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基于MEMS技术的微型安培免疫传感芯片研究

2020-11-23阅读(175)

基于MEMS技术的微型安培免疫传感芯片研究

论文摘要

本论文研究了一种可与集成电路集成的安培免疫微传感器，用于人免疫球蛋白G（IgG）的检测。该传感器采用微电子机械系统（MEMS）技术制备，以硅片作为基底，由铂制备的平面双电极结构以及SU-8光刻胶制备的微反应池所构成。 论文设计了从源于传统固定化思想的戊二醛共价结合法，到新型的基于电化学聚合原理的几种不同的敏感膜固定化方法。其中，电聚合方法包括：抗体与聚吡咯电聚法，抗体与邻苯二胺电聚法，以及借助蛋白A与聚吡咯共聚膜实现抗体定向固定法。研究表明，采用电聚合方法制备敏感膜，具有省时、简便、可控性好等优点，是在微电极表面进行微量生物试剂固定的有效方法。 该传感器采用夹心法实现对IgG的特异性识别作用，利用酶标对其底物的催化作用，通过检测电流信号实现检测。检测敏感度为ng／ml，试剂用量仅为微升量级。 本文研究的基于MEMS技术的安培免疫微传感器与传统的酶联免疫检测法以及文献报道的安培免疫传感器相比，具有制备方法简单、响应快、试剂用量少、微型化、可集成等优点。

论文目录

  • 研究成果声明
  • 关于学位论文使用权的说明
  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章绪论
  • 1.1生物传感器的研究与发展
  • 1.1.1生物传感器的原理及优点
  • 1.1.2生物传感器的发展历程
  • 1.1.3生物传感器的发展趋势
  • 1 .1.4微型生物传感器及其集成系统的研究现状
  • 1.2临床免疫检测的方法及发展现状
  • 1.2.1免疫检测的意义
  • 1.2.2临床免疫检测的方法
  • 1.2.3标记免疫检测的发展
  • 1.2.4免疫传感器的发展
  • 1.2.5安培免疫电极的研究现状
  • 1.3本论文的主要研究内容
  • 1.3.1研究的目的及意义
  • 1.3.2研究的方法
  • 1.3.3论文研究的主要内容
  • 1.3.4论文研究的特色
  • 参考文献
  • 第二章安培免疫检测原理及方法
  • 2.1抗原抗体的性质
  • 2.1.1免疫球蛋白的结构和性质
  • 2.1.2抗原抗体的胶体特性
  • 2.1.3抗原-抗体反应的特点
  • 2.1.4扰原抗体的结合力
  • 2.1.5杭原抗体反应的影响因素
  • 2.2免疫检测的原理及方法分析
  • 2.2.1免疫检测的原理
  • 2.2.2酶免疫检测的方法及原理
  • 2.3安培免疫传感器生物信号到电信号转化的机制分析
  • 2.3.1安培型生物传感器的电子转移机制
  • 2.3.2聚合物膜修饰电极的电催化过程
  • 2.3.3聚毗咯膜的导电原理
  • 2.4安培免疫检测方案设计
  • 2.4.1标志酶及底物的选择
  • 2.4.2本论文安培免疫检测的具体实施方法
  • 2.5小结
  • 参考文献
  • 第三章微型安培免疫芯片的设计与制备
  • 3.1电极系统的分析与设计
  • 3.2电极材料及结构的分析与设计
  • 3.2.1常用电极的结构材料及要求
  • A.电极的材料结构
  • B.电极的放置
  • 3.2.2免疫电极材料及结构的设计
  • 3.2.3电极结构对敏感膜制备及检测过程的影响
  • 3.2.4 电极结构对传感器响应性能的影响
  • 3.3微反应池的结构设计与材料选取
  • 3.3.1.微反应池结构的设计
  • 3.3.2.微反应池材料的选取
  • 3.4微型安培免疫芯片的制备
  • 3.4.1.芯片制备的工艺流程
  • 3.4.2.SU-8胶工艺的注意事项
  • A.前烘
  • B.曝光
  • C.后烘
  • D.显影
  • 3.5微型免疫芯片的集成化设计
  • 3.6小结
  • 参考文献
  • 第四章抗体固定研究及免疫传感器性能测试
  • 4.1电极表面预处理
  • 4.2常用生物敏感膜的制备方法及比较
  • A.物理吸附法
  • B.化学交联法
  • C.物理包埋法
  • D.共价结合法
  • E.电化学聚合法
  • 4.3 基于聚吡咯戊二醛的抗体固定方法
  • 4.3.1聚毗咯与戊二醛固定抗体的原理
  • 4.3.2聚毗咯与戊二醛固定抗体步骤
  • 4.3.3聚毗咯膜的制备原理及方法
  • 4.3.4电聚合毗咯的实验研究及对传感器响应的影响
  • 4.3.5酶与电极之间直接电子转移的实验验证
  • 4.3.6工作电压对传感器响应的影响
  • 4.3.7聚毗咯与戊二醛固定抗体制备传感器的性能
  • A.传感器的时间响应曲线
  • B.传感器的线性范围
  • C.传感器的一致性及稳定性
  • 4.4抗体与吡咯电聚合法
  • 4.4.1抗体与吡咯电聚合法固定抗体的原理分析
  • 4.4.2抗体与吡咯电聚合法固定抗体步骤
  • 4.4.3底液pH值及温度对传感器响应的影响
  • 4.4.4 抗体与吡咯电聚合法制备传感器的性能测试
  • 4.5 抗体与邻苯二胺电聚法
  • 4.5.1 抗体与邻苯二胺电聚法固定抗体的原理及优点
  • 4.5.2 抗体与邻苯二胺电聚法固定抗体的步骤
  • 4.5.3 抗体与邻苯二胺共同电聚合的实验验证
  • 4.5.4 聚吡咯过渡层对抗体固定及传感器特性的影响
  • 4.5.5 传感器的一致性及寿命
  • 4.6 借助蛋白A与聚吡咯共聚膜实现抗体定向固定法
  • 4.6.1 抗体的定向固定
  • 4.6.2 蛋白A与聚吡咯固定抗体的实验设计
  • 4.6.3 蛋白A与聚吡咯修饰电极的表面形貌分析
  • 4.6.4 抗原抗体反应的温育过程对传感器响应的影响
  • 4.6.5 蛋白A与聚吡咯制备传感器的性能
  • 4.7 不同固定方法之间的比较
  • 4.8 与ELISA以及其他安培免疫传感器特性的比较
  • 4.9 小结
  • 第五章 总结
  • 5.1 完成的主要工作
  • 5.2 创新点
  • 5.3 展望
  • 发表论文情况
  • 致谢

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