微球毛细管芯片及其检测系统研究

论文摘要

Point-of-care testing（POCT,现场检测）是体外诊断行业中一个重要的细分领域,POCT相比传统的体外诊断过程具有更高的效率。POCT设备具有体积小、造价低、集成化程度高、操作简单、样品需要量少、检测速度快的特点,适用于各种现场样本的测定,特别是能够在医疗检测中发挥重要的作用。微流控技术和生物分子多元检测技术是POCT发展过程中的不可或缺的技术支撑,微流控技术减少了样品和检测试剂的用量,促进了检测反应的自动化,而多元检测技术则实现了多种生物分子的同时检测,提高了检测通量。因此,将这两种技术结合起来可以实现满足POCT要求的生物分子多元检测方案。本文基于光子晶体编码技术和微流控技术,设计并制备了一种低成本的一次性微流体芯片,构建了相应的流体反应装置,并将其用于蛋白质的多元检测。具体研究内容如下:一、微球毛细管芯片与流体反应装置的构建。本文设计并制作了一种基于光子晶体微球的毛细管微流体芯片,并根据蛋白质的免疫检测原理构建了一个多通道的流体反应装置,该装置由微流体器件和集成控制电路组成,通过上位机软件对装置进行参数设定和运行控制。二、流体反应装置用于蛋白质检测。本文将微球毛细管芯片以及流体反应装置用于蛋白质的检测,并对流体反应参数进行了研究,保证充分反应和有效洗涤的同时缩减检测时间,提高检测效率。然后,利用该装置分别对两种蛋白质进行了梯度浓度的检测以及多元检测。三、芯片图像处理。本文开发了一种针对微球毛细管芯片图像的处理方法,可以对单组分或多元检测的芯片图像进行分析,获取微球的荧光强度和编码信息,从而得到检测结果。在检测应用中,得到人AFP和人CEA的检测限分别为4.3 ng/mL和38.1 ng/mL,验证了该系统可用于蛋白质多元检测。

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第一章绪论

1.1 POCT的概况

1.1.1 POCT的概念

1.1.2 POCT的发展现状

1.1.3 POCT面临的挑战

1.2 微流控技术

1.2.1 微流控系统的组成

1.2.2 微流控系统的集成与应用

1.3 多元生物检测技术

1.3.1 基于微阵列的多元检测技术

1.3.2 基于流动载体的多元检测技术

1.3.3 微球载体编码技术

1.4 本章小结与论文概述

1.5 参考文献

第二章微球毛细管芯片及流体反应系统的构建

2.1 前言

2.2 芯片设计与制备

2.2.1 芯片设计思路

2.2.2 芯片制备

2.2.3 芯片通道的修饰与表征

2.2.4 芯片的成像

2.3 流路的设计与构建

2.3.1 流路的设计

2.3.2 流路的构建

2.4 流体系统的设计与构建

2.4.1 流体系统的设计

2.4.2 电磁阀控制电路

2.4.3 流体装置的构建

2.4.4 流体控制程序

2.5 本章小结

2.6 参考文献

第三章流体反应系统在蛋白质检测中的应用

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂及仪器

3.2.2 微球表面修饰

3.2.3 毛细管芯片中的清洗过程

3.2.4 样品循环次数对反应的影响

3.2.5 反应时间对信号强度的影响

3.2.6 蛋白质的检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 微球表面修饰

3.3.2 毛细管芯片中的清洗过程

3.3.3 样品循环次数对反应的影响

3.3.4 反应时间对信号强度的影响

3.3.5 微球毛细管芯片与传统微球检测方式的比较

3.3.6 微球毛细管芯片用于多元检测

3.4 本章小结

3.5 参考文献

第四章微球毛细管芯片图像分析

4.1 前言

4.2 芯片图像分析

4.2.1 荧光图像的预处理

4.2.2 微球区域的提取

4.2.3 粘连微球的分割

4.3 检测数据的获取

4.3.1 荧光强度计算

4.3.2 微球编码识别

4.4 本章小结

4.5 参考文献

第五章总结与展望

致谢

硕士期间参与发表的论文和专利

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 曾昭煜

导师: 赵祥伟

关键词: 光子晶体微球,微流体芯片,微流控系统,多元检测

来源: 东南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,无线电电子学

单位: 东南大学

分类号: TN492;R318

DOI: 10.27014/d.cnki.gdnau.2019.003785

总页数: 80

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