心肌钙蛋白I电化学检测的微流控芯片研究

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急性心肌梗塞(AMI)作为临床常见的心血管危急重症之一,其发病率和致死率均非常高,开发快速、准确、价格低廉的急性心肌梗塞检测装置对于此类疾病的诊断和治疗具有重要意义。为了实现对于急性心肌梗塞的早期诊断,本文经过调查和论证,选择了心肌钙蛋白 I(c TnI)这种特异性生物标志物作为这种疾病的诊断标准。据此设计并制作了一种可以对人体心肌钙蛋白I浓度进行电化学检测的集成微带阵列电极的微流控芯片。主要做了以下几个方面的工作:  (1)基于微电极电化学理论,对于微带阵列电极的扩散电流和屏蔽效应进行公式推导,分析其影响因素。对微电极传质速率高、电流密度大和充电电流小等优良特性进行了公式推导;以微带阵列电极作为分析目标,提出了微带阵列电极在不同时刻的扩散层模型,对于相应扩散模型的扩散电流及屏蔽效应进行了公式推导,分析了影响微带阵列电极扩散电流和导致屏蔽效应的具体因素。  (2)根据心肌钙蛋白 I的免疫分析方案,设计并制作了微流控检测芯片。首先,制定了心肌钙蛋白I的免疫分析方案,以此确定了心肌钙蛋白I包被抗体的固定方式,选择PDMS作为包被抗体的固相载体。然后,以微带阵列电极相关理论为基础,设计了由工作电极、对电极和参比电极组成的三电极体系检测芯片,确定了PDMS盖片的具体尺寸和玻璃电极基片的具体参数。接着,利用标准的 MEMS工艺,完成了检测电极的制作;应用浇注成型方法,实现了PDMS沟道盖片的制作。最后,采用氧等离子体键合法,对于微流控芯片进行了键合,并对键合之后的性能进行了测试。  (3)对微流控芯片进行硅烷化及蛋白G固定,验证其抗体固着特性。探索研究了在PDMS盖片沟道内表面进行硅烷化和蛋白 G固定的具体方案,对于修饰过程中的试剂和溶液配制进行了介绍,利用FITC标记的小鼠免疫球蛋白G验证了抗体在修饰之后的微流控芯片的固着特性。  (4)确定包被抗体最佳浓度,利用微流控芯片对心肌钙蛋白 I进行电化学检测。首先,对微流控芯片的电化学免疫分析性能进行了评估,确保了其能够实现心肌钙蛋白I检测的真实性。接着,为使得微流控芯片的检测性能达到最佳,确定了心肌钙蛋白 I包被抗体的最佳浓度。最后,用微流控芯片对心肌钙蛋白I进行电化学检测,芯片所需检测样品体积为0.3μL,心肌钙蛋白I的理论检出限为0.4 ng/mL,检测时长为8分钟。
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