微流控芯片及有机发光二极管荧光检测系统的研究

论文摘要

本论文从分析方法和仪器搭建两方面入手,以体现微流控芯片系统快速、高通量、微型化和集成化几个特点为目标,进行了一些探索性工作:针对电场力驱动细胞进样效率低的问题,利用储液池液面差引起的静压力驱动细胞向微通道中进样,然后在静压力和电场力共同作用下实现细胞的聚焦和迁移,在十字型微流控芯片上实现了流式细胞检测技术,并用于紫外线照射诱导HeLa细胞凋亡和坏死情况的半定量检测。将传统流式细胞仪的各组成部分集成在一块微流控芯片上,发展了以细胞自身的重力为动力,驱动细胞在竖直放置的芯片微管道中运动的模式,避免了电场力驱动时对细胞的损伤作用引起的细胞凋亡,保持了细胞的活性。还发展了根据细胞表面带电荷情况不同,在重力和电场力共同作用下进行细胞分选的模式,并采用流体力学方法对细胞在重力场和电场中的受力和运动情况进行了分析。该系统不必外加泵阀等设备,进一步减小了体积,简化了结构。上述微流控芯片流式细胞检测系统虽然通过微加工技术实现功能单元的集成,使得体积大为降低,但该系统采用的激光诱导荧光检测器体积庞大,成为芯片系统微型化的关键问题。针对这一问题,以有机发光二极管（OLED）为激发光源,搭建了用于微流控芯片的微型化荧光检测系统。针对OLED发射光谱范围宽的弱点,设计加工了厚度仅为300μm的激发光滤光片,将干扰荧光检测的激发光滤除～95%。对于Alexa532染料,在进样体积为0.7 nL时,得到的检测限为14 fmol,系统的灵敏度与文献报道的结果相比大幅提高。根据OLED器件具有便于加工和可集成的特点,进一步以OLED作为二维光源,建立了微流控芯片等电聚焦（IEF）电泳荧光柱成像检测系统。与文献报道的柱成像检测系统相比体积大为降低,结构也大大简化。该系统可以对IEF过程进行实时动态监测,并实现了快速分离分析,15 s内完成整个聚焦过程和检测。荧光蛋白R-phycoerythrin的检出限约为2.5×10-9 mol/L,即进样体积75 nL的绝对检出量约45 pg。此外,还发展了三通道IEF柱成像检测,提高了系统的样品分析通量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 微流控芯片流式细胞术
• 1.1.1 细胞操纵
• 1.1.2 细胞计数
• 1.1.3 细胞分选
• 1.2 微流控芯片荧光检测系统的微型化与集成化
• 1.2.1 光学系统
• 1.2.2 检测器
• 1.2.3 光源
• 1.3 蛋白质等电聚焦电泳柱成像检测系统
• 1.3.1 毛细管等电聚焦电泳
• 1.3.2 单点检测
• 1.3.3 柱扫描检测
• 1.3.4 柱成像检测
• 1.3.5 微流控芯片IEF 研究
• 1.4 本课题研究背景、研究内容及意义
• 1.4.1 研究背景
• 1.4.2 研究内容及研究方法
• 第2章 微流控芯片的加工
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验仪器及试剂
• 2.1.2 玻璃微流控芯片的加工
• 2.1.3 PDMS 微流控芯片的加工
• 2.2 小结
• 第3章 微流控芯片流式细胞分析技术
• 3.1 微流控芯片细胞电泳
• 3.1.1 实验仪器、试剂及方法
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.2 微流控芯片流式细胞检测
• 3.2.1 实验仪器、试剂及方法
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.3 微流控芯片重力驱动流式细胞检测和分选
• 3.3.1 实验仪器、试剂及方法
• 3.3.2 结果与讨论
• 3.4 小结
• 第4章 以有机发光二极管为激发光源的微流控芯片荧光检测系统
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂、仪器
• 4.1.2 蛋白标记
• 4.1.3 芯片加工
• 4.1.4 OLED 加工
• 4.1.5 检测系统
• 4.1.6 芯片电泳条件
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 光源系统的设计
• 4.2.2 芯片设计与涂层
• 4.2.3 OLEDs 光源的稳定性
• 4.2.4 针孔的优化
• 4.2.5 系统检测性能
• 4.2.6 BSA 衍生物的电泳分离和荧光检测
• 4.3 小结
• 第5章 以有机发光二极管为光源的荧光柱成像检测系统
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 实验试剂、仪器
• 5.1.2 R-PE 蛋白样品处理
• 5.1.3 芯片加工
• 5.1.4 荧光柱成像检测系统的搭建
• 5.1.5 IEF 电泳条件
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 柱成像检测系统的微型化
• 5.2.2 IEF 电泳条件的优化
• 5.2.3 柱长的比较
• 5.2.4 检测系统性能
• 5.2.5 三通道IEF 成像
• 5.3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果