结合纸芯片的GMI磁珠检测技术

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磁珠检测技术在磁珠、肿瘤标志物、细胞、细菌、微生物检测等方面已经得到广泛应用。本论文详细介绍了基于磁敏传感器的磁珠检测技术以及磁珠检测技术在生物医学领域的实际应用,重点介绍了使用GMI传感器进行磁珠检测和生物检测的案例,证明GMI磁珠检测技术在磁珠、肿瘤标志物检测等方面具有可观的应用价值。基于前人的成果和经验,本论文提出将传统微流控芯片替换成纸芯片作为分离式检测工具,并结合GMI传感器建立一种新型磁珠检测技术,探索该技术在磁珠检测方面的可行性。全文主要研究内容如下:1.通过研究传感器对单向磁场的输出特性得到,在±0.5Oe的外加磁场范围内,输出信号与外加磁场呈线性关系,传感器具有良好的检测能力,灵敏度高达89V/Oe。2.本论文具体研究了压印法、粘贴法、涂绘法、冲针切割法、刀模切割法这五种纸芯片的制作工艺。从纸芯片的圆形检测区实际面积是否接近理论面积、检测区圆度值是否接近于1等方面来判断相应方法的可行性。通过对这五种工艺的对比确定刀模切割法制作的纸芯片成功率高、检测区尺寸标准、可批量生产,适合作为承载磁珠的分离式平台。本文中将以滤纸作为检测区基底的纸芯片称为三维纸芯片,将以PVC薄膜作为检测区基底的纸芯片称为二维纸芯片。3.分别使用三维和二维纸芯片作为磁珠载体进行检测工作,研究磁珠在不同纸芯片中的分布对磁珠检测的影响。得到结果如下:(1)研究不同外加磁场对磁珠检测的影响。使用两种纸芯片检测磁珠的结果相似:当外加磁场为0.5Oe时,传感器检测能力最强;当外加磁场高于0.5Oe时,传感器的检测能力反而下降。这说明传感器对磁珠的检测性能是由磁珠偶极场的强弱和敏感元件在外加磁场作用下的检测性能共同决定的。当外加磁场超过磁敏元件各向异性场后,即使磁珠磁化程度更高,传感器对外磁场的灵敏度却开始下降,最终导致传感器采集到的磁珠信号变弱。(2)研究检测区直径对磁珠检测的影响。使用两种纸芯片作为磁珠载体的检测结果具有共同点:当检测区直径为2mm时,磁敏元件感应到的磁珠信号比3mm更强。这是因为直径2mm的检测区将磁珠限制在一个离传感器更近的空间内,因此传感器感应到的信号更强。(3)使用二维纸芯片作为检测平台,将磁珠浓度设置在10pg/mL,研究不同磁珠溶液取量对磁珠检测的影响。结果证明,取量低于7.5μL时,磁珠信号随磁珠取量增加而增强;取量高于7.5μL时,磁珠信号基本保持不变,该结果与磁珠团簇现象有关,团簇现象抑制了高密度磁珠偶极场增强的效果。(4)研究磁珠浓度对磁珠检测的影响。使用不同纸芯片检测磁珠的结果存在很大差异:三维纸芯片中磁珠信号随浓度稀释先增加后减小,二维纸芯片中磁珠信号随浓度稀释先减小后升高。这是由于磁珠在纸纤维立体空间和PVC薄膜平面上的分布存在差异。
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