易结合在转子表面固定的特异分子上。分隔间隔与转子接触端，有顺向刮板，防止转子表面的非结合物非特异分子-标靶产物进入下一腔室。在第二个密闭腔室内与信号放大分子，即抗体-酶复合物结合，经过顺向刮板作业后，进入第三室，即第三腔室，进行信号二级放大或多级放大，最后与底物反应，产生气体，通过瓣膜口喷出气体，输出压力。最后一个腔室，酶抗体灭活酶；使得整个传感器进入下一个循环。

在传统的酶联实验中，即蛋白质与蛋白质结合过程往往孵育30分钟左右，需要时间较长，使之并不适合使用。但是生物化学反应受温度、浓度、液体流动速度等因素影响。这种输出动力腔道内生物微传感器，首先在体腔内进行，天然的温度特别合适，适于反应的最好的催化状态的发挥。第二增加催化剂用量或用多级催化，比如用酶激活酶原。第三种更有效的提高杂交效率的方式是在芯片上施加物理作用力，用扰动来促进杂交时的扩散，例如Lucidea自动芯片处理器(Lucidea ASP)。在人体腔道，尤其是胃肠道内，天然就有胃肠蠕动和人体运动，而一些与外界相通的腔道也可以通过与外界联通的机械或电子线路来直接增加扰动，通过一定弹性的外壳传递给内部成分，增加扰动，促进结合。这样我们使每个小室的停留时间保持在0.5-3分钟之间即可充分反应，保证了反应的迅速性。

实施例三

本实施例是输出动力腔道内生物微传感器的组分的实施例。

输出动力腔道内生物微传感器的组分，囊状体1组成成分包括：聚乳酸，聚乙醇酸，聚乳酸-乙醇酸共聚物，藻酸盐，明胶，胶原蛋白，琼脂糖，聚赖氨酸，聚羟基丁酯，聚ε己内酯，聚膦嗪，聚乙烯醇，聚氧化烯，聚环氧乙烷，聚烯丙胺，聚丙烯酸酯，聚4-氨基甲基苯乙烯，泊洛沙姆，聚糖醛酸，聚酸酐或者聚乙烯基吡硌烷酮的共聚物、尼龙的一种或几种构成。

在上述实施例中，信号放大分子包括可以级联放大的酶，以及可以催化底物分解释放出气体的纳米颗粒、纳米颗粒复合物或酶，所释放的气体能够产生较大的气压且无毒无害。优选的，催化底物分解释放出气体信号放大分子包括过氧化氢酶、具有过氧化氢酶活性的肽段、过氧化氢酶突变体、过氧化氢酶的聚合物、微米颗粒或纳米颗粒；进一步地为铂、铂壳、铂合金的微米或纳米颗粒；或者包被有过氧化氢酶、脱羧酶的一种或几种的金、银、铜等金属的微米或纳米颗粒；或者SiO

酶选自催化产生气体的酶，例如选自过氧化氢酶、脱羧酶及其聚合物。其中过氧化氢酶可以通过催化过氧化氢产生氧气，脱羧酶可以催化碳酸产生二氧化碳；酶的聚合物可以按照Macromol.Rapid Commun.2008，29，1287-1292中的方法制备，或者直接通过类似于常规辣根过氧化物酶的标记方法将不同的酶通过共价键的方法修饰在一起形成聚合物。标记方法之一原理是：通过戊二醛的醛基分别与酶和免疫球蛋白上的氨基共价结合，形成酶-戊二醛-免疫球蛋白结合物。标记方法之一原理是：以NaIO

其中，过氧化氢酶为牛肝过氧化氢酶。靶向区可选自蛋白质、核酸、肽核酸、肽段、糖、脂类、氨基酸和生物素；其中，核酸可选自DNA、RNA及cDNA。

本发明的另一个方面，催化区包括脱羧酶、具有脱羧酶活性的肽段、脱羧酶突变体或脱羧酶聚合物；优选地包括丙酮酸脱羧酶、α-乙酰乳酸脱羧酶等，再优选为α-乙酰乳酸脱羧酶。催化剂底物含有碳酸，优选地选自碳酸的水溶液和碳酸的有机溶剂溶液，再优选为含有碳酸的磷酸盐缓冲液、含有碳酸的碳酸盐缓冲液，含有碳酸的甲醇溶液、含有碳酸的乙醇溶液、含有碳酸的二甲基呋喃溶液及其混合物，最优选为含有碳酸的碳酸盐缓冲液。

同时酶可以选用过氧化氢酶。灭活分子选用酶抗体。标靶分子可以但不限于以下物质：葡糖基化血红蛋白和蛋白质、胰岛素、胆固醇、C反应蛋白、高半胱氨酸、食欲肽、恶性疟原虫富组蛋白2、寄生虫乳酸脱氢酶、前列腺特异性抗原、前列腺膜特异性抗原、雌激素、表皮生长因子、胰岛素生长因子、血凝素、神经氨酸酶、分裂的胱天蛋白酶-3的17kDa亚单元、蛋白质如p54、免疫球蛋白、麻醉剂、瘦蛋白、生长素释放肽、维生素、叶酸、肌酸激酶、肌钙蛋白、C反应蛋白、肿瘤坏死因子受体1和2、肌酸磷酸激酶、肌氨酸、肌钙蛋白、白细胞介素1、2和6、白细胞介素2受体、肿瘤坏死因子α、n-亚硝胺、尼古丁、可铁宁、鸦片类药物、可卡因，肿瘤、微生物、寄生虫标志分子、蛋白或核酸。

实施例四

本实施例是输出动力腔道内生物微传感器的使用方法的实施例。

输出动力腔道内生物微传感器的使用方法包括以下步骤：

S1：将特异核酸适配体分子(通常是利用体外筛选技术获得，体外筛选技术--指数富集的配体系统进化技术(Systematic evolution of ligands by exponentialenrichment，SELEX)，即从核酸分子文库中得到的寡核苷酸片段。)固定在反应板21上，将其余反应物放置在多个腔室内，接着通过动力壳3为转动转轴2提供动力；

S2：在开放的第一腔室11中，通过反应板21底部的固定分子如核酸适配体对标靶进行特异性的识别并结合；接着转动转轴2带动反应板21进入第二腔室12，对已经识别的目标物，再次结合携带信号放大分子的核酸适配体；继续进入第三腔室13内，所述阻隔板151的顶部与反应板21的底部滑动连接；

S3：在第三腔室13内通过设置有多级反应腔室132，在多级反应腔室132的内部盛放有信号放大分子，可以进一步与反应板21上分子进行反应，使信号级联放大；接着在第三腔室13的最后一个多级反应腔室132内部盛放有催化底物，与前面结合后的反应板21底部的反应物进行酶催化反应，产生对人体无害的气体，同时多级反应腔室132的内壁开设的动力输出口131对反应气体进行释放，产生动力信号输出；

S4：进入最后一个腔室，通过酶抗体或其他物质，灭活酶分子，使传感器恢复功能，进入下一个循环。或设置一个新的类似多级反应腔室132的腔室。

在上述实施例中，围绕转子形成一个囊状结构，被分隔间隔分隔成三个及三个以上的腔室；特异分子固定在转子上，转子在电力或腔道蠕动压力转换呈动力的带动下转动。第一腔室呈柔性，有腔道内容物进出口，通过瓣膜设计使之单向流动，通过半透膜使之选择性透过，转子远侧可以设计褶皱，让更多液体通过转子，使出现的标靶更容易结合在转子表面固定的特异分子上。分隔间隔与转子接触端，有顺向刮板，防止转子表面的非结合物非特异分子-标靶产物进入下一腔室。在第二个密闭腔室内与信号放大分子结合，经过顺向刮板作业后，进入第三室，即第三腔室，进行信号二级放大或多级放大，最后与底物反应，产生气体，通过瓣膜口喷出气体，输出压力。最后腔室释放三室内容物并补充新的底物。

在核苷酸水凝胶体系中，包括如下步骤：1、整个转子表面固定多条DNA、RNA、PNA、LNA链，固定在转子表面，在第一室内，与标靶分子部分空间结构进行特异性结合；2、在第二室内，有多条核酸适体分子与酶分子或纳米粒子混合而制备核酸适体交联水凝胶微粒，其可以与标靶分子的未被结合的另一部分空间结构特异性结合；可以通过构型改变释放水凝胶微粒中的酶分子或纳米粒子；或不改变构型进入第三室内，第三室内含有不同已知浓度分析物的底物溶液及水解核酸适体交联水凝胶微粒的酶，水凝胶酶解反应释放出酶或纳米粒子；可以加入分解水凝胶各种成分的多种酶，加速催化纳米粒子或酶的释放；释放的酶或纳米粒子与底物发生催化反应；密闭体系中，产生的大量气体使体系内的压强升高，输出动力。3、最后腔室释放三室内容物并补充新的底物。

其中，一种实现方式是利用两条丙烯酰胺/DNA高聚链，一条两端能够分别与两条高聚链上DNA序列互补配对的核酸适配体形成DNA水凝胶。

其中，将酶分子或纳米离子包裹在形成的DNA水凝胶中DNA三链结构形成的腔体中，利用分子之间的位阻限制酶分子或纳米离子使其不能够自由扩散。靶标分子存在时，核酸适配体发生构象变化，导致DNA水凝胶瓦解，释放出其中的酶分子或纳米粒子。

根据反应情况，如果核酸适配体与标靶分子结合后，导致分子构型改变直接释放酶或催化纳米颗粒，所述囊状体(1)内，第二腔室(12)可以与第三腔室(13)合并为第2-3腔室，其中有信号放大分子，且信号放大分子包括级联信号放大分子、催化底物分解的纳米颗粒复合物或酶，还包括底物与合适的溶液条件；所述第四腔室(14)还可以设置0个或多个的结构与功能类似的第2-3腔室，当然也可以做更多这样的备用腔室，从而实现重复使用。

这种输出动力腔道内生物微传感器，分子间特异性结合主要利用氢键、静电引力、范德华力与目标分子进行选择性结合。待分析物多种多样，所述DNA，RNA,PNA和LNA的长度为5碱基对到1000碱基对。分子特异性结合方式包括核酸与核酸之间的相互作用，蛋白质与核酸之间的相互作用，核酸与多糖之间的相互作用或核酸与其他物质之间的相互作用。

在传统的酶联实验中，即蛋白质与蛋白质结合过程往往孵育30分钟左右，需要时间较长，使之并不适合使用。但是生物化学反应受温度、浓度、液体流动速度等因素影响。这种输出动力腔道内生物微传感器，基于核酸适配体的反应比抗原抗体反应速度快，同时在体腔内进行，天然的温度特别合适，适于反应的最好的催化状态的发挥。再加上增加催化剂用量或用多级催化，比如包裹的纳米催化颗粒。最后更有效的提高杂交效率的方式是在芯片上施加物理作用力，用扰动来促进杂交时的扩散。在人体腔道，尤其是胃肠道内，天然就有胃肠蠕动、人体运动，通过一定弹性的外壳传递给内部成分，增加扰动，促进结合。这样我们使每个小室的停留时间保持在0.5-2分钟之间即可达到充分反应的效果，保证了反应的迅速性。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。