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(xué)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(yīng)用方面。本文針對血液中的癌癥標(biāo)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(biāo)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(qiáng)彎道型微混合器、基于重力沉淀作用進(jìn)行血細(xì)胞過濾的血漿分離芯片以及具有多指標(biāo)檢測功能的電化學(xué)免疫傳感器陣列，最后將三個功能模塊進(jìn)行有機(jī)結(jié)合加工出了集微量樣品混合、

2、血漿分離以及癌癥標(biāo)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(qiáng)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(qiáng)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(jìn)行了詳細(xì)討論。
　　（二），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(fù)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(qiáng)的工藝兼容性和魯棒性。成功使用SU-8負(fù)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(qiáng)的工藝兼容性和魯棒性；通過對提取血漿不同體積進(jìn)行比較，當(dāng)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(jìn)樣速度為2.5μL/min時，血漿分離芯片的分離效率最高，同時，當(dāng)流速為2.5μL/min時，當(dāng)血容積小于16%時，血漿分離效率基本可以達(dá)到95%以上。在分離過程中停止進(jìn)樣并等待血細(xì)胞進(jìn)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(jìn)樣速度、血液稀釋比例以及進(jìn)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(jìn)樣參數(shù)的設(shè)置打下基礎(chǔ)。
　?。ㄈO(shè)計、加工、驗證了獨立三電極體系陣列電化學(xué)免疫檢測芯片對六種胃癌相關(guān)標(biāo)志物濃度的測定。為了降低電化學(xué)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(yīng)用于癌癥標(biāo)志物的檢測。對六種胃癌相關(guān)的標(biāo)志物進(jìn)行了線性范圍測試，對六種胃癌相關(guān)的標(biāo)志物進(jìn)行了線性范圍測試，六種標(biāo)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(biāo)志物的線性范圍達(dá)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(biāo)志物檢測功能為一體，能夠在線檢測血液中的多種癌癥標(biāo)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(biāo)志物都能被檢出，但無法達(dá)到線性范圍要求。實驗結(jié)果表