基于磁性微球的PMMA微流控免疫分析芯片系统的研究

论文摘要

随着分析化学、生物学、电子学、计算机技术等领域的快速发展,新的分析仪器不断应用于检验医学,使检验医学得到了快速的发展。近年来检验医学形成了一个新的分支-现场快速检验,现场快速检验使用微型的便携式仪器或者快速简便的检测方法在病床、家庭或者野外等场所实现对各种标本快速的测定。现场快速检验由于其简便、快速及相当高的准确性,将是未来医学检验发展的主力,现场快速检验的高速发展将对检验医学带来新的发展机遇。免疫分析技术作为生物学中一种重要的分析方法,由于具有高度的特异性和敏感性,已广泛用于临床医学诊断、药学分析、环境监测及生物学研究等领域,但目前常规免疫分析方法存在分析时间长、操作繁琐等缺点,限制了其在现场快速检验中的运用。商品化的自动分析仪器虽然分析效率高、分析准确度好,但这类仪器体积比较大,价格昂贵,分析成本高,目前只在一部分大型医院使用。因此研制一种适合于中小型医院和基层医疗单位及各种现场检测的微型化、便携化的免疫分析仪器成为人们关注的焦点。微流控分析作为一种新的微型化分析平台,通过微细加工技术在芯片上构建由各种微功能元件构成的微流路系统,于芯片上进行一种或连续多种的反应,达到对样品高通量快速分析的目的。将微流控芯片用于免疫分析,可以改善免疫分析性能:①缩短反应时间,提高分析效率。许多微流控芯片可在数秒至数十秒完成测定、分离或其他更复杂的操作。②节约试剂和样本,微流控芯片分析的试样与试剂消耗已降低至数微升水平,并随着技术水平的提高,还有可能进一步减少,这降低了分析费用和贵重的单克隆抗体和抗原的消耗。③易于集成化便携化、操作简便,更易实现自动化,有希望用于各类现场分析。但目前的微流控免疫分析都是一次性使用,导致检测成本过高,由于加工工艺的限制不同芯片之间的差异也会导致检测的系统误差增大;另外大部分微流控分析芯片将抗体直接固定在微通道内,这种固定方法可能会使抗体变性以及增加非特异性吸附,使分析的灵敏度降低。本研究根据超顺磁性微球的特性,以超顺磁性微球为抗原抗体的固相载体,并在其表面进行免疫反应,通过在芯片系统中构建微型电磁场来实现超顺磁性微球在芯片中的定位和释放,实现微流控芯片的重复使用。研究将微流控芯片、超顺磁性微球技术、化学发光技术结合起来,试图研究一种基于微流控芯片的免疫分析系统,以满足能够基层医院及在军事等特殊条件下进行免疫分析的需要。在本项目研究中,我们所获得的主要结果和结论归纳如下:

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 英文缩写表
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及研究意义
• 1.2 微流控芯片技术
• 1.2.1 微流控芯片简介
• 1.2.2 微流控芯片的加工材料和制作工艺
• 1.2.3 微流控芯片流体控制
• 1.2.4 微流控芯片信号检测方法
• 1.2.5 微流控芯片与生物芯片
• 1.2.6 微流控芯片发展概况及展望
• 1.3 免疫分析技术
• 1.3.1 放射免疫分析
• 1.3.2 荧光免疫分析
• 1.3.3 酶免疫分析
• 1.3.4 发光免疫分析
• 1.3.5 金属离子免疫分析
• 1.4 微流控芯片用于免疫分析的研究
• 1.4.1 均相免疫分析
• 1.4.2 非均相免疫分析
• 1.4.3 微流控免疫分析芯片的优缺点
• 1.5 论文主要内容
• 2 激光用于高分子聚合物微流控芯片加工的研究
• 2.1 用于微流控芯片加工的高分子聚合物种类及其材料特性
• 2.2 高分子聚合物微流控芯片的加工方法
• 2.2.1 热压
• 2.2.2 注射成型
• 2.2.3 软光刻技术
• 2.2.4 反应离子深刻蚀技术
• 2.2.5 激光微加工技术
• 2.3 激光用于高分子聚合物加工的数学模型研究
• 2.3.1 激光加工高分子聚合物微流控芯片通道深度的研究
• 2.3.2 激光微加工法用于高分子聚合物芯片加工的过程分析
• 2.3.3 激光加工聚合物微流控芯片暂态烧蚀模型研究
• 2.4 激光微加工法用于高分子聚合物微流控芯片加工的研究
• 2.4.1 激光器的选择
• 2.4.2 高分子聚合物材料的选择
• 2.4.3 激光加工装置的构建
• 2.4.4 激光加工PMMA 芯片的基本过程
• 2.5 小结
• 3 微流控免疫分析芯片系统的设计
• 3.1 微流控免疫分析系统设计的原则
• 3.1.1 化学发光与免疫分析
• 3.1.2 超顺磁性微球与免疫分析
• 3.2 微流控免疫分析芯片系统的设计
• 3.2.1 芯片设计
• 3.2.2 流体控制装置
• 3.2.3 微型电磁场
• 3.2.4 化学发光信号检测
• 3.3 微流控免疫分析芯片系统的调试
• 3.3.1 实验器材
• 3.3.2 实验方法
• 3.3.3 实验结果与分析
• 3.4 小结
• 4 微流控芯片分析系统用于免疫分析的研究
• 4.1 微流控芯片用于双抗体夹心免疫分析
• 4.1.1 超顺磁性微球的制备
• 4.1.2 聚苯乙烯微球表面固载的研究
• 4.1.3 鲁米诺化学发光体系研究
• 4.1.4 微流控芯片用于AFP 免疫分析的研究
• 4.2 竞争法免疫分析
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 实验结果及分析
• 4.3 小结
• 5 研究总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A：作者在攻读博士学位期间发表论文目录
• B：作者在攻读博士学位期间参编的教材及著作
• C：作者在攻读博士学位期间参加科研项目情况
• D：作者在攻读博士学位期间获得奖励情况