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计算机辅助血清地高辛临床检测电泳芯片的设计与应用

作　者: 吕君江
导　师: 徐溢
学　校: 重庆大学
专　业: 药物化学
关键词: 数学模型电场流场芯片设计地高辛酶免疫化学发光
分类号: R96
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本文将微流控芯片技术的高度集成能力、高效快速的分离能力、强大的流体操纵能力与酶免疫反应的高特异性及化学发光检测的高灵敏度相结合,研究了一种基于微流控芯片技术的血清地高辛临床检测方法。根据电泳芯片针对性强的特点,从芯片电泳基础理论出发,通过计算机模拟考察芯片电泳过程的电场及流场的分布,根据芯片电泳实验结果考察化学因素(化学反应、吸附、溶剂汽化)对芯片电泳过程的影响,对模拟计算结果进行验证,建立以样品性质和检测原理为起始参数的计算机模拟辅助电泳芯片的设计方法。针对目前需要常规检测的治疗窗口狭窄的强心甙类药物地高辛,提出血清地高辛酶免疫化学发光检测电泳芯片的整体设计方案,根据设计制作出电泳芯片,建立血清地高辛酶免疫化学发光芯片电泳检测方法,以期用于血清地高辛的临床检测。具体研究内容及相关结论包括:采用ConventorWare软件的微流体模块,对不同构型微混合管道的被动混合过程进行模拟计算和罗丹名6G发光成相实验,通过三维流场模拟图象及电场分布图象结合实验所得图象的分析,以混合效率为指标,讨论了不同结构微管道中层流混合过程的混合效果;对各混合微管道中罗丹明6G样品与缓冲液混合过程的混合效率进行计算,根据混合效率-混合长度曲线,论证和对比了引入不同构型的微管道混合方式下的混合效果。并根据模拟计算提出了一种结构和操作简单,高效而且可以用于电渗驱动混合的多级层流混合器的设计,用于血清地高辛电泳芯片的柱前免疫反应器。选择L-精氨酸和L-苯丙氨酸为分离样品体系,对十字形管道简单进样、夹流进样过程的电场分布和流场分布进行了模拟计算。通过讨论用于芯片电泳过程模拟的数学模型及其简化和求解方法,用十字形微管道实体模型模拟并优化了简单进样过程的进样时间和回流电压,得出简单进样需要有足够的充样时间使样品节的分布达到稳定,以反映样品本体溶液的浓度;通过模拟计算得到的三维图象以及样品浓度分布曲线和Cmax/σ-聚焦比曲线,综合分析得到夹流进样的聚焦比率应该在1.1-1.6范围内。根据电泳实验提出氨基酸样品基本参数,通过模拟计算考察了进样管道宽度和进样时间对进样方差的贡献;根据分离度与分离长度拟合曲线来确定电泳芯片的有效分离长度;对化学发光柱后衍生管道施加的夹流电压进行了模拟优化,得出氨基酸体系分离分析的电泳芯片设计方案和操作参数为:进样管道宽度为分离管道宽度的1/2,简单进样充样时间应大于5s,分离管道有效分离长度为30mm,衍生夹流比1.0-1.6。根据模拟优化结果提出的电泳芯片设计方案,采

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
1 绪论  12-28
  1.1 问题的提出及课题研究意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-25
    1.2.1 生化分析微流控芯片技术研究进展  14-23
    1.2.2 地高辛临床检测研究进展  23-25
    1.2.3 结论和发展趋势  25
  1.3 本文的研究内容和研究目标  25-28
2 电泳芯片上反应管道的模拟辅助设计及实验验证  28-38
  2.1 引言  28
  2.2 实验部分  28-29
    2.2.1 模拟实验  28-29
    2.2.2 荧光成相实验  29
  2.3 结果与讨论  29-36
    2.3.1 被动混合过程的数学模型和影响因素  29-30
    2.3.2 混合微管道的长度对混合效率影响  30-32
    2.3.3 不同形状弯管道对提高混合效率的影响  32-34
    2.3.4 多级层流方式对混合效率的影响  34-35
    2.3.5 被动混合方式的对比  35-36
  2.4 本章小结  36-38
3 电泳芯片进样和分离管道的模拟辅助设计及实验验证  38-54
  3.1 引言  38
  3.2 电泳芯片上电泳过程的模拟实验  38-41
    3.2.1 十字形管道简单进样计算过程中边界条件的设置  39-40
    3.2.2 十字形管道夹流进样计算过程中边界条件的设置  40
    3.2.3 氨基酸电泳分离过程模拟  40-41
  3.3 结果与讨论  41-52
    3.3.1 进样管道数学模型的建立和CONENTORWARE 计算结果  41-43
    3.3.2 微管道中流场的模型和COVENTORWARE 模拟计算结果  43-44
    3.3.3 微管道中样品节的浓度分布模型和CONENTORWARE 模拟计算结果  44-49
    3.3.4 氨基酸分离模拟计算所需缓冲液及样品参数的获得  49
    3.3.5 分离管道的设计  49-51
    3.3.6 衍生电压的模拟优化  51-52
  3.4 本章小结  52-54
4 氨基酸分离PDMS 电泳芯片的制作与芯片电泳实验  54-62
  4.1 引言  54
  4.2 实验部分  54-55
    4.2.1 优化设计的PDMS 电泳芯片结构  54
    4.2.2 PDMS 电泳芯片的制作  54
    4.2.3 PDMS 芯片上氨基酸电泳分离实验  54-55
  4.3 结果与讨论  55-59
    4.3.1 PDMS 芯片的电化学特性曲线  55
    4.3.2 氨基酸体系电泳芯片的整体设计依据  55-56
    4.3.3 氨基酸体系芯片电泳分离过程模拟结果和实验结果比较  56-59
  4.4 本章小结  59-62
5 复合式电泳芯片的制作及其性能表征  62-74
  5.1 前言  62
  5.2 实验部分  62-64
    5.2.1 试剂和仪器  62
    5.2.2 实验内容  62-64
    5.2.3 氨基酸的衍生  64
    5.2.4 复合芯片上氨基酸样品的电泳分析及LIF 检测  64
  5.3 结果与讨论  64-73
    5.3.1 微管道绝缘性能表征  64-65
    5.3.2 基体电流的影响及其干扰的消除  65-68
    5.3.3 硅-PDMS 复合式电泳芯片微管道电渗流的测定  68-69
    5.3.4 玻璃－PDMS 复合芯片上电渗流的测定  69-71
    5.3.5 不同材质电泳芯片微管道中电渗流的比较  71-72
    5.3.6 氨基酸样品分析  72-73
  5.4 本章小结  73-74
6 地高辛血药浓度检测电泳芯片的设计、制作及应用  74-88
  6.1 引言  74
  6.2 试剂及仪器  74-77
    6.2.1 试剂  74-75
    6.2.2 仪器设备  75-76
    6.2.3 高压电源及检测装置  76
    6.2.4 芯片电泳实验  76-77
  6.3 结果与讨论  77-87
    6.3.1 电渗流的测定  77
    6.3.2 血清地高辛芯片电泳操作条件的确定  77-78
    6.3.3 芯片网络管道的设计  78-81
    6.3.4 地高辛竞争免疫反应  81-82
    6.3.5 样品峰的识别  82-84
    6.3.6 标准曲线的绘制  84-86
    6.3.7 未知样品分析  86
    6.3.8 结果评价  86-87
  6.4 本章小结  87-88
7 结论与展望  88-90
  7.1 结论  88-89
  7.2 展望  89-90
致谢  90-92
参考文献  92-102
附录  102-103
独创性声明  103
学位论文版权使用授权书  103

计算机辅助血清地高辛临床检测电泳芯片的设计与应用

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