用于核酸检测的全集成滑动式微流控芯片研制

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hakbin
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病原体是指能造成动植物感染的微生物或寄生虫,具体包括细菌、病毒、真菌等。截止2022年,新冠病毒爆发近三年,造成了前所未有的经济动荡以及公共健康危机。现场快速检测技术(Point of care testing,POCT)能够在采样现场进行检测,快速辨别病原体,阻隔烈性传染病的大面积传播。近年来,微流控技术在POCT方面有了长足的发展,其具备的微型化、集成化和便携化等特点,特别适合用于病原体的即时检测。微流控芯片如Film Array,博奥芯片等早已被投入市场,长期应用于辨别血液感染,急性呼吸道感染等多种疾病。本文设计研发了一种基于可视化环介导等温扩增(Loop-mediated isothermal amplification,LAMP)的全集成微流控芯片,用于检测病原体核酸。芯片能够完成核酸的提取、扩增功能,操作便捷简单。芯片的检测原理是基于病原体RNA/DNA提取原理以及可视化LAMP等温扩增法,对于扩增后的产物只需用验钞笔激发荧光,肉眼即可判断阳性样本。芯片的设计上采用了磁珠法、抽吸混合法等多种方法,最终可完成核酸由提取到扩增的过程。为实现该过程,芯片分为三大功能区进行设计,共存在多个试剂存储池、一个混合池、以及多个扩增反应池。值得一提的是,芯片在扩增区采用了独特的滑动设计,无需复杂阀门就可实现液体分隔,16个扩增反应池至多可实现16种病原体的多靶点扩增。本文主要开展了以下工作:(1)设计滑动式微流控芯片内部腔室并对其结构进行改良,制备芯片,包括:核酸提取的方案选择,气动以及磁控方案设计;核酸提取区、混合区以及扩增区三个功能区的内部腔室设计,以及排布与尺寸改良;比较了选用PDMS和PC材料制备芯片的优缺点;总结了芯片的工作流程,以及实验芯片性能的方法。(2)对芯片的性能进行测试。运用COMSOL仿真软件与实验的方法,比较方波混合器与抽吸混合法的优缺点。测试了核酸扩增区的扩增反应池的密封性能。探讨了特制石蜡的配比等等。(3)针对病原体的检测与参数优化。在试管中与芯片上,都进行了对虾白斑综合征病毒(WSSV)阳性质粒的检测下限测试。对芯片检测的重复性和特异性都进行了测试。
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