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微芯片毛细管电泳系统及其临床诊断应用研究

作　者: 庄贵生
导　师: 赵建龙
学　校: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 微芯片毛细管电泳系统临床诊断尿蛋白乳酸脱氢酶
分类号: TN42
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

微芯片毛细管电泳系统Microchip Capillary Electrophoresis system(MCE system)是近年来快速发展和具有广泛应用前景的新技术。该技术是在常规毛细管电泳原理的基础上发展起来的，利用微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，MEMS)技术在玻璃、聚合物、硅等基片上制作一系列微管道等结构单元，利用微芯片体积小、热传导效率高等优点实现对生化样本更加高速、高效的分离分析。MCE系统已经发展多年，取得了长足进步，然而依旧存在许多尚未解决的问题，如MCE微芯片标准化工艺制作及成品率、样本进样方法优化等问题，且在临床诊断方面的应用研究虽已引起了人们的重视，但只是刚刚起步。本论文针对上述存在问题及MCE的临床诊断应用，在阐述毛细管电泳原理的基础上，结合MCE的特点，对样本的进样区带进行优化，解决了微芯片的标准化制作，建立了一套低温键合制作方法，大大提高了微芯片的成品率，并研究了MCE系统在临床尿蛋白和乳酸脱氢酶的临床诊断中的应用。本论文主要研究内容如下：1．总结了微芯片毛细管电泳的原理、特点和研究进展，提出了本论文的研究方案；2．针对微芯片毛细管电泳进样区带形状对分离性能有重要影响的问题，设计了双聚焦进样方法，通过计算机数值模拟进行分析，并构建实验平台进行实验验证。模拟结果表明，该进样方法有效地改进了样本进样区带形状，实现了近乎矩形的样本区带，提高了样本的分离效率和分离度；3．针对玻璃微芯片制作过程中高温键合成品率低的问题，本论文建立了一种低温键合技术，键合强度可达5.66 MPa，成品率达到95％以上。为了降低微芯片制作成本，本论文还研究了基于PDMS等材料的微芯片制作工艺；4．根据MCE系统的技术特点，结合临床诊断的需求，选择临床尿液中的蛋白质作为分析对象，构建了一套基于紫外吸收原理的尿蛋白分析仪，建立了微芯片毛细管电泳用于尿蛋白检测的分析方法，分析时间较常规检测方法大大降低，且具有良好的重现性；5．利用微芯片传热快，易于集成的优点，基于Peltier原理设计并制作了适合酶反应的温控系统，并在自行构建的诱导荧光检测系统中对血清同工酶进行了分析，实验结果与常规临床检测方法一致，但分析时间大大缩短，整个过程可在10min内完成。本论文的研究表明，微芯片毛细管电泳系统具有分析速度快、检测灵敏度高等优点，在临床快速诊断方面具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章绪论  12-41
  1.1 引言  12-13
  1.2 毛细管电泳技术  13-22
    1.2.1 毛细管电泳原理  13-21
    1.2.2 毛细管电泳技术的特点  21-22
    1.2.3 毛细管电泳技术的发展和应用  22
  1.3 微芯片毛细管电泳系统  22-39
    1.3.1 微芯片毛细管电泳的原理和特点  23-28
    1.3.2 微芯片毛细管电泳的研究现状  28-34
    1.3.3 微芯片毛细管电泳的应用现状  34-37
    1.3.4 微芯片毛细管电泳与微全分析系统  37-39
  1.4 本工作的研究思路  39-40
  1.5 本章小结  40-41
第二章微芯片毛细管电泳双聚焦电动进样技术  41-64
  2.1 微芯片样品进样技术研究现状  41-44
  2.2 微芯片管道结构设计  44-46
  2.3 微管道内样本进样分配的数值模拟  46-59
    2.3.1 数值建模和控制方程  47-48
    2.3.2 边界条件设置  48-49
    2.3.3 模拟结果讨论与分析  49-59
  2.4 实验验证  59-63
    2.4.1 双聚焦微芯片的设计和制作  60
    2.4.3 实验结果和分析  60-63
  2.5 本章小结  63-64
第三章毛细管电泳微芯片的制作方法研究  64-84
  3.1 毛细管微芯片制作材料的选择  64-65
  3.2 毛细管电泳微芯片的设计  65-66
  3.3 石英玻璃毛细管电泳微芯片的制作方法  66-79
    3.3.1 石英玻璃微芯片可逆键合芯片制作方法  69-73
    3.3.2 石英玻璃微芯片永久键合芯片制作方法  73-79
  3.4 PDMS毛细管电泳微芯片的制作方法  79-83
    3.4.1 光刻胶膜具制备  79-81
    3.4.2 PDMS的注塑复制  81-83
  3.5 本章小结  83-84
第四章毛细管电泳微芯片在临床尿蛋白检测中的应用研究  84-98
  4.1 尿蛋白检测的临床意义  84-85
  4.2 临床尿蛋白常规检测方法  85-86
  4.3 微芯片毛细管电泳尿蛋白检测系统  86-89
    4.3.1 光吸收定律  86-87
    4.3.2 基于微芯片的尿蛋白检测系统构造  87-89
  4.4 微芯片毛细管电泳系统的临床尿蛋白分析  89-97
    4.4.1 芯片微管道前处理  89-90
    4.4.2 标准蛋白质的微芯片毛细管电泳分离实验  90-93
    4.4.3 微芯片毛细管电泳临床尿蛋白实验  93-97
  4.5 本章小结  97-98
第五章毛细管电泳微芯片LDH同工酶活性检测应用研究  98-110
  5.1 酶与同工酶的基本概念  98-99
  5.2 同工酶检测的临床意义  99
  5.3 同工酶临床常规检测方法  99-101
  5.4 微芯片同工酶的检测系统  101-104
    5.4.1 同工酶检测原理  101
    5.4.2 同工酶检测系统的构建  101-104
  5.5 微芯片同工酶检测过程  104-106
  5.6 微芯片同工酶检测  106-109
    5.6.1 同工酶活性检测条件优化  106-107
    5.6.2 同工酶活性分析检测  107-109
  5.7 本章小结  109-110
第六章总结和展望  110-113
参考文献  113-121
符号表  121-122
发表文章目录  122-124
已获批专利  124
已申请专利  124-125
致谢  125-127
作者简历  127-128

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