微悬臂梁免疫传感技术研究

论文摘要

微悬臂梁生化传感技术是一种新型分析手段,涉及MEMS(微机电系统)、材料、生物化学及力学等交叉学科的研究。微梁作为一种最简单的MEMS器件,通过应力变形可以对发生在其表面上的生化反应进行实时检测,在免疫生化传感研究中有着潜在的应用前景。本文针对微梁免疫传感研究结果重现性和稳定性的关键一步—抗原/抗体分子在微梁镀金表面修饰方法的研究,重点研究了基于不同修饰方法对小分子的检测,通过将天然抗癌药物、重金属离子、植物激素和农药等小分子的巯基化抗体分别修饰在微梁镀金表面实现对抗原检测,就不同修饰方法的检测灵敏度进行对比,最后对实现多目标探测的微梁阵列传感器设计进行了探讨。本论文的主要工作如下:在第一章中,综述了微梁传感技术发展的历史、工作模式及在化学、生物及纳米技术方面的研究进展。在第二章中,研究了光斑性质检测精确度的影响,对环境中的杂散光和背景光等对检测灵敏度影响因素进行讨论,介绍了流动池的设计、液体流动速度的优化,分析了折射率改变对测检测灵敏度的影响,设计了一种新型便携式液体浓度检测光路系统,并对氯化钠水溶液进行检测,检测灵敏度为1‰。在第三章中,进行了小分子微梁免疫传感系统的研究,利用酶联免疫吸附测定方法对在微梁上修饰的抗体进行验证。通过硫醇自组装方法修饰谷胱甘肽转硫酶并对其抗体进行检测;利用巯基化试剂对不同的抗体进行巯基化反应,在微梁的镀金表面上修饰对应的巯基化抗体,对紫杉醇、铜离子、赤霉素和吲哚乙酸进行检测,对标准样品溶液的检测灵敏度分别为:0.8 ng/mL、0.78 ng/mL、4.5 ng/mL、100 ng/mL,并成功对血浆中的紫杉醇和自来水中的铜离子进行检测;利用巯基化二抗修饰抗体方法对乙基对硫磷进行检测,检测灵敏度为5 ng/mL,研究意义在于为农药研究提供了一个新的检测手段和为微梁表面抗体的修饰提供一个新方法;利用硫醇自组装、巯基化抗体和巯基化二抗不同的方法修饰抗体并对豆磺隆分子进行检测,同时利用酶联免疫吸附测定方法和表面等离子共振仪研究了镀金表面抗体修效果,结果表明巯基化二抗方法可以提供与抗原结合的位点是最多的,使这种修饰方法的系统检测灵敏度优于其它方法。在第四章中,针对实现多目标检测而设计了两种微梁阵列读出光路。首先搭建了微梁阵列弯曲读出的散焦光路,用CCD进行读出研究。其次利用两个激光器,分光棱镜设计出一种新型的、在微距离上平行且可调节微距离的微梁阵列光路。进一步研究可参考此思路设计出多阵列微梁系统。在第五章中,对全文工作进行总结,并对今后工作进行展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微悬臂梁传感技术概述
• 1.2.1 微梁传感技术的工作模式
• 1.2.2 微梁自由端偏转读出方式
• 1.3 微悬臂梁传感技术的研究进展
• 1.3.1 化学方面
• 1.3.2 生物方面
• 1.3.3 纳米技术在微梁传感研究领域的研究
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 微悬臂梁生化传感系统的性能分析
• 2.1 引言
• 2.2 光电位置敏感器工作特性的研究
• 2.2.1 四象限仪探测微梁偏转原理
• 2.2.2 激光光斑性质对检测信号的影响
• 2.2.3 背景光和暗电流对系统检测灵敏度的影响
• 2.3 微悬臂梁系统参数的优化设计
• 2.3.1 流动池的设计
• 2.3.2 蠕动泵流动速度的优化
• 2.3.3 微梁传感实验环境的建立
• 2.4 微梁系统光路在测量溶液浓度的分析及新装置的设计
• 2.4.1 引言
• 2.4.2 理论分析
• 2.4.3 实验验证及讨论
• 2.4.4 结论
• 2.5 本章小结
• 第三章 微悬臂梁免疫传感实验研究
• 3.1 引言
• 3.2 微梁传感研究谷胱甘肽转硫酶抗原抗体特异结合
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 材料与方法
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.4 结论
• 3.3 利用巯基化抗体修饰微悬臂梁对不同分子的检测
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 4 ELISA 对比实验
• 3.3.3 天然抗癌药物—紫杉醇的检测
• 3.3.4 重金属离子—铜离子的检测
• 3.3.5 植物激素—赤霉素和吲哚乙酸的检测
• 3.3.6 结果与讨论
• 3.4 巯基化二抗修饰微梁对乙基对硫磷的检测
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 材料与方法
• 3.4.3 结果与讨论
• 3.4.4 结论
• 3.5 不同修饰方法对微悬臂梁免疫传感器检测灵敏度的影响
• 3.5.1 引言
• 3.5.2 材料与方法
• 3.5.3 结果与讨论
• 3.5.4 结论
• 3.6 本章小结
• 第四章 微悬臂梁阵列的设计与实现
• 4.1 引言
• 4.2 CCD 读出方式的微梁阵列传感光路的搭建
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 散焦成像式光路设计
• 4.2.3 光路分析
• 4.2.4 结果与讨论
• 4.2.5 结论
• 4.3 单片机控制时序激光照射2 阵列微梁的研究
• 4.3.1 引言
• 4.3.2 微梁阵列传感器工作原理
• 4.3.3 系统设计与实现
• 4.3.4 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：作者攻读博士学位期间已发表或完成的工作