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基于光子晶体阵列的高通量检测

【摘要】:高通量检测是指一次可检测多个样品或对同一样品进行多种检测的技术。高通量检测技术包括酶联免疫吸附测定(Enzyme Linked Immunosorbent Assay,ELISA)技术,聚合酶链式反应(Polymerase Chain Reaction,PCR)技术等。通常,阵列是进行高通量检测的主要平台,如96孔板、基因阵列芯片、蛋白阵列芯片等。虽然高通量检测已经在生命科学、医疗诊断和其他分析检测领域被广泛采用,但目前高通量检测受灵敏度限制,无法满足痕量检测和疾病早期诊断的要求,而且样品和试剂消耗通常较大,使得检测成本较高。因此,已有高通量检测的研究重点主要集中在检测方法的创新和基底材料成本的降低上,并没有对基底材料本身的性质及阵列制备方法的创新工作。因此,我们开展了具有特殊性质的阵列基底的研究并将其应用于快速、低廉、高灵敏的高通量检测中。我们制备了硝酸纤维素光子晶体阵列,使芯片具备特定的光学特性,从而提高高通量检测的灵敏度,降低成本,利用基底亲疏水性的控制,实现液滴的形成,简化了检测过程。主要研究内容如下:(1)制备了硝酸纤维素光子晶体阵列并将其应用于高通量蛋白检测。开发了一种以硝酸纤维素作为原材料的光子晶体阵列的制作方法。通过使用打印图案化法和自组装法,实现硝酸纤维素光子晶体阵列的制备,探讨了光子晶体荧光增强作用的机制,并将其应用于人免疫球蛋白G(Immunoglobulin G,IgG)的酶联免疫吸附测定,初步构建了具有高灵敏度的蛋白质(抗原、抗体)高通量检测平台。(2)制备了具有仿生功能的硝酸纤维素光子晶体阵列并将其应用于高通量核酸检测中。在工作(1)的基础上,通过简单的图案化表面修饰,制作了具有亲/疏水图案化的硝酸纤维素光子晶体阵列芯片。由于阵列对水溶液浸润性的不同,使得溶液可以在亲水性光子晶体硝酸纤维素表面自动形成液滴,避免了高通量检测中复杂重复的液体转移操作。形成的液滴作为独立的反应器,在其内可以进行各种检测反应。将此阵列用于高灵敏度的核酸高通量检测,并讨论了阵列基底对荧光信号增强机理及均相液滴体系对反应动力学的影响等问题。(3)提出了一种基于硝酸纤维素光子晶体亲/疏水阵列的微液滴数字PCR新方法。通过激光喷墨打印超疏水图案化阵列,在硝酸纤维素光子晶体膜上制备亲/疏水阵列,在此阵列上形成微液滴阵列用于核酸绝对定量的数字PCR。实现了快速、高灵敏、低成本的核酸绝对定量检测。该方法的提出丰富了数字PCR检测方法的多样性。

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