基于微流控芯片的蛋白质高灵敏快速检测技术研究.pdf

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1、基于微流控芯片的蛋白质高灵敏快速检测技术研究满燕2015年6月中图分类号：UDC分类号：基于微流控芯片的蛋白质高灵敏快速检测技术研究作者姓名满燕学院名称生命学院指导教师邓玉林教授答辩委员会主席范明研究员申请学位工学博士学科专业生物化工学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月TheStudyofProteinHighSensitiveandRapidDetectionbasedonMicrofluidicChipCandidateName:YanManSchoolorDepartment:SchoolofLifeScienceFacultyMentor：Pr

2、of.YulinDengChair,ThesisCommittee:Prof.MingFanDegreeApplied：DoctorofPhilosophyMajor:BiochemistryEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学

3、位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要如何从种类繁多、成分复杂且含量较低的生物样品中实现目标蛋白的高灵敏快速检测，一直以来都是分析工作者所追求并致力解决的科学问题之一。目前发展的多种大型检测设备可以用于蛋白质的高效、准确、灵敏的检测，但尚不能满足目前环境监测、食品安全、医疗卫生、毒品检测等领域所追求的实时、快速检测的需求。微流控芯片已经发展成为一种极具潜力的分析平台，它可以与实验室中的生物技术与分析方法，如样品的取样、前处理、反应、富集分离、

4、检测等进行集成，最终形成一种具有操作简单、便于携带、实时、高通量检测特点的快速现场检测方法。本论文以微流控芯片技术为手段，重点研究：（1）通道内壁修饰方法。通过减少蛋白质的非特异性吸附，提高蛋白质的检测灵敏度。（2）发展了两种新型温度敏感硼酸亲和特性的微流控芯片。通过简单的调节温度，实现样品蛋白的快速捕获与释放，进而提高检测的灵敏度。（3）基于胶体金免疫色谱技术，发展了一种新型的胶体金免疫色谱微流控芯片，实现了蛋白质的快速、连续、可视化、便携检测。主要研究内容包括以下几个方面：1.发展了一种通道内壁简单的涂层技术，抑制蛋白质的非特异性吸附。为了实现微流控芯片对蛋白质

5、样品的高灵敏检测，制备了一种新型、简单的微流控芯片涂层方法—牛血清白蛋白（BSA）涂层，以降低目标蛋白的非特异性吸附，提高检测灵敏度。由于毛细管和玻璃芯片的材质是相同的，并且可以直接以碱性蛋白为研究对象，所以采用毛细管电泳仪（UV检测器）来表征其涂层效果。经过优化，其最佳的涂层条件为：磷酸盐缓冲液的pH值为4.2，涂层静置时间为12h，涂层BSA浓度为1.5mg/mL。利用这种涂层的毛细管，实现了核糖核酸酶、溶菌酶、胰蛋白酶和肌红蛋白四中碱性蛋白混合物的分离。最后，将这种涂层方法应用到微流控芯片中。这种涂层方法的涂层过程简单、快速，并且涂层具有良好的稳定性和重现性。

6、2.制备了一种基于P(NIPAAm-co-AAPBA)的温度敏感亲和PDMS微流控芯片，实现了对目标样品的选择性富集分离。通过UV诱导的接枝聚合反应，在PDMS微流控芯片中接枝了P(NIPAAm-co-AAPBA)，通过调节温度而不改变流动相的pH值，来捕获和释放样品中含有顺式二羟基的生物分子，如腺苷、糖蛋白、酶等。通过调节温度从4℃到55℃，P(NIPAAm-co-AAPBA)接枝的PDMS微芯片成功用于含有顺式二羟I北京理工大学博士学位论文基的腺苷分子的捕获与释放。经过进一步的发展，构建的PDMS微流控芯片可以作为一种潜在的工具，用于顺式二羟基生物分子如：辣根过

7、氧化物酶和糖蛋白等样品的捕获与释放。3.制备了一种基于P(NIPAAmco-VPBA)的温度敏感亲和玻璃微流控芯片，实现对目标蛋白质的选择性富集分离。通过表面引发原子转移自由基聚合反应（SI-ATRP），在玻璃微流控芯片的表面成功接枝了P(NIPAAmco-VPBA)，制备了一种具有温度响应硼酸亲和效应的微流控芯片。通过简单的温度调节（从4℃到55℃），接枝有P(NIPAAmco-VPBA)聚合物的微流控芯片，可以专一性、选择性的从腺苷和脱氧腺苷混合物中，快速实现顺式二羟基生物分子腺苷的捕获与释放，从进样到样品的收集总共需要不到10min。这种P(NIPAAmc