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化学发光生物传感器芯片及发光体系的研究

吕弋  
【摘要】: 本工作的主要内容是基于微流控技术的化学发光生物传感器芯片以及新型化学发光体系的研究,全文由二部分组成。 第一部分研究了基于微流控技术的化学发光生物传感器芯片及其在临床上重要的生化物质(尿酸,葡萄糖)的分析应用。本文所提出的生物传感器芯片的最大特点是首次用空气替代传统的溶液作为试样驱动介质。在用各种检测手段的流动注射分析或流通式传感器中,毫无例外都是用溶液作为载流进行驱动,并且尽可能避免在流路中出现气泡,而本文提出的以空气作为载流的方法有以下优点:在微量和超微量分析中,所用溶液的背景信号,即由于化学干扰而产生的背景信号将是控制方法灵敏度的重要因素,特别是在生物传感器芯片上尤为重要,通常用溶液作为载流,这一背景是不可能避免的,而用空气作载流完全避免了这一化学干扰,提高了信噪比;在用溶液作为载流时,在未经处理的微通道中比较粗糙的管壁上经常会出现微气泡,且很难消除,它们是造成测定重现性降低的重要原因之一,而利用空气作为载流就不存在这一问题;在流动注射分析中,用载流驱动试样溶液时,样品带与载流之间的扩散使得样品带在流路中不断展宽,而用空气作为载流,样品带在流动过程中,将一直保持同样的宽度,从而提高测定的灵敏度。该部分主要包括四章,第一章主要回顾了生物传感器以及生物传感器芯片的产生,发展趋势及其应用。现代生物传感器正向着微型化和芯片化方向发展。 第二章研究了基于微流控技术及微型反应器的化学发光尿酸生物传感器芯片的设计。该传感器芯片大小仅为25mm×75mm×6.5mm,在实验室中通过现代微加工技术制备。该芯片由微型反应器,微型酶反应器以及微型流路组成,反应试剂鲁米诺和辣根过氧化酶(HRP)通过经典的Sol-gel方法固定于微反应器中,而尿酸氧化酶也通过该方法固定于微型酶反应器中。该传感器芯片的最大特点是首次用空气替代传统的溶液作为系统的载流。尿酸样品在酶反应器中产生的过氧化氢流经微反应器时,产生化学发光,据此实现对尿酸的测定。所研制的生物传感器芯片对尿酸的线性响应范围为1.0~100mg.L~(-1)(ΔI=3.09C(mg.L~(-1))+2.1,r~2=0.9992)。检测限为0.1mg.L~(-1)(3σ)。对浓度为50mg.L~(-1)尿酸溶液平行测定7次所得相对标准 偏差为 4二%。该传感器芯片保存于冰箱(4 OC)10天后无明显变化,且能连续重 复使用200次而无明显变化(测定值RSD小于5%),该传感器芯片成功用于血清 中尿酸含量的测定,结果令人满意。 第三章研究了同样基于微流控技术以及微型反应器的化学发光葡萄糖传感器 芯片。该芯片由发光试剂池,酶反应池,微反应混合器以及微型流路组成,发光 试剂鲁米诺和铁氰化钾分别通阴离子交换树脂固定,然后按一定比例均匀混合于 发光试剂储备池,葡萄糖氧化酶通过多孔玻璃(CPG)固定,并置于酶反应池中。 尿酸样品经酶反应池产生的过氧化氢与从发光试剂中淋洗下来的鲁米诺和铁氰化 钾在微反应混合器中反应并产生化学发光。所研制的传感器芯片对葡萄糖测定的 线性范围为 1.1-110mmol.L’,其线性关系为Ahs刀gC(mmol.L‘)+12.1仁’-0.9991, n-7),检坝卜为 0.Immol.L‘(3)。对 5.5 mmol.L’葡萄糖平行狈定 7次,其相对 标准偏差为3.9%。该传感器芯片能重复使用200次而无明显变化(测定值RSD 小于5%人 该传感器芯片成功用于血清中葡萄糖的测定,结果令人满意。 第四章中,研究了鲁米诺-铁氰化钾-EDTA-甲基多巴这一化学发光反应特点, 结果表明鲁米诺-铁氰化钾-甲基多巴在碱性条件下能产生强烈的化学发光,该反应 为快发光过程,当一定量的EDTA存在下,该发光转变成一慢发光过程。据此, 将该发光体系应用于化学发光成像分析测定甲基多巴的研究中。在一定的实验条 件下,发光强度与甲基多巴浓度成良好的线性关系。该工作为化学发光阵列芯片 测定药物的研究奠定了良好的基础。 近年来,包括基因药物、生物药物及化学药物在内的各类新型药物的制备。 合成和筛选己成为药物研究的重要内容,在我国加入WTO后,已显得更加迫切。 现有的分析手段许多己不能满足要求,在未来10—15年内阵列芯片和微流控芯片 将担当主要的作用,而以化学发光为基础的微阵列和微流控芯片,由于具有高灵 敏度、检测器易于微型化和廉价的特点将成为发展的主要方向之一,本文第二部 分中一共对六种能应用于流动注射化学发光药物分析芯片的几个发光体系进行了 研究,为进一步的芯片制作打下了基础。这些药物包括多酚,硫酸铁布他林,甲 基多巴,利巴威林,富马酸同替芬以及奥硝哗。前三个药物是基于铁氰化钾-荧光 染料(罗丹明B,罗丹明6G和二氯荧光素)化学发光体系进行测定的,而利巴威 林,富马酸同替芬以及奥硝哇则分别利用的是鲁米诺.过硫酸钠,鲁米诺铁氰化钾 体系测定。铁氰化钾-荧光染料化学发光体系属于首次报道,通过对该类体系的化 学发光光谱的分析,发现该类体系的共同特点是,铁氰化钾氧化多酚类化合物, 产生的能量转移给荧光染料,然后产生强烈发光。 第一章研究了铁?


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