多功能电化学生物传感平台的构建及其体外诊断应用
文献类型：学位论文
| 作者 | 李建永 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 宋世平 |
| 关键词 | 电化学生物传感平台 微流控 多通道 肌酐检测 呼吸道病毒检测 |
| 英文摘要 | 近几十年来,电化学生物传感器以其操作简单、携带方便、检测快速、成本低廉、易于小型化、多功能集成化及功能多样化等优点,成为体外诊断检测领域的研究热点。开发一次性便携的肌酐传感器件在多场景进行体外监测,而无需前往医院是值得广大人群期待的,尤其是用于慢性肾脏疾病的家庭诊断。在基于多酶系统的微流控电化学平台构建中,不仅实现了样本传输、样本预处理、目标分析物肌酐检测的多种功能,并且能与手机集成在一起,实现现场检测(POCT)。新型冠状病毒肺炎(COVID-19)与流感感染呈现类似症状,增加了此类传染病的诊断和防控难度。对流感病毒及严重急性呼吸综合征冠状病毒2型(SARSCoV-2)进行快速、方便的现场检测,对及时、有效地控制这些呼吸道流行性疾病具有重要意义。采用多通道电化学传感平台可以实现一次同时检测多个新冠病毒或流感病毒样本。因此,不仅可以在电化学平台上集多种功能于一体实现样本一步检测,还可以实现检测不同目标分析物,同时检测多个样本的功能。主要研究内容如下:(1)本文提出了一种基于多酶级联反应的新型便携式集成纳米微流控电化学生物传感器件,用于肌酐的一步检测,进样时无需样本前处理。本器件采用多酶体系的样品预处理结构,能够自动消除实际生物样品中的大量干扰,如抗坏血酸、尿酸、肌酸、肌氨酸、对乙酰氨基酚、葡萄糖、甘氨酸和尿素等。金纳米结构和碳纳米管修饰的丝网印刷碳电极(SPCE)集成到微流控结构,以提高肌酐的检测性能。微流控电化学生物芯片反应迅速(10 s内),肌酐检测线性范围为0.01～1 m M,检出限为0.5μM,整个检测过程仅需5分钟即可完成。这种纳米技术和微流控技术集成生物芯片的设计有助于开发各种微流控装置,将样本的运输、处理和检测等多种功能集成在一起,用于临床各种疾病生物标志物的POCT诊断。(2)本文构建了一种基于一次性SPCE的多通道电化学免疫检测平台(MEIA),用于A(H1N1)与SARS-CoV-2病毒的现场检测。研制的MEIA由八个通道构成,可实现在多通道阵列上同时进行多个样本快速检测功能。在SPCE阵列每个工作电极表面,分别包被A(H1N1)血凝素蛋白(HA)和SARS-CoV-2刺突蛋白的单克隆抗体,捕获靶抗原,再与辣根过氧化物酶(HRP)标记的检测抗体相互作用形成免疫夹心复合体。电流响应信号分别随着A(H1N1)HA或SARS-CoV-2刺突蛋白的浓度增加而升高。MEIA方法表现出良好的性能,MEIA法检测A(H1N1)HA蛋白的线性范围为4～64 unit/m L,检出限为1.1 unit/m L;SARS-CoV-2蛋白的线性范围为0.15～100 ng/m L(比ELISA法宽10倍),检出限为0.15 ng/m L。与市售ELISA试剂盒相比,所提出的免疫分析方法也具有相当甚至更高的特异性。对包括甲型H1N1流感在内的79份临床标本,MEIA阳性率为100%,与ELISA结果一致;但对阴性标本检出率为5.4%,远低于ELISA假阳性率40.5%,表明其特异性较高。对于不同浓度的SARS-CoV-2假病毒,MEIA法的响应信号与ELISA法相当。结果表明,MEIA能满足SARS-CoV-2和A(H1N1)的定点检测的迫切需要。因此,该多通道电化学传感平台为感染者的现场诊断提供了一种潜在的手段,这将有利于今后有效控制和防止COVID-19传染病在社区或资源有限地区的传播。总之,本论文基于电化学传感技术构建了一种多功能集成一体的多酶系统的新型便携式微流控电化学生物芯片,该芯片能够进行样本传输、样本处理及检测,能一步检测肌酐,并自动消除实际生物样品和酶级联反应中间产物的大量干扰。该微流控电化学生物芯片有望成为体外诊断特别是POCT的实用设备。针对社会需求,本研究还构建了一种基于一次性SPCE的便携式多通道电化学免疫检测平台,用于A(H1N1)与SARS-CoV-2的现场检测,可在单个阵列上实现多个样本快速检测。多功能电化学传感系统是一种简单、便携、易于使用、经济高效、准确度高的检测平台,在各种疾病的体外诊断应用中将会呈现出广泛的应用。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33842]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 李建永. 多功能电化学生物传感平台的构建及其体外诊断应用[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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