论文部分内容阅读
样品的梯度稀释反应在许多生物学应用,如酶联免疫吸附测定、药物筛选和环境毒理研究中都发挥着重要的作用。目前样品的梯度稀释主要依靠手动加样或机械手加样。前者需要大量的人工操作,容易产生操作失误,且试剂消耗大。而后者需要购买昂贵的加样设备,增加了实验成本。微流控芯片是一种在微米尺度下操控流体的技术,它反应体系小（nLpL）,检测速度快,可自动化地完成各项反应。本研究基于微流控技术提出了一种新的微流体振荡混合方法,再结合在片气动阀门技术,构建了一个可以自动化生成样品的大范围浓度梯度的微流控系统。这种基于气动阀门控制的微流体稀释和反应平台为药物筛选和环境毒理研究提供了新的思路和方法。本研究的主要内容如下:1.提出了一种类似于RC振荡电路的新型的微流体振荡器,其设计简单,可以实现微尺度下多种微量液体的快速混合。通过理论分析和实验验证研究了不同实验参数,如施加的压力、储气腔的大小和振荡频率对该微流体振荡器的影响,为之后微流体振荡器的具体应用提供了设计参考。2.开发了用于控制微流体振荡器的外围装置,包括基于电子电路中经典的排针接口的高密度微流体排针接口及其扩展配件,以及用于操控片上微阀门的控制设备。这些外围装置可用于芯片接口快速安装、片上微阀门的操控以及芯片内的流体振荡。3.基于该微流体振荡器以及外围控制系统,构建了一个微球免疫芯片系统。此芯片结合了流体振荡以及微球液相悬浮反应的优势,增大了抗原和抗体的接触几率,反应后通过片上捕获结构能将微球进一步聚集,从而提高检测的灵敏度。利用兔IgG及FICT标记羊抗兔抗体作为实验模型进行了初步芯片验证,该方法灵敏度可到375 ng/ml,而免疫孵育所需的时间缩短为5 min。4.基于该微流体振荡器以及外围控制系统,构建了一个集成了样品的逐级稀释和后续生物反应的药敏检测芯片。为了测试逐级稀释模块的功能,设计了两种分别按1:1及1:4比例逐级稀释的原型芯片,芯片的批次重复性好,且最大稀释浓度可到1:3125,如增加芯片上的稀释级数还可进一步增加稀释范围。为验证该芯片在生物学上的应用,本研究利用该芯片测定了β-半乳糖苷酶酶动力学参数Km=603±73μM,kcat=72±12/sec。此外本研究利用此芯片进行了秀丽隐杆线虫的急性氧化应激测试,为模式生物线虫的研究提供了新的平台。综上所述本研究提出了一种微流体振荡混合方法,并以此为基础,结合片上微阀门技术和外围控制装置构建了一个大范围梯度稀释芯片。本研究证明了此微流体振荡混合方法能在微尺度下快速混合液体,并且能促进酶和底物以及抗原抗体的反应。本研究还证明了集成此微流体振荡器的梯度稀释芯片可以形成大范围的样品浓度梯度,并能用于酶促反应动力学和模式生物线虫的研究。