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微流控芯片单细胞分析

作　者: 何鹏
导　师: 孙雪梅
学　校: 青岛科技大学
专　业: 有机化学
关键词: 单细胞分析 微流控芯片 电化学检测 电化学发光检测 碳纤维簇微盘工作电极 化学修饰电极
分类号: Q2-3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


检测单个细胞内化学组分,有助于理解基本细胞功能,有助于检测和鉴别大量细胞群体中少量的不正常细胞。因此单细胞的研究在重大疾病早期诊断、治疗、药物筛选和细胞生理、病理过程的研究方面有重要意义。微流控芯片微米尺寸的通道适于单细胞引入,操纵,反应,分离及检测,因此用微流控芯片技术对生物细胞的研究引起了广泛注意,近些年来得到快速发展。在这一分析平台上建立简便、快捷、灵敏的分离测定方法并将其应用于单细胞分析具有重要的学术意义和应用价值。本论文围绕开发微流控芯片新的分离分析方法并应用于单细胞分析这一目标展开研究。本论文共分为六章,内容如下:第一章,首先对微流控芯片的基本原理进行了简单的介绍。然后对微流控芯片在单细胞分析中的应用进行了详细的综述,并介绍了电化学发光检测技术在微流控芯片中的应用。第二章,采用了毛细管电泳柱前萘-2,3-二甲醛（NDA）衍生的方法测定牛磺酸,考察了NDA衍生条件、检测电势、分离电压、缓冲溶液pH值、缓冲溶液浓度等实验参数对牛磺酸检测的影响。最佳实验条件是缓冲溶液为pH= 11.04的8.00×10-3 mol·L-1 Na2B4O7中,衍生反应时间30 min,分离电压为20 kV,检测电势为0.90 V（vs.SCE）。在此条件下,5.0 kV进样10 s,得到牛磺酸的线性范围为5.00×10-61.00×10-3 mol·L-1,线性回归系数为0.9997,浓度检出限LODc为1.60×10-6 mol·L-1 （S/N = 3）,对1.00×10-3 mol·L-1牛磺酸衍生物进行6次平行检测,得到牛磺酸衍生物的迁移时间tm和峰电流ip的相对标准偏差（RSD）分别为1.7%和2.5%。用该方法检测人溶血样中牛磺酸的含量,加标回收率在93-95%之间。第三章,以PDMS/玻璃芯片为制作材料,研制了一种集成芯片毛细管电泳电化学检测器,在正对分离通道末端的位置固定一微型引导管,用以定位和固定工作电极。借助该电极引导管,无须外部的辅助定位装置,即可方便、快速、准确地实现工作电极端面与毛细管出口对准,以抗坏血酸（AA）和多巴胺（DA）为模拟分析物,考察了芯片的分离效果。并以对抗坏血酸的检测考察了整个分析系统的重现性,重复安装工作电极所引起的抗坏血酸的峰电流的相对标准偏差（RSD）仅为3.1%,重现性良好。第四章,采用自制的微流控芯片电化学检测装置,以碳纤维簇微盘电极为工作电极测定了大鼠腹腔肥大细胞溶膜液中抗坏血酸的含量。检测抗坏血酸的最佳实验条件是,缓冲液为pH 9.0的1.0×10-2 mol·L-1的硼酸缓冲溶液,分离电压为1.1 kV,检测电势为0.8 V（vs.Ag/AgCl）,进样方式为1.0 kV电迁移进样5 s。在此实验条件下,得到了抗坏血酸的线性范围(8.0×10-6-5.0×10-4 mol·L-1),线性回归系数为0.9985,,并以电泳峰电流与噪声比值（S/N）为3时得到浓度检测限为2.7×10-6 mol·L-1。将5.0×10-4 mol·L-1抗坏血酸标准溶液连续进样7次,得到抗坏血酸的迁移时间tm和峰电流ip的相对标准偏差（RSD）分别为0.57 %和2.1 %,并将该方法用于检测大鼠肥大细胞溶膜液中的抗坏血酸含量,加标回收率在94-97%之间。第五章,研制了一种新型的碳纳米管/纳米普鲁士蓝修饰的碳纤维簇微盘电极,并将其用于微流控芯片电化学检测,测定了单个大鼠肥大细胞中的抗坏血酸。与未经修饰的碳纤维微盘电极相比,这种碳纳米管/纳米普鲁士蓝碳纤维微盘修饰电极在相对较低的检测电位下（+0.4V vs. Ag/AgCl）具有较好的催化氧化特性,灵敏度显著提高。在最佳实验条件下,得到抗坏血酸的线性范围为8.0×10-7-5.0×10-4 mol·L-1,检测限为2.7×10-7 mol·L-1（S/N=3）。将5.0×10-5 mol·L-1抗坏血酸标准溶液连续进样7次,得到抗坏血酸的迁移时间tm和峰电流ip的相对标准偏差（RSD）分别为0.86%和2.3%。在这一方法中,单个细胞通过电迁移导入芯片的双T交叉点,在1.0 kv的电压下肥大细胞迅速溶膜,溶膜后细胞中的组分在微流控芯片中得到分离并检测。用上述方法测得单个大鼠腹腔肥大细胞中抗坏血酸的含量为2.5-7.3 fmol,这是使用碳纤维修饰电极在微流控芯片上对单个大鼠肥大细胞中组分含量测定的首次报道。第六章研制了一种集成化微芯片毛细管电泳电化学发光检测系统,并在该系统上,以碳纤维簇微盘电极为工作电极,Ru（bpy）32+作为发光试剂,考察了发光试剂的浓度、缓冲液的pH值、缓冲液浓度、分离电压、检测电势等实验参数对检测谷胱甘肽的影响,得到的最佳检测条件为:Ru（bpy）32+的浓度为1.0×10-4 mol·L-1, 3.8×10-3 mol·L-1 NaH2PO4-1.68×10-2 mol·L-1 Na2HPO4 （pH 7.4）,分离电压为1.2 kV,检测电势为1.4 V（vs. Ag/AgCl）,进样电压1.0 kV,进样时间5 s。在此实验条件下,将1.0×10-4 mol·L-1谷胱甘肽标准溶液连续进样7次,得到谷胱甘肽的迁移时间tm和峰电流I的相对标准偏差（RSD）分别为0.92%和2.1%。这是首次将Ru（bpy）32+电化学发光与微流控芯片联用技术用于谷胱甘肽的分析。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章 文献综述  12-31
  1.1 微流控芯片毛细管电泳  12-17
    1.1.1 微流控芯片的基本原理  12-14
    1.1.2 微流控芯片的检测器及检测方法  14-17
  1.2 微流控芯片在单细胞分析的应用  17-19
  1.3 电化学发光原理与分析应用  19-22
    1.3.1 Ru(bpy)_3~(2+)电化学发光机理  19-21
    1.3.2 电化学发光在分析科学中应用  21-22
  1.4 微流控芯片电化学发光技术的研究与应用  22-23
    1.4.1 毛细管电泳-电化学发光检测技术  22
    1.4.2 微流控芯片电化学发光检测技术  22-23
  1.5 微流控芯片电化学发光技术展望  23-24
  参考文献  24-31
第二章 毛细管电泳柱前NDA衍生电化学检测人血液中的牛磺酸  31-43
  2.1 引言  31-32
  2.2 实验部分  32-35
    2.2.1 实验仪器  32
    2.2.2 材料与试剂  32
    2.2.3 实验方法  32-35
  2.3 结果与讨论  35-41
    2.3.1 牛磺酸衍生物的循环伏安特性  35
    2.3.2 CZE/柱端安培检测牛磺酸衍生物的电泳条件的选择  35-39
    2.3.3 人血液样品中牛磺酸的检测  39-41
  2.4 结论  41-42
  参考文献  42-43
第三章 微流控芯片电化学检测系统的研究  43-54
  3.1 引言  43-44
  3.2 实验部分  44-48
    3.2.1 仪器  44
    3.2.2 材料与试剂  44-45
    3.2.3 实验方法  45-48
  3.3 结果与讨论  48-51
    3.3.1 柱端安培检测装置的设计思路  48-49
    3.3.2 工作的电极的循环伏安性能  49-50
    3.3.3 微流控芯片检测系统的电泳性能  50
    3.3.4 工作电极定位的重现性  50-51
  3.4 结论  51-52
  参考文献  52-54
第四章 微流控芯片电化学检测大鼠腹腔肥大细胞中的抗坏血酸  54-65
  4.1 引言  54-55
  4.2 实验部分  55-57
    4.2.1 仪器  55
    4.2.2 材料与试剂  55
    4.2.3 实验方法  55-57
  4.3 结果与讨论  57-63
    4.3.1 抗坏血酸的循环伏安特性  57
    4.3.2 微流控芯片/柱端安培检测抗坏血酸的检测条件的选择  57-61
    4.3.3 肥大细胞溶膜液中抗坏血酸的测定  61-63
  4.4 结论  63-64
  参考文献  64-65
第五章 碳纳米管/纳米普鲁士蓝修饰电极-微流控芯片安培检测单个大鼠腹腔肥大细胞中的抗坏血酸  65-78
  5.1 引言  65-66
  5.2 实验部分  66-68
    5.2.1 仪器  66
    5.2.2 材料与试剂  66-67
    5.2.3 实验方法  67-68
  5.3 结果与讨论  68-75
    5.3.1 MWCNTs/P-PB/CFMBEs 对抗坏血酸的电催化氧化作用  68-69
    5.3.2 抗坏血酸检测条件的选择  69-71
    5.3.3 肥大细胞提取液中抗坏血酸含量的检测  71-72
    5.3.4 单个大鼠肥大细胞中抗坏血酸含量的测定  72-75
  5.4 结论  75-76
  参考文献  76-78
第六章 微流控芯片电化学发光检测器的研究  78-89
  6.1 引言  78-79
  6.2 实验部分  79-82
    6.2.1 仪器  79
    6.2.2 材料与试剂  79-80
    6.2.3 实验方法  80-82
  6.3 结果与讨论  82-86
    6.3.1 谷胱甘肽的循环伏安特性  82-83
    6.3.2 谷胱甘肽电致化学发光的机理  83-84
    6.3.3 谷胱甘肽检测条件的选择  84-86
  6.4 结论  86-87
  参考文献  87-89
结论  89-90
符号与缩写  90-91
致谢  91-92
攻读学位期间已发表和待发表的相关学术论文题录  92-93

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中图分类: > 生物科学 > 细胞生物学 > 细胞生物研究方法
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