检测心梗标志物的梳状电极微流控芯片研究

发布时间：2020-09-08 08:11

　　 急性心肌梗塞(AMI)是临床上最为常见的一种心血管疾病,心肌钙蛋白I(cTnI)是诊断和鉴别AMI的重要标志物。因此,开发灵敏度高、响应快速、成本低、微型化的cTnI检测器件对AMI的早期诊断具有重要意义。微流控电化学检测技术具有灵敏度高、成本低、易与微加工技术兼容等优势,在重大疾病标志物即时检测方面拥有广阔应用前景。梳状电极是微流控电化学检测器件中的重要组成部分,其结构尺寸的设计对提高检测灵敏度具有重要意义。但是,对梳状电极进行结构设计并将其应用于cTnI检测的研究仍有待深入。针对上述内容,本文进行了以下研究:(1)分析了梳状电极阵列结构尺寸对电流与扩散层厚度的影响,完成了梳状电极阵列几何结构设计。建立了梳状电极阵列的扩散层数值模型,研究了电极结构参数对扩散电流影响的基本理论。使用COMSOL有限元软件建立了梳状电极阵列二维模型,通过比较不同尺寸结构梳状电极阵列的电流响应与浓度扩散交叠,对电极阵列的几何结构进行设计。(2)设计并制作了一种集成梳状电极阵列电化学检测cTnI的微流控芯片。对芯片的整体结构进行设计,芯片由集成梳状电极阵列的玻璃基片和带有微通道的PDMS盖片组成。使用溅射、湿法腐蚀等工艺完成梳状电极阵列的制作,并利用工具显微镜对其电极宽度进行测量;采用浇注成型法完成PDMS盖片的制作,并通过氧等离子体键合法实现玻璃基片与PDMS盖片的键合;使用红色生物染剂对芯片的密封性进行测试。(3)研究了集成梳状电极阵列微流控芯片的循环伏安性能与重复性。首先,在亚铁氰化钾溶液中对芯片进行5种扫速下的循环伏安测试,亚铁氰化钾氧化峰电流值与扫速平方根之间的线性拟合系数分别为0.998和0.994,表明芯片具有良好的循环伏安性能;对同一芯片进行6次循环伏安测试,亚铁氰化钾氧化峰峰电位与峰电流的相对标准偏差分别为1.36%和1.94%,表明芯片具有良好的重复性。(4)以cTnI抗原为样本,测试了集成梳状电极阵列的微流控免疫电化学芯片。首先,对PDMS微通道进行表面修饰,修饰后的微通道与梳状电极阵列共同构成电化学免疫检测体系,使用循环伏安法验证了该体系的有效性。然后,在cTnI抗原浓度为1ng/mL-10μg/mL范围内进行循环伏安测试,电流与cTnI抗原浓度对数之间的线性相关系数为0.972。结果表明:该芯片的检测限为0.63ng/mL,检测时长为10min。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R542.22;O657.1

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本文编号：2813928