在过去的二十几年中,微流控技术已经发展成为一门多学科交叉、用途广泛的一项技术。其中在癌症集成检测方面是其一个重要的应用方面。本文针对血液中的癌症标志物的集成检测一系列关键技术,开展了基于微流控技术的集成检测技术研究。根据癌症标志物的集成检测要求,首先模块化设计了具有高效混合的增强弯道型微混合器、基于重力沉淀作用进行血细胞过滤的血浆分离芯片以及具有多指标检测功能的电化学免疫传感器阵列,最后将三个功能模块进行有机结合加工出了集微量样品混合、血浆分离以及癌症标志物在线检测为一体的集成检测芯片。本文主要包含了以下四部分内容:(一),设计了一种增强弯道型微混合器,并且利用新的图像处理方法比较了其与传统混合器的混合效率。利用Matlab软件分析了在微型混合通道中,不同的微型通道形状对混合效率的影响。实验结果显示,从传统螺旋型混合器中衍生而出的增强弯道型混合器相较于直线型混合器、蛇纹型混合器、螺旋型混合器以及多重螺旋型混合器的混合效率,有了明显的提高,并且占用的芯片平面面积最小。本章还针对目前较为常用的微流控混合器即蛇纹型混合器的几何设计参数进行了详细讨论。(二),讨论了具有鲁棒性、防堵塞优点的高深宽比坝形结构的血浆分离芯片。成功使用SU-8负胶工艺加工出了具有较高深宽比的坝形结构。用双层PDMS封装而成的血浆分离芯片具有较强的工艺兼容性和鲁棒性。成功使用SU-8负胶工艺加工出了高600μm、宽200μm、长3000μm的具有较高深宽比的坝形过来结构;用双层PDMS封装而成的血浆分离芯片具有较强的工艺兼容性和鲁棒性;通过对提取血浆不同体积进行比较,当注入血液为65μL时,抽取出20μL血浆为最佳血浆提取体积;测试了芯片在不同血液稀释比例及不同流速下血浆分离效率,结果显示随着稀释倍数越高、分离效率越高;进样速度为2.5μL/min时,血浆分离芯片的分离效率最高,同时,当流速为2.5μL/min时,当血容积小于16%时,血浆分离效率基本可以达到95%以上。在分离过程中停止进样并等待血细胞进一步沉淀也有助于分离效率的提高,在血容积较高的情况下,等待3分钟对分离效率有了明显的提高。通过对提取血浆不同体积、进样速度、血液稀释比例以及进样方法的研究,得到一系列实验参数,为后面的集成检测进样参数的设置打下基础。(三),设计、加工、验证了独立三电极体系阵列电化学免疫检测芯片对六种胃癌相关标志物浓度的测定。为了降低电化学免疫传感器的加工难度和可集成性,我们设计了六组拥有独立三电极的阵列检测电极。利用金作为伪参比电极可以大大降低免疫传感器的加工难度,循环伏安测试结果显示此种三电极体系可以应用于癌症标志物的检测。对六种胃癌相关的标志物进行了线性范围测试,对六种胃癌相关的标志物进行了线性范围测试,六种标志物的线性范围分别为CEA为0.37-90 ng/mL,CA19-9为10.75-86 U/mL,H.P.为10-160 U/L,P53为35-560ng/mL,PG I为37.5-600 ng/mL以及PG II为2.5-80 ng/mL。相关系数分别为0.961,0.983,0.942,0.971,0.934和0.972。检测限CEA为0.37 ng/mL,CA19-9为10.75 U/mL,H.P.为5 U/L,P53为35 pg/mL,PG I为37.5 ng/mL以及PG II为2.5ng/mL,六种标志物的线性范围达到了设计要求。(四),成功加工出具有多功能模块化特点的堆栈式微流控芯片。此芯片集样品混合,血浆过滤以及标志物检测功能为一体,能够在线检测血液中的多种癌症标志物。每个模块之间能够有效衔接并互不影响,各个功能模块完全能够满足测试要求。其拟合度R~2分别为CEA其在0.56―45 ng/mL范围内为0.871,CA19-9在14.3―228.8 U/L为0.9279,H.P.在10―160 U/L为0.976,P53在46.7―747.2pg/mL为0.9188,PGI在25―400 ng/mL为0.66,PGII在18―288 ng/mL为0.8577。在一定范围内六种标志物都能被检出,但无法达到线性范围要求。实验结果表明利用小鼠血配制而成的含有标志物的样品在检测腔室中能够被电极表面的抗体捕获其中含有的抗原标志物,和空白对照组比较可以得出样品中含有标志物的结论。总而言之,通过模块化的设计以及堆栈式的集成,基于微流控技术的癌症集成检测芯片能够成功检测出血液中的标志物,这为多种癌症标志物在集成微流控芯片上的检测打下坚实的基础,有利于集成微流控芯片在癌症检测方面的广泛应用。