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基于液相生物芯片的流式分析技术是一种以微球作为反应载体的新型分析技术，可以实现对一种到数百种生物分子的高灵敏定量检测，在生物、医学、环境等基础和应用研究领域具有巨大的应用前景。因此，发展一种环境友好、操作简单、低成本的方法用以制备大量性能优良、高度均一的功能微球并用于液相生物芯片分析在基础研究和实际应用中具有十分重要的应用价值和研究意义。本论文提出了两种基于单细胞微生物的功能微球的制备方案，并成功将制备的微生物@纳米材料复合功能微球分别应用于生物分子的分析测定。
一、我们提出了一种采用酵母细胞制备功能微球的新策略,该方法具有简单、快速、廉价、环境友好等优点。研究结果表明：甲醛和处理缓冲液处理后的酵母细胞显示出良好的机械性能，其表面的巯基含量和介孔孔径都显著增加。胶体金可以在5min内快速地自组装到酵母微球(yeast-based microspheres, YMs)表面，形成具有高度单分散性和均一性的新型刚性酵母@胶体金(yeast@Au)微球；通过多种表征方法(如TEM、SEM、EDX、HR-TEM、AFM、荧光显微镜、氮气吸附-脱附等温实验、自动电位滴定、XRD、FTIR、Raman、XPS)对YMs及yeast@Au微球进行表征，揭示了巯基含量和介孔孔径的增加是胶体金在YMs表面通过化学吸附的方式快速组装形成yeast@Au微球的主要原因。利用流式-荧光免疫分析法成功检测了伪狂犬病毒(Pseudorabies Virus, PRV)感染事件，其中基于yeast@Au微球测定方法的信噪比比基于化学偶联的方法提高了约49.4倍。进一步研究发现基于yeast@Au微球的荧光测定方法灵敏度的显著提高主要是由于胶体金的存在，其主要因素包括：捕获蛋白在微球表面的偶联效率和密度增加；胶体金可以有效减少非特异性吸附并降低噪声；胶体金的表面等离子体共振效应可以大大增强荧光信号。通过对81份临床猪血清样本的分析测定并与商用试剂盒进行比较，结果表明：本方法的敏感性、特异性和符合率分别为92.31％、88.24％和88.89％。Yeast@Au微球具有诸多优异的特性，显示出其在疾病诊断、食品安全和环境分析等领域具有较大的应用前景。
二、本文提出了一种在不同形态和大小的微生物(yeast、PCC6803和E.coli)表面通过简单、高效的自组装方法来制备微生物@MOF复合材料的策略，并成功制备出了多种新型具有高度单分散性和均一性的微生物@MOF复合功能微球。此外，通过多种表征技术(如XRD、FE-SEM、EDX、氮气吸附-脱附等温实验、zeta电势测定、FTIR、XPS等)对微生物@MOF复合功能微球进行表征，结果表明：微生物@MOF复合功能微球相比于实验中的微生物材料而言，其比表面积和孔径都明显增大，且微生物表面的羧基、氨基、羟基和巯基等功能基团参与了微生物@MOFs复合材料的形成过程。FTIR和XPS的结果揭示了金属有机框架通过化学作用自组装到微生物菌体表面。由于复合材料的前向散射信号与其粒径之间的相关性，流式细胞仪可以清楚地区分不同尺寸大小的yeast@UiO-66-NH2、PCC6803@UiO-66-NH2和E.coli@UiO-66-NH2复合功能微球。我们建立了一种基于制备的复合材料用于microRNAs(miRNAs)多重检测的方法，该方法在用于结肠癌相关miRNAs的多重检测分析中展现出较高的灵敏度、特异性和重复性。该方法检测miRNA-21、miRNA-182和miRNA-17的线性范围分别为0.75–1500pmolL–1、0.3–500pmolL–1和0.25–550pmolL–1，最低检测限分别为0.75pmolL–1、0.30pmolL–1和0.25pmolL–1，表明该方法在生物医学领域具有潜在的应用前景。
综上所述，研究结果表明：1)单细胞微生物是一种制备功能微球的良好载体，其优点包括操作简单、价格低廉和环境友好等。2)基于微生物的功能微球具有良好的性能，并成功用于液相生物芯片的分析测定，在基础和应用研究领域有良好的研究价值和应用前景。
一、我们提出了一种采用酵母细胞制备功能微球的新策略,该方法具有简单、快速、廉价、环境友好等优点。研究结果表明：甲醛和处理缓冲液处理后的酵母细胞显示出良好的机械性能，其表面的巯基含量和介孔孔径都显著增加。胶体金可以在5min内快速地自组装到酵母微球(yeast-based microspheres, YMs)表面，形成具有高度单分散性和均一性的新型刚性酵母@胶体金(yeast@Au)微球；通过多种表征方法(如TEM、SEM、EDX、HR-TEM、AFM、荧光显微镜、氮气吸附-脱附等温实验、自动电位滴定、XRD、FTIR、Raman、XPS)对YMs及yeast@Au微球进行表征，揭示了巯基含量和介孔孔径的增加是胶体金在YMs表面通过化学吸附的方式快速组装形成yeast@Au微球的主要原因。利用流式-荧光免疫分析法成功检测了伪狂犬病毒(Pseudorabies Virus, PRV)感染事件，其中基于yeast@Au微球测定方法的信噪比比基于化学偶联的方法提高了约49.4倍。进一步研究发现基于yeast@Au微球的荧光测定方法灵敏度的显著提高主要是由于胶体金的存在，其主要因素包括：捕获蛋白在微球表面的偶联效率和密度增加；胶体金可以有效减少非特异性吸附并降低噪声；胶体金的表面等离子体共振效应可以大大增强荧光信号。通过对81份临床猪血清样本的分析测定并与商用试剂盒进行比较，结果表明：本方法的敏感性、特异性和符合率分别为92.31％、88.24％和88.89％。Yeast@Au微球具有诸多优异的特性，显示出其在疾病诊断、食品安全和环境分析等领域具有较大的应用前景。
二、本文提出了一种在不同形态和大小的微生物(yeast、PCC6803和E.coli)表面通过简单、高效的自组装方法来制备微生物@MOF复合材料的策略，并成功制备出了多种新型具有高度单分散性和均一性的微生物@MOF复合功能微球。此外，通过多种表征技术(如XRD、FE-SEM、EDX、氮气吸附-脱附等温实验、zeta电势测定、FTIR、XPS等)对微生物@MOF复合功能微球进行表征，结果表明：微生物@MOF复合功能微球相比于实验中的微生物材料而言，其比表面积和孔径都明显增大，且微生物表面的羧基、氨基、羟基和巯基等功能基团参与了微生物@MOFs复合材料的形成过程。FTIR和XPS的结果揭示了金属有机框架通过化学作用自组装到微生物菌体表面。由于复合材料的前向散射信号与其粒径之间的相关性，流式细胞仪可以清楚地区分不同尺寸大小的yeast@UiO-66-NH2、PCC6803@UiO-66-NH2和E.coli@UiO-66-NH2复合功能微球。我们建立了一种基于制备的复合材料用于microRNAs(miRNAs)多重检测的方法，该方法在用于结肠癌相关miRNAs的多重检测分析中展现出较高的灵敏度、特异性和重复性。该方法检测miRNA-21、miRNA-182和miRNA-17的线性范围分别为0.75–1500pmolL–1、0.3–500pmolL–1和0.25–550pmolL–1，最低检测限分别为0.75pmolL–1、0.30pmolL–1和0.25pmolL–1，表明该方法在生物医学领域具有潜在的应用前景。
综上所述，研究结果表明：1)单细胞微生物是一种制备功能微球的良好载体，其优点包括操作简单、价格低廉和环境友好等。2)基于微生物的功能微球具有良好的性能，并成功用于液相生物芯片的分析测定，在基础和应用研究领域有良好的研究价值和应用前景。