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芯片磁珠法生物分析微流体控制技术及装置研究

芯片磁珠法生物分析微流体控制技术及装置研究

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作者：施齐大连海事大学

学位级别：硕士

磁性微珠种类多样、操控简便、应用广泛,微流控技术具有通量高、消耗低、便携化、自动化等特点,基于磁珠法的微流控系统已广泛应用于生物分析领域。然而,目前的磁珠法生物分析微流控系统仍需解决一些关键问题,如磁珠高效混合反应、多步... 详细信息

磁性微珠种类多样、操控简便、应用广泛,微流控技术具有通量高、消耗低、便携化、自动化等特点,基于磁珠法的微流控系统已广泛应用于生物分析领域。然而,目前的磁珠法生物分析微流控系统仍需解决一些关键问题,如磁珠高效混合反应、多步磁珠混合时的流体操作与控制、多样品/多指标并行处理与分析等。本课题在前期磁珠并行三维混合微流控技术的基础上,研究基于微流控芯片的储液-换液方法,实现芯片上多步磁珠并行三维混合以及多样品并行处理与分析;在此基础上,构建微流控装置原理样机,并进行初步应用验证。主要研究工作及相关结果如下:1)针对多步磁珠混合时的流体控制以及多样品/多指标并行处理与分析问题,设计了单通道分液-换液微流控芯片和多通道储液-换液微流控芯片,通过流体仿真分析,考察了芯片结构和实验条件对流体控制的影响,并用实验证实了基于窄连接通道结构的多通道微流控芯片储液-换液方法(以空气为隔离介质、进液口流速为100μL/min)的可行性。2)结合前期提出的磁珠并行三维混合技术与本课题研究的多通道储液-换液微流控芯片,设计并构建了基于磁珠三维混合-自动换液技术的生物分析微流控装置原理样机,验证了其基本功能(换液可在70s内完成)和用于磁珠法生物分析的可行性。3)采用基于免疫磁珠法的CD4+细胞检测,验证了所构建的微流控装置进行细胞分析的有效性,优化了HRP-CD3酶标抗体浓度(3.7 ng/m L)和酶反应时间(6 min和12 min),并绘制了标准曲线。随后,使用人全血样品进行CD4+细胞检测,并与流式细胞仪的检测结果进行对比,初步验证了该微流控装置用于检测人全血中CD4细胞的可行性。本工作提出的基于多通道微流控芯片的储液-换液方法,可以进行试剂储存与流体自动控制,实现多步磁珠高效混合以及多样品并行处理,并可以用于构建基于多步磁珠三维混合原理的便携式生物分析微流控装置,提高磁珠法多样品微全分析系统的可行性与实用性。

关键词：免疫磁珠微流控技术三维混合生物分析流体控制

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辐射生物标志物实时现场检测关键技术研究

辐射生物标志物实时现场检测关键技术研究

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作者：赵英博大连海事大学

学位级别：硕士

对于长期空间飞行和深空探索任务而言,进行辐射生物标志物在轨实时监测,以评估空间辐射损伤及其风险具有重要意义。这些生物标志物可以通过对CD4细胞进行免疫荧光标记来检测,以评估细胞辐射损伤的程度,但常规检测方法耗时、费力,需要专... 详细信息

对于长期空间飞行和深空探索任务而言,进行辐射生物标志物在轨实时监测,以评估空间辐射损伤及其风险具有重要意义。这些生物标志物可以通过对CD4细胞进行免疫荧光标记来检测,以评估细胞辐射损伤的程度,但常规检测方法耗时、费力,需要专业人员和多种仪器设备。这类研究目前聚焦于采用微流控技术,但已有方法仍需攻克诸多关键技术问题,如微重力条件下的流体操控、多步混合反应效率与多指标检测、装置集成度等。本课题在前期工作的基础上,研究了可用于微重力环境下的微流控芯片液体储存与自动化控制方法,以及基于免疫磁珠的多样品并行处理与多步高效混合技术,设计并初步构建了便携式微流控检测装置原理样机。主要研究工作及相关结果如下:1)针对多指标检测微流控芯片流体控制问题,研究了多通道/多液池芯片与阵列式下压杆液池隔离方法,以及单排液池芯片与自动化流体控制方法,通过流体模拟及实验验证,证明了单排液池芯片用于流体自动控制及多指标分析的可行性;2)首次提出了基于双层错位磁板往复移动及磁珠固定-溶液更换的磁珠并行多步三维混合微流控技术,并通过磁场仿真优化和实验验证,考察了三维磁场结构参数和磁珠三维混合条件,所用磁铁为圆柱型(直径为6 mm,长度为10 mm),磁铁在上、下平板上呈垂直方向错位的“S”型排布,其垂直方向与水平方向间距分别为6 mm和3.48 mm;当免疫磁珠/CD4细胞数量比例为100:1,三维混合时间为15 min时,细胞捕获效率可达88.3%,且重复性较好;3)结合单排液池芯片结构和磁珠并行多步三维混合技术,设计并构建了便携式生物标志物检测微流控装置原理样机,并初步验证了其基本功能和用于细胞多样品并行处理的可行性。本工作提出的基于单排液池芯片的磁珠并行多步三维混合技术,可实现试剂预存与自动化流体控制,以及基于免疫磁珠的细胞多样品并行处理与多步高效混合反应,并可用于构建便携式生物标志物检测微流控装置。该装置无需专业人员操作,适用于微重力环境,有望用于自动化细胞损伤标志物高效处理及多指标快速检测,将为辐射生物标志物实时现场检测及空间在轨应用提供可行的技术方案。

关键词：辐射生物标志物微重力免疫磁珠微流控技术三维混合

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