基于卟啉的肺癌早期诊断和传感方法的研究

论文摘要

呼吸气体诊断是一种无创诊断技术,通过检测呼吸气体中的特征成份及浓度实现对病人的诊断和筛选,是一种很有前景的疾病诊断与监护方法。本课题根据国内外关于呼吸气体中的某些挥发性有机化合物成份与肺癌相关的研究工作报告,重点参考了Phillips博士建立的22种挥发性有机化合物标志物筛选诊断肺癌病人的模型,并以此为出发点选出了5种目标检测物质,有:苯、庚醛、苯乙烯、对二甲苯、α-甲基苯乙烯。采用卟啉及金属卟啉作为敏感物质对5种目标检测物质进行检测,重点研究其相互作用特征响应的传感方法。针对这5种目标检测物质,本论文主要完成了以下两方面的工作:首先,制备得到了9种卟啉及金属卟啉。利用卟啉及金属卟啉溶液与5种目标检测物质溶液做了紫外可见光谱液体敏感实验的筛选工作,比较单种卟啉针对单种检测物质的紫外可见光谱变化,明确了检测限和相互作用后的特征响应,筛选出了检测效果较好的卟啉有P1,P2和P3三种;采用SEMICA-P软件对单种卟啉分别与5种检测物质相互作用的光谱数据做了主成分分析,发现单种卟啉检测的检测限虽然较低,但是特异性并不理想。其次,利用毛细管在疏水的PVDF膜上进行卟啉和指示剂溶液的点样,制备了4×3卟啉染料阵列,搭建了气体发生和反应系统实验装置,使卟啉染料阵列与单种检测物质的气体分别作用。通过采集卟啉染料阵列与不同浓度的检测物质气体相互作用前后的图像,用matlab软件处理得到其响应特征。发现卟啉染料阵列对单种检测物质气体的响应时间为几分钟,检测限可达ppm以下,且对不同物质的响应特征存在很大的差异,实现了定性分析。而湿度变化对卟啉染料阵列上的卟啉几乎没有造成影响,但是指示剂受到了一定程度的影响。对卟啉染料阵列的RGB特征响应数据进行了主成分分析,发现检测具有较好的重现性,5种检测物质能完全相互区分开,并形成了聚类。鉴于卟啉光学传感器性能稳定,响应时间短,检测限低,灵敏度高,几乎不受湿度影响的优势,利用卟啉阵列的光学性质来检测人体呼吸气体中的特征挥发性有机气体成分,为实现对肺癌病人的筛选及对肺癌病人的病情的监控打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 肺癌
• 1.1.1 肺癌的定义和现状
• 1.1.2 肺癌的常规诊断方法
• 1.2 呼吸气体诊断
• 1.2.1 呼吸气体诊断的定义、分类和特点
• 1.2.2 呼吸气体诊断的发展
• 1.3 检测呼吸气体中挥发性有机气体诊断肺癌
• 1.3.1 挥发性有机气体的定义和与疾病的关系
• 1.3.2 检测呼吸气体中挥发性有机气体诊断肺癌方法的发展
• 1.4 课题提出、主要研究内容及意义
• 2 卟啉及金属卟啉的应用和制备
• 2.1 卟啉及金属卟啉的结构与性质
• 2.2 卟啉及金属卟啉的应用
• 2.2.1 卟啉在临床及医学上的应用
• 2.2.2 卟啉在检测挥发性有机气体中的应用
• 2.2.3 卟啉检测无机小分子的应用
• 2.2.4 卟啉的其他应用
• 2.3 卟啉及金属卟啉的制备与表征
• 2.3.1 卟啉的制备
• 2.3.2 金属卟啉的制备
• 2.3.3 卟啉及金属卟啉的表征
• 3 诊断肺癌呼出气体标志物的卟啉的筛选及相互作用
• 3.1 引言
• 3.1.1 紫外可见吸收光谱
• 3.1.2 卟啉的光学性质
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器和试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 苯
• 3.3.2 庚醛
• 3.3.3 苯乙烯
• 3.3.4 对二甲苯
• 3.3.5 α-甲基苯乙烯
• 3.3.6 灵敏度分析
• 3.3.7 敏感性与结构的关系
• 3.4 光谱数据的SIMCA 分析
• 3.4.1 SIMCA 的基本原理
• 3.4.2 SIMCA 计算步骤
• 3.4.3 利用软件Simca-P 对光谱数据进行主成分分析
• 3.5 本章小结
• 4 卟啉微阵列检测肺癌呼出气体标志物
• 4.1 引言
• 4.1.1 传感器阵列
• 4.1.2 饱和蒸汽配气的理论和计算
• 4.1.3 模式识别
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器和试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 与苯气体的相互作用
• 4.3.2 与庚醛气体的相互作用
• 4.3.3 与苯乙烯气体的相互作用
• 4.3.4 与对二甲苯气体的相互作用
• 4.3.5 与α-甲基苯乙烯气体的相互作用
• 4.3.6 湿度的影响
• 4.4 卟啉染料阵列RGB 响应特征的主元成分分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录