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微量磁性免疫层析芯片检测系统的开发

颜文强  
【摘要】:即时检测(Point of care testing,POCT),是指能在采集病患的样本后,即时进行分析,不需要复杂的样本处理流程和特定的样本处理环境,即可得到结果的新方法。因为其低成本、操作简便和快速的特点,非常适合用于疾病的早期诊断。免疫层析检测是即时检测中应用最为广泛的技术手段,随着纳米材料研究的蓬勃发展,利用新型材料标记的免疫层析检测芯片也相应地被开发出来,由此提出了对配套设备定量检测的需求。本文设计、开发了一套针对超顺磁性纳米粒子标记的免疫层析芯片的检测平台,可以对微量磁性免疫层析芯片进行快速且灵敏的定量检测,既可以实现对单目标物的检测,也可以实现多目标物的同时检测。该检测系统的搭建主要包括检测终端和系统控制端。检测终端用于检测层析芯片上捕获的磁性纳米探针信号,并将其转换为可处理的数字信号。采用C型铁氧体磁芯来产生外加平行电磁场,提取层析芯片通过该磁场时引起的微量扰动变化信号。同时,为了避免芯片被污染和实现芯片的稳定移动,设计了专门的芯片卡壳。在系统控制端,本文基于.NET框架和C#语言编写了一套功能完备的软件系统,开发了用户登录,患者信息登记,自动检测,诊断填写,打印和数据管理等功能。另外,应用Microsoft SQL Server搭建了系统的数据库,使用户能方便快捷地管理包括患者信息和检测结果等数据。系统控制端中最关键的是数据处理环节,采用了中值滤波和小波去噪对初始数据进行降噪处理,但由于噪声的多样性和复杂性,芯片反应的弱阳性信号仍然会被噪声干扰。由此,本研究采用支持向量机来区分空白阴性样本和弱阳性样本,之后再利用自定义的波形重建方法将弱信号的失真波形恢复正常,大大提高了检测系统的特异性和灵敏度。进一步的,本研究选取了免疫层析检测普及性较高的两种临床标志物人绒毛膜促性腺激素(HCG)和心梗三项(cTnI、CKMB和Myo)来验证系统的检测性能。50例HCG尿液样本和59例心梗三项血清样本表明,针对HCG的定量检测范围为1-1000 mIU/mL,检测下限为0.014 mIU/mL,HCG检测的敏感性和特异性均为100%。心梗三项的检测,系统得到的检测值与标准值呈现高度的一致性,证明系统具有较高的准确性和可重复性,充分证明该检测平台具有应用于临床检测的潜力。


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