基于微流控的癌癥集成檢測芯片研究.pdf

1、在過去的二十幾年中，微流控技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為一門多學科交叉、用途廣泛的一項技術(shù)。其中在癌癥集成檢測方面是其一個重要的應用方面。本文針對血液中的癌癥標志物的集成檢測一系列關(guān)鍵技術(shù)，開展了基于微流控技術(shù)的集成檢測技術(shù)研究。根據(jù)癌癥標志物的集成檢測要求，首先模塊化設(shè)計了具有高效混合的增強彎道型微混合器、基于重力沉淀作用進行血細胞過濾的血漿分離芯片以及具有多指標檢測功能的電化學免疫傳感器陣列，最后將三個功能模塊進行有機結(jié)合加工出了集微量樣品混合、

2、血漿分離以及癌癥標志物在線檢測為一體的集成檢測芯片。本文主要包含了以下四部分內(nèi)容：
　?。ㄒ唬?，設(shè)計了一種增強彎道型微混合器，并且利用新的圖像處理方法比較了其與傳統(tǒng)混合器的混合效率。利用Matlab軟件分析了在微型混合通道中，不同的微型通道形狀對混合效率的影響。實驗結(jié)果顯示，從傳統(tǒng)螺旋型混合器中衍生而出的增強彎道型混合器相較于直線型混合器、蛇紋型混合器、螺旋型混合器以及多重螺旋型混合器的混合效率，有了明顯的提高，并且占用的芯片平面

3、面積最小。本章還針對目前較為常用的微流控混合器即蛇紋型混合器的幾何設(shè)計參數(shù)進行了詳細討論。
　?。ǘ?，討論了具有魯棒性、防堵塞優(yōu)點的高深寬比壩形結(jié)構(gòu)的血漿分離芯片。成功使用SU-8負膠工藝加工出了具有較高深寬比的壩形結(jié)構(gòu)。用雙層PDMS封裝而成的血漿分離芯片具有較強的工藝兼容性和魯棒性。成功使用SU-8負膠工藝加工出了高600μm、寬200μm、長3000μm的具有較高深寬比的壩形過來結(jié)構(gòu)；用雙層PDMS封裝而成的血漿分離芯片具

4、有較強的工藝兼容性和魯棒性；通過對提取血漿不同體積進行比較，當注入血液為65μL時，抽取出20μL血漿為最佳血漿提取體積；測試了芯片在不同血液稀釋比例及不同流速下血漿分離效率，結(jié)果顯示隨著稀釋倍數(shù)越高、分離效率越高；進樣速度為2.5μL/min時，血漿分離芯片的分離效率最高，同時，當流速為2.5μL/min時，當血容積小于16%時，血漿分離效率基本可以達到95%以上。在分離過程中停止進樣并等待血細胞進一步沉淀也有助于分離效率的提高，在血

5、容積較高的情況下，等待3分鐘對分離效率有了明顯的提高。通過對提取血漿不同體積、進樣速度、血液稀釋比例以及進樣方法的研究，得到一系列實驗參數(shù)，為后面的集成檢測進樣參數(shù)的設(shè)置打下基礎(chǔ)。
　?。ㄈ?，設(shè)計、加工、驗證了獨立三電極體系陣列電化學免疫檢測芯片對六種胃癌相關(guān)標志物濃度的測定。為了降低電化學免疫傳感器的加工難度和可集成性，我們設(shè)計了六組擁有獨立三電極的陣列檢測電極。利用金作為偽參比電極可以大大降低免疫傳感器的加工難度，循環(huán)伏安測

6、試結(jié)果顯示此種三電極體系可以應用于癌癥標志物的檢測。對六種胃癌相關(guān)的標志物進行了線性范圍測試，對六種胃癌相關(guān)的標志物進行了線性范圍測試，六種標志物的線性范圍分別為 CEA為0.37-90 ng/mL，CA19-9為10.75-86 U/mL，H.P.為10-160 U/L，P53為35-560 ng/mL，PG I為37.5-600 ng/mL以及PG II為2.5-80 ng/mL。相關(guān)系數(shù)分別為0.961,0.983,0.942,0

7、.971,0.934和0.972。檢測限CEA為0.37 ng/mL，CA19-9為10.75 U/mL，H.P.為5 U/L，P53為35 pg/mL，PG I為37.5 ng/mL以及 PG II為2.5 ng/mL，六種標志物的線性范圍達到了設(shè)計要求。
　?。ㄋ模?，成功加工出具有多功能模塊化特點的堆棧式微流控芯片。此芯片集樣品混合，血漿過濾以及標志物檢測功能為一體，能夠在線檢測血液中的多種癌癥標志物。每個模塊之間能夠有效銜接

8、并互不影響，各個功能模塊完全能夠滿足測試要求。其擬合度R2分別為CEA其在0.56―45 ng/mL范圍內(nèi)為0.871，CA19-9在14.3―228.8 U/L為0.9279，H.P.在10―160 U/L為0.976，P53在46.7―747.2 pg/mL為0.9188，PGI在25―400 ng/mL為0.66，PGII在18―288 ng/mL為0.8577。在一定范圍內(nèi)六種標志物都能被檢出，但無法達到線性范圍要求。實驗結(jié)果表