基于微流控芯片的免疫传感器研究

论文摘要

微流控芯片结合了生物和微电子加工等技术,将实验室中多种仪器的功能集成到几平方厘米（甚至更小）的芯片上处理,它有很多优点如:微型化、集成化、检测效率高、检测成本低等。目前微流控芯片已经应用于生物化学、医学检验、药物合成筛选、环境监测等领域,有着广泛的发展空间和良好的应用前景。现在普遍使用的微流控芯片的制作材料高分子聚合材料存在一些问题,例如非特异性吸附等。研究结果表明,对高分子材料表面进行修饰改性可以改善它的性质,使聚合物芯片更有利于实际生物样品分析。本论文以聚甲基丙烯酸甲酯微流控分析芯片为研究对象,通过采用有效的修饰方法对其进行表面改性,成功实现了抗体分子的固定,并将该方法用于酶联免疫分析的研究,采用柱端电化学方法对该微流控芯片免疫传感器进行了检测,得到了满意的分析效果。本论文包括以下几个方面的内容:一.概述了微流控分析技术及其在生物分析中的应用概述了微流控芯片分析技术的发展现状,例如微流控芯片的制作材料、加工方法、进样技术和检测技术等。介绍了微流控分析技术在生物分析中的应用,并对微流控芯片未来的发展趋势及其应用领域进行了展望,最后本章着重讨论了本论文研究的目的及意义。二.基于微流控芯片的免疫传感器研究1.聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微流控芯片通道表面改性的研究通过高分子共聚反应合成了（甲基丙烯酸丁酯）x-γ-（甲基丙烯酰氧基）丙基三甲氧基硅烷)y[（BMA）x-（MAOPTAS）y],实现了PMMA材料表面硅烷化,在憎水、化学惰性的聚合物表面引入活性基团,为接下来的生物识别分子固定研究提供了极大的可能性。采用热压法制作PMMA微流控芯片,在通道表面经微流控芯片的表面化学改性引入的硅烷化活性基团与Al2O3溶胶-凝胶之间进行缩合反应,在缩合过程中实现了蛋白质分子在芯片通道内的固定。2.聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片在免疫分析中的应用采用上述固定方法,制备了微流控芯片免疫传感器。首先采用Al2O3溶胶-凝胶将抗体（anti-IgG）包埋于经（BMA）x-（MAOPTAS）y修饰过的微流控芯片微通道中,然后通过抗原-抗体特异性相互作用结合抗原（IgG）以及碱性磷酸酶标记的二抗（ALP-anti-IgG）,制备了微流控芯片免疫传感器,进行ELISA酶联免疫分析。分别采用微分脉冲伏安法（DPV）和电流-时间曲线法（Amperometric i-t Curve）进行了电化学检测。由于微通道内具有较大的表面积/体积比等特点,微流控芯片把免疫分析的反应时间缩短到10分钟以内,并且大大简化了分析过程。氧化铝溶胶-凝胶网络结构能够有效的保持抗体的生物活性,并且能够抗蛋白质的非特异性吸附,该方法具有检测灵敏度高（检测下限达1pg/ml）,线性范围宽（1-500pg/ml）等优点。因此微流控芯片免疫传感器在临床应用和环境检测中有巨大的发展潜力。三.壳聚糖/透明质酸微球组装的表面及其应用于酪氨酸酶传感器的初步探索通过壳聚糖/透明质酸纳米微球（CS/HA nanoparticle）与阳离子聚电解质（PDDA）采用层层组装技术（LbL）在导电玻璃（ITO）电极上构建功能性的表面,将酪氨酸酶吸附于组装膜上,制备了生物传感器并用于溶液中微量苯酚的检测,具有灵敏度高、检出限低(10-7M)、线性范围宽(10-4M-10-7M)等优点,同时改变聚合物微球的组装层数可调控酶的负载量,从而控制酶电极的催化性能。壳聚糖/透明质酸纳米微球组装膜生物相容性较好、酶的吸附能力强,在生物分子固定方面具有很大的发展优势,在生物传感器、酶反应器等纳米生物器件中有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1 微流控芯片概述
• 1.1 微流控芯片制作技术
• 1.2 微流控芯片检测器
• 1.3 微流控芯片在生物分析中的应用
• 1.4 微流控芯片的优点及展望
• 2 免疫分析概述
• 2.1 免疫分析法分类
• 2.2 放射免疫分析
• 2.3 酶联免疫分析
• 2.4 荧光免疫分析
• 2.5 化学发光免疫分析
• 2.6 免疫分析的发展趋势
• 3 电化学生物传感器概述
• 3.1 电化学生物传感器
• 3.2 电化学生物传感器的制作
• 3.3 层层组装技术在生物传感器中的应用
• 4 本论文的研究意义
• 5 参考文献
• 第二章 聚甲基丙烯酸甲酯微流控芯片的表面修饰方法及其在免疫分析中的应用研究
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 仪器
• 3 实验方法
• 3.1 微流控芯片的制备
• 3.2 微流控芯片的表面改性
• 3.3 表征实验
• 3.4 微流控芯片免疫传感器的电化学检测
• 4 实验结果与讨论
• 4.1 表面化学修饰的基本原理
• 4.2 微流控芯片通道内抗体（anti-IgG）的固定
• 4.3 ELISA免疫分析
• 5 结论及展望
• 6 参考文献
• 第三章 壳聚糖/透明质酸微球组装的表面及其应用于酪氨酸酶传感器的初步探索
• 1 引言
• 2 实验部分
• 2.1 试剂
• 2.2 仪器
• 2.3 壳聚糖/透明质酸纳米微球的制备
• 2.4 壳聚糖/透明质酸微球修饰电极的制备
• 2.5 酪氨酸酶生物传感器的电化学检测
• 3 结果与讨论
• 3.1 壳聚糖/透明质酸纳米微球的透射电镜（TEM）表征
• 3.2 酪氨酸酶生物传感器的电化学响应
• 4 小结与展望
• 5 参考文献
• 硕士期间发表论文情况
• 致谢