一种快速制作纸基微流控芯片的方法及其在生化传感中的应用

发布时间：2017-11-08 14:29

  本文关键词：一种快速制作纸基微流控芯片的方法及其在生化传感中的应用

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【摘要】：最近,基于纸张的微流体分析装置(μPADs)在生命科学、环境分析和医疗健康等领域都引起了广泛的关注。这些基于纸张的微流体分析器不同于以往我们常见的分析检测方法,它们往往不需要非常昂贵的自动化仪器,也不需要技术熟练地专业操作人员。大多的μPADs是用纤维素滤纸作为主要组成材料制作而成,因为滤纸本身非常廉价又易得,这使得μPADs拥有很多吸引人的优点,比如造价便宜,整个装置可一次性使用又容易降解,并且操作简单。μPADs制作的基本原理是在纤维素表面通过各种疏水材料制造亲水的通道,这些制作方法通常也比较简单,所以μPADs被认为是分析方法史上最廉价的检测方法之一,纸张主要是由纤维素组成,纤维素作为一种天然多糖大分子可以和大多数生物样品相容,所以μPADs为生化分析的新方法开发提供了一个很好的平台。尽管μPADs现在在很多领域都有崭新的应用,但是作为一门新兴的技术手段它的发展还尚在初级阶段,有一些问题还亟待解决,比如如何实现大批量的制造高精度的微流纸分析装置,或者通过什么手段才能把待测分子固定在纸张表面,还有如何将纸上的光学或电学信号用便携式设备进行定量分析而又不受环境影响等。在本篇论文中,我们开发了一种能够快速制造μPADs的方法,又在此基础上扩展了一种荧光方法和一种比色方法在μPADs中的应用。具体工作如下：1.我们利用喷墨打印技术开发了一种快速制造高精度μPADs的方法。首先我们考察了几种疏水材料对纸张疏水化的效果,然后我们选用了聚甲基氢硅氧烷(PMHS)这种高度疏水的材料作为喷墨打印的墨水,然后用正丁醇调节墨水的粘度和表面张力,在两者合适的比例下达到喷墨打印对于墨水的要求就可以用喷墨打印的方法喷出均匀的疏水性墨水。本实验利用喷墨打印这种精度较高的打印技术制作出来具有高精度亲／疏水结构的微流控纸基底,整个打印过程只需要几秒钟时间,并且打印之后只需要对纸张进行一些简单温和的处理方式就可以得到性能良好的疏水图案,该方法非常适用于批量制作μPADs纸基底。2.在本工作中我们利用量了点(QDs)的荧光性质开发了一种可以定量检测蛋白酶的荧光试纸。在实验过程中我们依次解决了荧光试纸的制作和在检测蛋白酶的应用中所遇到的几个问题。首先,我们探究了将量子点固定在纸上的方法,根据结果我们选择了利用带正电的硅球通过静电作用力将QDs固定在纸上。其次,我们使用3D打印技术制造了一个蛋白酶孵育器,是蛋白酶在试纸上可以在湿润条件下进行酶切反应。最后,我们使用智能手机在统一的光线条件下拍摄荧光图片,用imageJ软件分析荧光强度,把这种荧光试纸的可视化图片定量分析,并且得到了很好的线性。除此之外,本实验开发的方法还可以替换底物多肽来检测不同种类的蛋白酶,所以我们开发了一种便携式,通用的适合现场实时检测蛋白酶的方法。3.我们开发了一种在纸上利用比色法检测尿样中葡萄糖和蛋白的方法。在葡萄糖的检测中我们利用葡萄糖氧化酶(GOX)会催化葡萄糖生成葡萄糖酸和双氧水,双氧水在辣根过氧化物酶(HRP)的催化下和2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)反应生成绿的ABTS·+产物的原理,将GOX、HRP和ABTS加在纸上,然后在滤纸上用比色方法检测葡萄糖。在检测蛋白的过程中,我们利用四溴酚兰在酸性条件下所呈现的离子态与蛋白质结合后会从黄色变成蓝色,这种快速的颜色响应在纸上可以被肉眼识别的原理在纸上完成比色检测。然后我们用智能手机把这两种显色反应拍成照片,然后用imageJ软件处理图片中的颜色变化后得到了对应检测物浓度的线性响应,最后我们利用添加回收实验测试了这种基于纸张的比色反应对于尿样中葡萄糖和蛋白的检测是可行的。结果证明了我们开发的这种方法检测方便,结果可以直接用眼睛读取并且真实可靠,利用智能手机作为终端输出可以将图片结果转化为具体的数字结果,使之更为具体。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3
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本文编号：1157527