基于微流控的编码微载体制备及其生物传感研究

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生物传感器在生物医学工程中占据了举足轻重的地位,在人类医疗健康领域有着卓越的应用价值。通过对疾病相关的生物标志物进行分析,可以准确的对疾病进行诊断。多元分析技术可以同时对多种疾病相关的生物标志物进行量化,因此得到了广泛的应用。对于多元分析技术来说,开发一种合适的编码微载体是最关键的环节。相比于平面微阵列,编码微载体可以在液体中流动悬浮,与待测样品更充分的反应,成为了生物传感的热门选择。传统方法制备出的编码微载体具有相似的组分,无法在同一批次中合成出不同的编码微载体。此外在大批量制备时,需要剔除一些过大或过小的微载体,这限制了传统制备方法合成出编码微载体在生物传感上的实际应用。微流控技术可以在微观尺度下对不同的流体进行精准的操控和整合。因此,借助于微流控技术,对芯片进行特殊的设计,可以满足具有复杂微结构的新型编码微载体制备需求。通过对流体流速的调节,可以方便快捷的得到具有不同编码信息的微载体。在本论文里,我们将基于共轴的毛细玻璃管微流控芯片,对新型的编码微载体进行了设计和制备,并对其在生物医学领域的传感功能进行了探究。主要的研究内容如下:(1)基于液滴微流控技术,设计并构建了微流控芯片,制备了两种不同的编码微载体。首先利用掺杂有不同颜色水溶性半导体量子点的水凝胶分别注入七孔毛细管阵列的各个通道中,通过分散有二氧化硅胶体纳米颗粒的树脂对其进行剪切,制备出具有核壳结构的多核编码微载体。之后进一步研究了原位制备量子点编码微载体,并制备了多组分编码微载体,提高编码数量。此外,树脂中分散的二氧化硅壳层包覆的磁性纳米颗粒还使微载体具有磁性响应性。(2)基于单乳液液滴微流控技术,制备出了一种二维材料二硫化钼(Mo S2)纳米片层包覆的双编码微载体。含有二氧化硅胶体纳米颗粒的溶液在微流控芯片中被剪切成微液滴。随着溶剂挥发,胶体颗粒组装成光子晶体。对光子晶体编码微载体进行表面改性,用于固定二硫化钼纳米片层。通过硫原子的取代和替换,巯基化的量子点编码的探针可以通过共价偶联的方式连接上到光子晶体微载体表面。最终得到了量子点光子晶体双编码的微载体。(3)以制备的量子点编码微载体为基础,进行了蛋白质生物传感的研究。编码微载体的树脂壳层中的胶体颗粒会在树脂-水以及树脂-水凝胶的界面组装成胶体晶体层,用于蛋白质探针的偶联。最终将可调节的半导体量子点封装的核壳结构编码微载体以及原位生成的多组分钙钛矿量子点编码微载体用于蛋白质的生物传感。(4)以制备的二维材料封装的光子晶体编码微载体为基础,进行了miRNA的生物传感研究。首先将巯基化的量子点编码发夹探针共价偶联在二硫化钼片层表面。当靶标miRNA存在时,量子点被二硫化钼淬灭的荧光得以恢复。通过测量量子点的荧光实现miRNA的量化。之后进一步研究了miRNA的高灵敏度检测。通过仿生的多巴胺黏附层固定氧化石墨烯片层,并在片层上进行杂交链式反应(HCR),对检测信号进行放大,实现了高灵敏度的miRNA量化。通过使用不同结构色编码的光子晶体,实现了对miRNA高特异性的筛选。
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