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《东南大学》 2017年
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基于毛细力自驱动的微流控芯片及在POCT中的应用

高兵兵  
【摘要】:Point-of-care testing(POCT)又名现场检测、即时检测。微流控芯片实验室(Microfluidic chip,LOC,Lab-on-chip)又名微全分析系统是目前最有希望实现POCT的技术。毛细作用是常见的自然现象,根据界面张力的大小可以驱动液体流动,制作基于毛细力自驱动的微流控芯片(纸芯片、线芯片等)。本论文在目前已有的毛细自驱动微流控芯片的基础上从二维及三维层面改善毛细力驱动芯片的通道,改变通道的微纳结构使其具备特定的空间特性和光学特性;改善微流控芯片用于POCT检测时的信号产生方式进而改善检测方式以降低成本提高灵敏度,使其更好地应用于POCT中。主要研究内容如下:1、发展了基于衍纸和剪纸技术制作竖直纸微流控分析芯片(vPADs)的方法。使用该制作方法不需要光刻、打印、加热等装置及工序即可得到微流体通道。通道分辨率通过纸张厚度控制。用该方式制作了可用于四种生化指标显色分析的二维竖直芯片。同时,还发展了三维竖直芯片的制作方法,并应用于酶联免疫分析(ELISA)检测人肌红蛋白(Mb)。2、发展了基于刮涂法制备纤维素基毛细力驱动微流体芯片的方法。制作时首先将微晶纤维酸解得到的短纤维均匀分散在水中,然后在喷蜡打印过的聚丙烯塑料片基底上刮涂,并形成分散液的图案。干燥处理后,纤维素短纤维形成类纸的多孔结构。空隙大小由短纤维尺寸控制、通道大小可通过打印控制。这种方法的特点是空隙大小可控性好,分辨率高。使用该方法制作了基于显色反应的葡萄糖和总蛋白的检测芯片。结果表明用该芯片检测时样品用量少、检测灵敏度高。3、发展了空隙大小均匀可控的光子晶体毛细力驱动微流体芯片。制作时首先在聚丙烯塑料片基底上使用激光打印设计好的图案,然后将单分散Si02胶体溶液刮涂在基底上形成胶体溶液的图案。干燥处理后,Si02纳米粒子在微通道中自组装形成致密的六方密堆积结构(蛋白石结构),随后灌注硝酸纤维素的前驱液,干燥后蚀刻Si02得到反蛋白石结构硝酸纤维素膜。空隙大小和光子晶体膜的反射峰位置由Si02直径控制、通道大小可通过激光打印控制。由于反蛋白石膜具有荧光增强效应因而使用反蛋白石膜制备的三维折纸芯片具有较高的检测灵敏度。4、发展了基于热信号的检测方法。制作方法为在微流体通道的进样处设置水凝胶的微阀,水凝胶由对重金属(Hg2+、Pb2+)具有特异性响应的核酸适配体组成,待测物中的重金属与水凝胶中的适配体特异性结合后导致水凝胶体积收缩,将微阀打开,增加溶液流过的速度,溶液流到检测区域,溶解检测区域的NaOH来产热,最后使用额温计来测量温度变化。
【学位授予单位】:东南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN492;R446

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