基于微流控的核酸现场检测系统关键技术研究

论文摘要

随着生活水平不断提高,人们对于自身疾病的快速、精确检测的需求越来越大。核酸检测由于在检测特异性和灵敏度上的优势,可显著降低检测假阳性概率并缩短检测的窗口期。但是现有核酸检测方式存在操作繁琐,所需仪器设备多且不易携带等问题。基于微流控的核酸现场检测系统因其集成化、快速化、自动化以及小型便携的特点可有效弥补现有核酸检测方式的缺陷。该系统主要由微流控芯片和配套检测仪器组成,其中涉及到多项关键技术的研究。虽然国外已有相应产品面世,但是其制造和装配工艺复杂、成品率较低、单次检测价格昂贵,不适用于我国对核酸现场检测的需求,无法进行大规模临床应用,因此亟需自主研发一款基于微流控的核酸现场检测系统,并对其中涉及的关键技术进行研究。本文以研发基于微流控的核酸现场检测系统为目标,对芯片热压键合工艺、面向核酸提取的超声裂解方法以及面向核酸扩增的温度控制这三项关键技术进行研究,并搭建相应平台,对前述方法的适用性和可行性进行验证。主要内容包括:(1)研制了一台用于微流控芯片热压键合的热压机,在热压机中设计有专用的芯片固定结构,热压机可实现温度在0~250°℃,压力0～150Kg的调节,温度误差小于1℃。以聚碳酸酯(PC)为材料为对象,自主设计微流控芯片,通过正交实验,摸索出一套以膜为盖片的芯片热压键合工艺,在膜厚度小于0.175mm的条件下,使用热压温度:160～170℃,热压压力:80～100Kg,热压时间:60～90s可实现芯片的良好键合。(2)针对以超声裂解作为辅助方式的核酸提取过程,为实现超声能量以最优的效率传递,建立了球形芯片传振结构模型,其中球面曲率半径R=16.25mm,球面宽度A=4mm,球面厚度T=1mm,通过计算其前6阶模态分析出40kHz为匹配的超声激励频率。搭建了基于微流控的超声核酸提取实验平台,进行了超声功率和时间摸索,在使用20W的超声功率条件下,仅需10s便可完成对EV71病毒裂解步骤,速率优于成熟的机械振荡为辅助方式的手工提取法,验证了芯片传振模型的实用性。(3)面向核酸扩增过程,为了减小仪器体积与芯片中待测样本与反应槽之间的温度变化的延迟,以半导体制冷片为温度源,铜为传热介质,设计双面对称加热结构,整体尺寸为90mm×80mm×120mm。样本与反应槽的温度延迟小于1s,升降温速率分别为2.35℃/s和2.72℃/s。通过对烟草花叶病毒进行核酸扩增实验,验证了该系统的传热性能良好,并能实现核酸的稳定扩增。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 翁振宇

导师: 张东旭

关键词: 核酸检测,微流控,现场检测

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,医药卫生科技,信息科技

专业: 生物学,生物医学工程,无线电电子学

单位: 厦门大学

分类号: TN492;R318

总页数: 83

文件大小: 5551K

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