单分子流式检测仪的研制

论文摘要

随着人类基因组测序工作的完成,生命科学进入了功能基因组和蛋白质组学时代,越来越多的表征机体生理、病理状况的蛋白质生物标志物被发现,为疾病诊断、预后、治疗监测、和药物筛选提供了强有力的研究手段。尽管蛋白质的表达水平较信使RNA(mRNA)更能准确地反映出生物体表型的异常,常规样品如组织或体液中蛋白标志物的丰度一般都非常低,加上尚未找到类似于核酸聚合链反应(PCR)的蛋白质扩增方法,发展蛋白质的超高灵敏检测技术成为生物标志物得以实际应用的基础。单分子检测是生物检测技术的最高极限,我们拟结合单分子流式检测技术和微珠免疫分析方法创建超高灵敏蛋白质免疫化学分析平台,为实现疾病的早期诊断创造必要条件。本论文的工作是以目前应用于单个DNA分子片断长度测定的流式细胞仪为模板研制单分子检测水平的流式检测仪,为超高灵敏蛋白质免疫化学分析平台的建立提供硬件支持。本论文共由三章组成:第一章为文献综述,主要介绍单分子检测的常用技术、单分子荧光检测的原理、单分子荧光检测技术的关键问题以及单分子检测的应用。在本章最后介绍了本论文的研究目的、意义和主要内容。第二章为单分子流式检测仪的研制,主要内容包括:1)研制仪器所需主要零部件的选购与功能介绍;2)仪器光路系统、液流系统和检测系统的设计;3)进样器和特殊安装部件的设计与加工;4)仪器在AutoCAD软件中的模拟搭建,确定各个光学元件之间的相对位置以及光学中心的高度;5)信号采集和数据处理软件的介绍,为后续的仪器操作及调试工作提供保障;6)根据各个系统的设计与模拟完成单分子流式检测仪的组装。第三章为单分子流式检测仪的调试与性能分析。仪器的调试工作,主要包括光路校准、流速调节以及数据采集参数的优化。对仪器的性能进行了考察,实验结果表明自行研制的单分子流式检测仪达到了单分子水平的检测,具有良好的重现性和稳定性,而且能够分辨不同大小的DNA片断,即具有较好的分辨率。本工作的主要创新点:(1)结合激光诱导荧光和流体聚焦技术,研制出一台单分子流式检测仪,成功地实现对单个DNA片断和单个藻红蛋白的检测。(2)单分子流式检测仪成功地应用于DNA片断长度的测定,与凝胶电泳分离相比,分析速度和灵敏度分别提高一百和十万倍。(3)与单分子荧光显微术相比,流式分析将固定的标本台改为流动的单分子悬液,大大提高了检测速度与统计精确性,更加适合生物样品的快速、超高灵敏分析。单分子流式检测仪除了可以应用于蛋白质的超高灵敏检测和DNA片断长度的测定,还可以对单个病毒、细菌、亚细胞器、细胞等生物颗粒的生化特性进行检测,也可实现毛细管电泳分离的超高灵敏检测,与液相芯片结合实现多组分的同时检测等,所以单分子流式检测仪将在生命科学领域得到重要应用。

论文目录

• 摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 单分子检测技术
• 1.2.1 扫描探针显微术
• 1.2.2 化学方法
• 1.2.3 光学方法
• 1.3 单分子荧光检测
• 1.3.1 单分子荧光的产生原理
• 1.3.2 单分子荧光检测技术的关键
• 1.3.3 单分子荧光检测的应用
• 1.4 本论文的研究目的、意义与主要内容
• 参考文献
• 第二章 单分子流式检测仪的研制
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 仪器的主要零部件
• 2.2.2 特殊零部件的设计
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 主要零部件的选购及其在仪器中的作用
• 2.3.2 进样器和特殊安装部件的加工
• 2.3.3 单分子流式检测仪的模拟搭建
• 2.3.4 单分子流式检测仪的组装
• 2.3.5 信号采集和数据处理软件的介绍
• 2.4 结论
• 参考文献
• 第三章 单分子流式检测仪的调试与性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 样品贮备液的制备
• 3.2.2 调试步骤
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 光路校准
• 3.3.2 流速调节
• 3.3.3 数据采集参数的优化
• 3.3.4 仪器的性能分析
• 3.4 结论
• 3.5 前景展望
• 参考文献
• 在学期间发表论文
• 致谢