基于微流控和纳米颗粒的生物分子光学检测-生物医学工程专业论文.docxVIP

Classified Index: TP212.3 U.D.C.: 523.9 Dissertation for the Master Degree in Engineering OPTICAlL DETECTION OF BIOMOLECULES BASED ON MICROFLUIDICS AND NANOPARTICLES Candidate: Tangsong Li Supervisor: Prof. Shaoqin Liu Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty: Biomedical Engineering Affiliation: Life Science and Engineering Department of School of Science Date of Defence: June, 2011 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 -I- -I- 摘 要 在疾病相关生物检测的发展与应用过程中，人们对于检测方法的通量，灵敏 度，便捷程度提出了越来越高的要求。例如核酸的检测中，传统的 PCR 方法和设 备难以实现高通量，小型化的检测；与肿瘤诊断相关的肿瘤标志物的检测中，标 志物含量很低，传统方法如放射免疫分析等用到放射性同位素，对人体和环境均 有损害，并且操作繁琐；又如在与多种疾病相关的葡萄糖的检测中，传统方法更 多的是依赖于酶、电化学或者荧光等方法，酶易失活，而电化学，荧光等方法需 要的设备复杂进而局限了此类方法的应用和推广。近些年微纳米技术的发展，为 解决上述疾病相关生物检测方面的问题提供了机遇。本论文利用微流控技术及纳 米材料，发展了针对核酸，肿瘤标志物和葡萄糖等生物分子的几种光学检测方法。 利用聚二甲基硅氧烷制备平行微管道，与环介导的核酸等温扩增结合，对流 感病毒 H1NA 特异性靶序列进行检测。当管道中存在靶序列，靶序列的扩增反应 导致白色沉淀，该白色沉淀为扩增反应副产物焦磷酸镁。通过观测白色沉淀的产 生，可以对样品的阴阳性进行判断。另外，还设计了一种与光纤传感器相结合的 微流管道，通过检测溶液浊度的变化，实现对环介导核酸等温扩增过程的实时监 测。与传统在 PCR 管中的核酸检测相比，该方法具有通量高，结果直观等优点。 利用 CdTe 量子点的电化学发光特性，将量子点标记到 AFP 的二抗上。ITO 电极上修饰针对抗原另一表位的抗体。当抗原存在时，抗原与电极上修饰的抗体、 量子点标记抗体在电极表面形成夹心免疫复合物。在电极上施加电压，量子点会 产生电化学发光，发光强度与抗原浓度有关，该方法最低能够对 10 ng/mL 的 AFP 抗原做出响应。本论文还对不同浓度的 EDC/NHS 标记蛋白质的效果用高效液相色 谱进行了表征。 此外本论文还发展了一种金纳米颗粒辅助的银镜反应高灵敏度检测葡萄糖的 方法。当体系中存在葡萄糖时，银离子被还原成银单质形成银外壳包覆在金纳米 颗粒表面，导致溶液在 520 nm 的金纳米颗粒的特征吸收消失，410 nm 的银的特征 吸收增强, 溶液由红色变成黄色。410 nm 吸收强度与葡萄糖浓度有关。该方法用 裸眼最低能够判定 10 nM 的葡萄糖存在，线性范围是 0.04 mM 到 1.0 mM。论文中， 详细讨论了影响该方法的各项因素，并将该方法用于血清中葡萄糖的检测，具有 良好的响应。 关键词：微流控；量子点；电化学发光；金纳米颗粒；银镜反应 -II- -II- ABSTRACT In the detection of biomolecules related to diseases, the requirements in technologies with high through put, high sensitivity and easily handling significantly increase. For instance, the detection of nucleic aicd with traditional methods such as PCR could not afford the capability of high throughput and miniaturization; and in the measurement of tumor markers for diagnostics of cancer, the concentration of tumor markers are usually