基于介电泳和荧光增强的高性能蛋白质富集和检测芯片

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蛋白质是生命的物质基础,对人体的正常生活活动至关重要,部分蛋白质可以作为疾病的生物标志物,对于疾病的早期诊断和治疗有不可替代的作用。然而在疾病早期生物标志物通常含量少、浓度低,常规检测仪器由于灵敏度较低,无法对极低浓度的样品做出准确的检测。另一方面,介电泳效应作为一种常用的生物分子操纵方法,广泛应用在细胞的富集和分离上。蛋白质的介电泳效应指的是蛋白质在非均匀电场中由于极化效应向强(或弱)电场方向运动的一种性质,因此可以设计结构产生非均匀电场以达到在强电场区域富集蛋白质的效果。然而现有的基于介电泳效应的蛋白质富集结构通常效果不佳或者制备过程需要采用更先进的纳米加工工艺。本文提出了一种新型的蛋白质富集与检测芯片及其相应的制备方法,该芯片集成二氧化硅包裹银纳米棒阵列以增强蛋白质的介电泳效应和荧光增强效应,可用于蛋白质的高效富集和检测。该芯片由集成纳米结构的检测器件和PDMS沟道组成,其中检测器件使用光刻、倾斜角沉积等微加工工艺制备了微电极和二氧化硅包裹银纳米棒阵列,PDMS沟道则由软光刻方式制备而成。经过实验测得基于介电泳效应的蛋白质富集效率提高接近100倍,基于荧光增强效应的荧光蛋白检测灵敏度提高接近50倍,同时将两种效应应用于ELISA反应中检测抗原抗体的浓度,检测极限可以达到21.25 pg/m L。该芯片还可同时做多种生物分子的检测,特异性较好。更重要的该芯片不需要复杂的微加工工艺,可以大规模低成本地制备。总之本文提出的集成二氧化硅包裹银纳米棒的蛋白质富集和检测芯片可以较大程度提高蛋白质的富集效率和检测灵敏度。
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