血液分離微流控SERS芯片的設(shè)計制備及其應(yīng)用研究-.pdf

1、微流控芯片具有較好的生物相容性，并且有著樣本需求量少，產(chǎn)生廢棄物少，反應(yīng)速度快，環(huán)境友好等獨特的優(yōu)勢。同時，表面增強拉曼光譜（SERS）檢測技術(shù)靈敏度高，不需要復雜的樣本預處理，與微流控芯片具有很好的兼容性，在血液分析領(lǐng)域引起廣泛的關(guān)注。但目前針對血液樣本的微流控SERS分析檢測一體化方面的研究還比較少。其根本原因在于血液成分比較復雜，各物質(zhì)之間的特征峰可能發(fā)生重疊，因此需要SERS信號重現(xiàn)性好和靈敏度高的SERS基底。若能獲得適用于血

2、液成分檢測的高重現(xiàn)性和高靈敏度的SERS基底，將其集成在微流控芯片中，將有利于減少血液樣本的用量，實現(xiàn)血液成分的分離檢測一體化，并有利于實現(xiàn)血液相關(guān)疾病的快速診斷識別。
　　本文的主要研究內(nèi)容及其結(jié)果如下：
　?、僭O(shè)計了血液分離微流控芯片，實現(xiàn)了血細胞和血清的有效分離，成功開展了血細胞和血清的普通Raman測試分析。根據(jù)血細胞和血清密度之間差異較大，因此相同條件下所受到的離心力作用不同的原理，設(shè)計出由分離-傾析結(jié)構(gòu)、混合管道

3、和 SERS檢測區(qū)構(gòu)成的圓形 PDMS-玻璃微流控芯片。8個單元結(jié)構(gòu)兩兩對稱分布，分離-傾析結(jié)構(gòu)位于遠離圓心的位置，有利于增強離心力的作用。分離腔和傾析腔之間通道的垂直距離X分別為1mm、2mm、3mm，在1000rpm離心轉(zhuǎn)速下持續(xù)90s，X=2mm時血清-血細胞的分離傾析效果最好。通過對分離得到的血細胞進行原位Raman測試，結(jié)果顯示，相比于開敞體系血細胞的Raman特征峰，微流控芯片中的血細胞背景熒光造成的基線漂移得到了明顯的降低

4、。并且，經(jīng)過分離濃縮的血細胞Raman特征峰更為豐富，峰強更強，將有利于血細胞特征峰的歸屬識別。對15例健康人和20例慢性腎衰竭患者的血細胞Raman譜圖進行分析，結(jié)果顯示，健康人位于756cm-1、1004cm-1、1122cm-1、1226cm-1、1550cm-1、1640cm-1處譜線相對于1618cm-1處絡(luò)氨酸C=C振動特征峰強度均比慢性腎衰患者強，與多數(shù)慢性腎衰竭患者均伴有不同程度的貧血的現(xiàn)象是一致的。并且1004cm-1

5、處健康人譜線強度比慢性腎衰竭患者略強，說明慢性腎衰減患者血細胞中苯丙氨酸的含量略低于健康人。而普通Raman測試不能獲得血清的有效Raman信息。
　?、诨诮鸷豌y優(yōu)異的等離子特性，設(shè)計了Ag film@nanoAu新型SERS基質(zhì)，成功地將其原位集成在“三明治”式微流控SERS芯片中，并開展了血清SERS測試。采用自組裝-化學鍍法將Ag film@nanoAu SERS基質(zhì)集成在簡易“三明治”微流控芯片中，制備得到“三明治”微流

6、控SERS芯片。采用SERS常用探針分子R6G，對Ag film@nanoAu SERS基質(zhì)的制備條件進行了實驗優(yōu)化，并對制備得到的微流控SERS芯片進行了效能分析和血清SERS測試分析。PDDA濃度為0.01％，化學鍍時間為4min時，該微流控SERS芯片的SERS增強效果最佳。在最佳條件下制備得到的Ag film@nanoAu SERS基質(zhì)，相比于單一的金納米粒子膜和銀納米膜，R6G位于1507cm-1處C-C伸縮振動峰的SERS信

7、號強度提高了3-5倍。測試時，當激光聚焦在待測物分子與SERS基質(zhì)的界面上時可獲得最強的SERS信號；相同厚度的PDMS蓋片和玻璃蓋片對R6G的SERS信號強度分別衰減2.5倍和2.1倍。采用1mm厚的PDMS作蓋片，該微流控SERS芯片依然可實現(xiàn)10nM R6G的檢測，增強因子達3.8×105；不同批次制備的微流控SERS芯片獲得的R6G的SERS信號的RSD低至10%左右。將該微流控SERS芯片應(yīng)用于人血清的檢測，血清的特征峰得到了

8、明顯的增強，說明該微流控芯片可用于血清及血清成分的SERS測試研究。
　?、刍诩闪薃g film@nanoAu SERS基質(zhì)的微流控SERS芯片，開展了血清中肌酐的SERS測試分析，實現(xiàn)了慢性腎衰竭病人血清中肌酐含量范圍的初步判定。自組裝-化學鍍法制備的微流控SERS芯片對肌酐水溶液的檢測限為5×10-3mg/dl。將其用于血清中肌酐的SERS測試分析，血清中肌酐濃度為20.0-20.5mg/dl依然不能獲得肌酐的有效SERS

9、信號。采用自組裝法對微流控芯片中Agfilm@nanoAu SERS基底的制備條件進行實驗優(yōu)化，提高對肌酐的檢測靈敏度。當PDDA濃度為1%，金納米粒子粒徑約為10nm時，改進后的Ag film@nanoAu SERS基底的SERS增強效果最佳。對肌酐的檢測限達到5×10-5mg/dl，比自組裝-化學鍍法制備得到的微流控SERS芯片降低了兩個數(shù)量級。采用改進后的微流控SERS芯片對人血清中肌酐進行加標測試，當血清中肌酐濃度≥10.0mg

10、/dl時，肌酐位于678cm-1處的特征峰可以被明顯識別，而當血清中肌酐濃度＜10.0mg/dl時，不能觀察到肌酐的位于678cm-1處的特征峰。將改進后的Ag film@nanoAu SERS基底集成在血液分離微流控芯片的檢測區(qū)，對典型慢性腎衰竭病人血液分離，在檢測區(qū)對分離得到的血清進行SERS測試，整個過程＜2min。測試結(jié)果顯示，SERS測試所得血清中肌酐含量范圍，與酶法測試數(shù)據(jù)一致。本文設(shè)計制備的血液分離微流控SERS芯片可實現(xiàn)