表面等离子体子共振成像系统药效分析及重力进样芯片研制

摘要

表面等离子体子共振成像(SurfacePlasmonResonanceimaging，SPRi)技术能够实时监测反应的动态过程，无需纯化标记、灵敏度高、选择性强、实时性好，在生物分子相互作用的分析方面优势显著。SPRi在活细胞检测与医药研究领域的拓展应用及其传感器装置的小型化发展受到了越来越多的重视。
　　本文基于Kretschmann结构搭建了一套SPRi传感器系统，系统内集成有温度控制装置，以此传感器作为实验平台，实时监测、提取生物分子反应的动态信息，工作性能达标。
　　本文基于所搭建的SPRi平台提出了一种新型抗癌药物药效评估方法，结合微流控技术实现肿瘤细胞的特异性捕获与检测，探究苏拉明和顺铂两种药物对肝癌细胞HepG2的生长抑制作用;通过与常规八肽胆囊收缩素(简称CCK-8)法检测结果完成比对分析，展现了SPRi技术在药物研究领域的应用潜质。
　　本文研制了一款适用于SPRi传感器的重力进样芯片，以样品溶液自身重力作为顺序进样的驱动力，经过理论计算、数值模拟与参数测定，证明该重力进样芯片具备良好的流体进样分析能力;最终将芯片集成至SPRi传感器内部，成功实现了互补DNA单链杂交反应的动态检测。
　　总之，本研究成功搭建了一台SPRi生物传感器，基于此实验平台完成了抗癌药物对肿瘤细胞增殖抑制作用的研究，方法新颖，优势突出;此外，结合具备良好流体进样能力的自制重力芯片，成功提取了生物分子相互作用的动态信息，对生物医疗及传感器小型化的研究具有积极意义。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 表面等离子体子共振的原理

1．3 表面等离子体子共振传感器

1．3．1 波长型SPR传感器

1．3．2 角度扫描型SPR传感器

1．3．3 强度型SPR传感器

1．4 表面等离子体子共振传感器的应用

1．4．1 金属离子、有机小分子的检测应用

1．4．2 DNA和RNA的检测应用

1．4．3 蛋白质的检测应用

1．4．4 细胞的检测应用

1．4．5 药物作用的检测应用

1．5 表面等离子体子共振传感器的研究现状

1．5．1 SPR传感器的主要生产研制机构

1．5．2 SPR传感器与微流控芯片的结合

1．5．3 SPR传感器的小型化

1．6 本论文的研究意义与研究内容

2 表面等离子体子共振成像传感器的开发

2．1 SPRi传感器硬件平台介绍

2．2 SPRi传感器软件平台开发

2．2．1 MFC简介

2．2．2 DirectShow简介

2．2．3 软件平台设计与实现

2．2．4 软件平台功能说明

2．2．5 软件平台性能总结

2．3 温度控制系统搭楚

2．3．1 系统整体架构

2．3．2 温度检测模块设计

2．3．3 AD模块介绍

2．3．4 温度控制模块设计

2．3．5 串行通信模块设计

2．3．6 电源及报警模块设计

2．3．7 温度控制系统软件设计

2．4 蓝牙通信设计

2．4．1 硬件电路组成

2．4．2 通信程序设计

2．4．3 客户端与服务端联机测试

3 基于表面等离子体子共振成像技术的抗癌药物药效研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂与仪器

3．1．2 实验装置

3．1．3 微流控流通池制备

3．1．4 细胞培养与药物分组

3．1．5 传感器功能化表面制备

3．1．6 肿瘤细胞的SPRi检测与药效研究

3．1．7 CCK-8法测定药物对HepG2细胞的增殖抑制作用

3．2 结果与讨论

3．2．1 流通池微柱结构的功能分析

3．2．2 基于SPRi技术研究抗癌药物抑制作用的剂量依赖性

3．2．3 基于SPRi技术研究抗癌药物抑制作用的时间依赖性

3．2．4 CCK-8法测定苏拉明和顺铂对HepG2细胞生长的抑制作用

3．3 总结

4 表面等离子体子共振成像传感器重力进样芯片的研制

4．1 重力进样芯片的结构设计与数值模拟

4．1．1 总体描述

4．1．2 理论估算

4．1．3 数值模拟

4．2 重力进样芯片的制作

4．3 重力进样芯片的工作流程

4．4 重力进样芯片的流量测定

4．4．1 测速方式

4．4．2 测速结果分析

4．5 重力进样芯片对SPR信号的影响

4．6 重力进样芯片的结构优化

4．6．1 掩膜结构调整

4．6．2 分层结构设计

4．6．3 残留液体消除

4．7 DNA杂交的动态检测

4．7．1 实验试剂

4．7．2 实验装置

4．7．3 实验结果

4．8 结论

5 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 工作展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间的研究成果