【摘 要】
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即时检测（POCT）是指不受时间和地点的限制,在采样现场进行,利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到检测结果的一种检测方式。因其具有设备小型化、操作方法简单化以及结果报告及时化等特点,已成为近年来分析传感科学中备受关注的研究领域之一。其中,纸基分析系统因具有成本低、易于修饰、便携性好等优点,展现了在即时检测领域的独特优势,广泛应用于环境监测、食品安全和临床诊断等领域。然而,由于外部环境因素以及复杂基
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即时检测（POCT）是指不受时间和地点的限制,在采样现场进行,利用便携式分析仪器及配套试剂快速得到检测结果的一种检测方式。因其具有设备小型化、操作方法简单化以及结果报告及时化等特点,已成为近年来分析传感科学中备受关注的研究领域之一。其中,纸基分析系统因具有成本低、易于修饰、便携性好等优点,展现了在即时检测领域的独特优势,广泛应用于环境监测、食品安全和临床诊断等领域。然而,由于外部环境因素以及复杂基质效应导致的灵敏度和准确度不高、普通用户的使用障碍、检测信号获取的复杂性等问题,制约了纸基分析系统在即时检测中的广泛应用。本论文围绕新型纸基分析系统的构建和应用,提出了一系列改善其现场即时分析性能的有效策略,研究内容如下:1、提出了一种基于酶介导海藻酸钠水凝胶的新型距离读出纸基分析系统,用于有机磷农药的即时检测。利用乙酰胆碱酯酶介导的海藻酸钠水凝胶,转化溶液粘度为纸上的扩散距离。有机磷农药对乙酰胆碱酯酶的显著抑制作用将导致体系酸性降低,释放的Ca2+减少,使纸上海藻酸钠水凝胶的粘度降低,扩散直径增大。利用卡尺直接测定纸上的扩散距离,无需额外检测设备,即可实现有机磷农药的即时检测。所提出的方法具有良好的重现性和灵敏度,检出限低至为3.3 ng/m L。本研究通过酶抑制剂调节液体粘度,为基于距离读出纸基分析系统的研制和即时检测应用提供了新策略。2、在第一个工作的基础上,考虑到纸基上单一检测信号容易受到外界环境的干扰,我们构建了一种双读出的纸基分析系统,用于青霉素酶的即时检测。该系统借助青霉素酶介导的海藻酸钠水凝胶体系,从而引发溶液的粘度和p H值发生变化。将溶液滴加在修饰指示剂的混合纤维素纸上,可以很容易获得目标物的双重信号,即反应溶液的粘度转化为纸上的扩散距离,和溶液的p H转化为纸上的颜色信号。利用开发的便携式智能手机读出装置,记录和分析两种检测信号。该方法已成功应用于牛奶中青霉素酶的检测,具有较宽的线性范围(扩散距离读出:8.00×10-3-2.67 m U/μL;颜色读出:8.00×10-2-2.67m U/μL)和较低的检出限(检出限:2.67×10-3 m U/μL;颜色读出:2.67×10-2 m U/μL),对复杂样品中青霉素酶的POCT分析具有潜在应用价值。3、降低纸基分析系统准确度和灵敏度的另一个重要因素是复杂基质效应的影响,在这里我们提出了一种基于海藻酸钠水凝胶的比色纸基分析系统,用于全血样品的一步即时检测。基于生物酶诱导海藻酸钠水凝胶形成的纳米量级网络状结构,包覆酶（如GOx、HRP）和显色试剂（如TMB）以实现靶标物的显色反应测定（如将无色的TMB变成蓝色的TMBox）;同时利用其纳米尺寸筛选效应,有效地阻止血液中红细胞（7-8μm）和血红蛋白（5-6 nm）等大分子通过,从而实现全血中生物小分子的原位无分离检测。根据包埋的酶和显色剂不同,可以制备多个不同的传感区域,实现对不同靶标物的同时检测。本工作中,我们对全血样品中的三种重要小分子目标物（甘油三酯、葡萄糖和胆固醇）实现了同时分析测定。所制备的比色纸基分析系统具有制作简单、无需繁琐的前处理即可实现血样的一步分析、高通量分析等优点,在全血样品的POCT应用中具有重要价值。该方法可推广到全血中其它小分子靶标的检测,具有广泛的适用性。4、在第三个工作血液的生物分析的基础上,我们开发了一种无创柔性眼贴式可穿戴纸基传感器,用于泪液中多种目标物同时即时检测。该传感器设计成眼贴形状,可以舒适的贴在眼睛下方。眼贴上的不同传感区域修饰了特异性显色剂,选择性测定泪液中的p H、蛋白质、抗坏血酸和葡萄糖。只需一滴眼泪（约20μL）和30 s的反应时间就可以完成测定。该传感器通过智能手机采集和分析眼贴上每个传感区域产生的颜色信号,引入基于物联网（Io T）概念的云模型,将进一步扩展眼贴生物传感器在POCT和健康监测中的应用,尤其是在疫情大流行期间。实验结果表明,该多功能眼贴生物传感器可用于无创同时检测多种泪液生物标志物,促进了基于泪液的无创可穿戴生物传感器在新兴的个人保健和临床监测领域的应用。
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