基于微流控和纳米颗粒的生物分子光学检测

论文摘要

在疾病相关生物检测的发展与应用过程中,人们对于检测方法的通量,灵敏度,便捷程度提出了越来越高的要求。例如核酸的检测中,传统的PCR方法和设备难以实现高通量,小型化的检测;与肿瘤诊断相关的肿瘤标志物的检测中,标志物含量很低,传统方法如放射免疫分析等用到放射性同位素,对人体和环境均有损害,并且操作繁琐;又如在与多种疾病相关的葡萄糖的检测中,传统方法更多的是依赖于酶、电化学或者荧光等方法,酶易失活,而电化学,荧光等方法需要的设备复杂进而局限了此类方法的应用和推广。近些年微纳米技术的发展,为解决上述疾病相关生物检测方面的问题提供了机遇。本论文利用微流控技术及纳米材料,发展了针对核酸,肿瘤标志物和葡萄糖等生物分子的几种光学检测方法。利用聚二甲基硅氧烷制备平行微管道,与环介导的核酸等温扩增结合,对流感病毒H1NA特异性靶序列进行检测。当管道中存在靶序列,靶序列的扩增反应导致白色沉淀,该白色沉淀为扩增反应副产物焦磷酸镁。通过观测白色沉淀的产生,可以对样品的阴阳性进行判断。另外,还设计了一种与光纤传感器相结合的微流管道,通过检测溶液浊度的变化,实现对环介导核酸等温扩增过程的实时监测。与传统在PCR管中的核酸检测相比,该方法具有通量高,结果直观等优点。利用CdTe量子点的电化学发光特性,将量子点标记到AFP的二抗上。ITO电极上修饰针对抗原另一表位的抗体。当抗原存在时,抗原与电极上修饰的抗体、量子点标记抗体在电极表面形成夹心免疫复合物。在电极上施加电压,量子点会产生电化学发光,发光强度与抗原浓度有关,该方法最低能够对10 ng/mL的AFP抗原做出响应。本论文还对不同浓度的EDC/NHS标记蛋白质的效果用高效液相色谱进行了表征。此外本论文还发展了一种金纳米颗粒辅助的银镜反应高灵敏度检测葡萄糖的方法。当体系中存在葡萄糖时,银离子被还原成银单质形成银外壳包覆在金纳米颗粒表面,导致溶液在520 nm的金纳米颗粒的特征吸收消失,410 nm的银的特征吸收增强,溶液由红色变成黄色。410 nm吸收强度与葡萄糖浓度有关。该方法用裸眼最低能够判定10 nM的葡萄糖存在,线性范围是0.04 mM到1.0 mM。论文中,详细讨论了影响该方法的各项因素,并将该方法用于血清中葡萄糖的检测,具有良好的响应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 微流控技术在核酸检测中的应用
• 1.2.1 微流控技术简介
• 1.2.2 微流控在核酸检测中的应用
• 1.3 纳米材料在生物分子检测中的应用
• 1.3.1 量子点在电化学发光免疫检测中的应用
• 1.3.2 金纳米颗粒在葡萄糖检测中的应用
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第2章 基于微流控和环介导核酸等温扩增检测流感病毒靶序列
• 2.1 实验材料
• 2.1.1 实验试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验步骤
• 2.2.1 微流控芯片的制备
• 2.2.2 PCR管中的对不同浓度靶序列的LAMP检测
• 2.2.3 微流控芯片中的LAMP
• 2.2.4 微流控芯片中LAMP反应实时测量
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 微流控芯片的制备
• 2.3.2 环介导核酸等温扩增原理
• 2.3.3 PCR管中的对不同浓度靶序列的LAMP检测
• 2.3.4 微流控芯片中LAMP检测流感病毒靶序列
• 2.3.5 微流控芯片中LAMP的实时测量
• 2.4 本章小结
• 第3章 CdTe量子点电化学发光免疫检测甲胎蛋白
• 3.1 实验材料
• 3.1.1 实验试剂
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 实验步骤
• 3.2.1 ITO导电玻璃处理
• 3.2.2 抗体修饰ITO导电玻璃
• 3.2.3 高效液相色谱表征量子点标记蛋白的效率
• 3.2.4 CdTe量子点标记抗体
• 3.2.5 AFP的免疫检测及电化学发光检测
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 高效液相色谱表征量子点标记蛋白质的效率
• 3.3.2 CdTe量子点标记抗体
• 3.4 本章小结
• 第4章 金纳米颗粒辅助的银镜反应高灵敏度检测葡萄糖
• 4.1 实验材料
• 4.1.1 实验试剂
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 银氨溶液的制备
• 4.2.2 Au NPs制备
• 4.2.3 金核银壳结构纳米颗粒产生的表征
• 4.2.4 实验条件优化
• 4.2.5 动力学曲线的测定
• 4.2.6 过氧化氢对体系干扰的研究
• 4.2.7 葡萄糖的检测
• 4.2.8 离子强度对反应体系的影响
• 4.2.9 还原剂和蛋白质对检测体系的干扰试验
• 4.2.10 大鼠血清中葡萄糖的检测
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 Au NPs辅助的银镜反应高灵敏度检测葡萄糖
• 4.3.2 体系中Au NPs浓度与银氨溶液浓度的优化
• 4.3.3 动力学曲线的测定
• 4.3.4 过氧化氢对反应体系影响的研究
• 4.3.5 葡萄糖检测
• 4.3.6 离子强度对反应体系的影响
• 4.3.7 还原性物质和蛋白质对检测体系的干扰试验
• 4.3.8 大鼠血清中葡萄糖的检测
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢