基于磁性微球的PMMA微流控免疫分析芯片系统的研究

摘要

免疫分析技术是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。 微流控分析作为一种新的微型化分析平台，具有分析效率高、消耗试剂少、易于集成化与便携化等优点。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，研究基于微流控芯片的微型化免疫分析系统，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： (1) 目前大部分微流控分析芯片只能一次性使用，导致检测成本过高，而且由于加工工艺的限制，不同芯片之间的差异也会导致检测过程中系统误差增大。针对这一现状，我们将超顺磁性微球用于微流控分析芯片系统，以实现微流控芯片的可重复利用。将超顺磁性微球引入微流控芯片还可以提高分析的灵敏度。 (2) 由于具有灵敏度高，检测线性范围宽的优点，实验采用化学发光作为免疫分析的检测信号，化学发光信号不需要激发光的激发，免除了各种可能因素给分析带来的影响，使分析结果更加灵敏稳定可靠。化学发光信号检测装置相对比较简单，为芯片分析系统的微型化提供了一定的基础。 (3) 目前微流控芯片主要是以硅片为材料，通过光刻和蚀刻技术进行加工，然后可以获得精度很高的微流控芯片，但是这种方法存在对加工条件要求高、加工周期长、加工成本贵等缺陷。研究提出以高分子聚合物为芯片材料，采用激光法微加工技术加工微流控芯片。在实验中，通过自己构建的的激光加工装置，对加工过程中激光强度、加工次数、通道表面修饰处理、键合条件等进行了优化，获得比较好的芯片，能满足研究的需要。这种芯片微加工方法对加工设备要求低、加工周期短，是一种较好的微流控芯片快速加工技术。 (4) 我们构建了由流体控制系统、免疫反应系统和信号检测处理系统等几个部分组成的微流控免疫分析芯片装置。采用该装置通过设定的分析程序成功地实现了 AFP 双抗体夹心法免疫分析和 T<,3> 竞争法免疫分析，其分析结果与 Beckman Coulter ACCESS 免疫分析仪分析结果无显著性差异，整个分析可以在20分钟内完成，所消耗的抗原抗体试剂量仅为5μl，远远低于其他分析方法。该系统测定AFP的灵敏度为0.27ng/ml，测定总T<,3>的灵敏度为0.18ng/ml，均明显高于常规免疫分析方法。因此采用我们制作的微流控芯片系统可以完成免疫分析，检测性能优于常规免疫分析，基本能体现微流控芯片快速、高效、消耗试剂小的优点。由于我们对微流控免疫分析芯片系统的研究还处于起步阶段，在实验过程中还存在一定的不足，主要表现在芯片分析系统过于庞大、芯片设计过于简单等，还需在以后的研究中进行进一步改进。 研究将微流控芯片技术、超顺磁性微球技术、化学发光技术等技术结合起来，构建可以用于免疫分析的微流控芯片系统，该系统具有检测速度快、消耗试剂少等优点。研究为微流控芯片的可重复使用提供了一个新的途径，为微型化自动免疫分析装置的研究奠定了理论和技术基础。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：英文缩写表

声明

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(hot embossing)

2.2.2注射成型(Injection molding)

2.2.3软光刻技术(soft lithography)

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思路

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

5.1本论文取得的进展

5.2本论文的创新点

5.3下一步的研究工作

致 谢

参考文献

附 录