紙質(zhì)微流控芯片與癌癥標(biāo)志物檢測(共8頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上紙質(zhì)微流控芯片與癌癥標(biāo)志物檢測XXX1*（1.XXXXXX，XX XX XXXX）摘要：癌癥標(biāo)志物的檢測在癌癥的早期診斷治療中具有重要意義。而紙質(zhì)微流控芯片具有成本低，易攜帶，操作簡單，檢出限低，可大規(guī)模量產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，符合了癌癥標(biāo)志物檢測要求。本文在此介紹紙質(zhì)微流控芯片的特殊優(yōu)點(diǎn)，制作原理和方法，研究進(jìn)展，在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，以及需要改進(jìn)的地方。關(guān)鍵詞：紙質(zhì)微流控芯片；癌癥標(biāo)志物；臨床檢測；應(yīng)用中圖分類號：O657 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：APaper-Based microfluidic analytical devices for detection of cancer bio

2、markersXXX1*(XXX, XXX, XXX, XXX, XXX, XXX)Abstract:The detection of cancer biomarkers is important in early diagnosis.Paper-Based microfluidic analytical devices(PADs)has many advantages.It meets the demand of detection of cancer biomarkers.This paper introduce the unique advantages of PADs ,the pri

3、nciple and methods of PADss production,research on it,application of it and its disadvantages.Key words: Paper-Based microfluidic analytical devices,cancer biomarkers,detection,application.專心-專注-專業(yè) 據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，2012年癌癥造成820萬人死亡，成為全球的一個(gè)主要死亡原因。因此，癌癥的早期診斷與治療尤為重要。癌癥標(biāo)志物是指惡性腫瘤細(xì)胞在增值等過程中分泌釋放出來的蛋白質(zhì)，激素，酶等生物活性性質(zhì)，

4、它可以反映惡性腫瘤的存在以及生長情況。1所以臨床醫(yī)學(xué)上需要一種高水平的癌癥標(biāo)志物檢測方法。微流控芯片(PADs)正是近年來興起的一種新技術(shù)，它具有成本低，高靈敏度，高效率等新優(yōu)點(diǎn)，可以用來替代早期檢測方法如化學(xué)發(fā)光法或酶聯(lián)免疫分析法。紙質(zhì)微流控芯片是微流控芯片中最具有發(fā)展前景的一種技術(shù)之一。本文將對該技術(shù)進(jìn)行簡單的綜述。1.紙質(zhì)微流控芯片的優(yōu)點(diǎn)普通意義上的微流控芯片有如下優(yōu)點(diǎn)：1.系統(tǒng)通常微信化，易于攜帶。2.分析所需的試樣試少，環(huán)境污染少。3.集成化，自動(dòng)化，應(yīng)用范圍廣，涉及化學(xué)，生命科學(xué)，材料，醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。4.分析速度快，可多通道分析。24紙質(zhì)微流控芯片還具有它的特殊優(yōu)點(diǎn)5：1.紙?jiān)谌魏蔚?/p>

5、方都可以得到而且價(jià)格便宜。（甚至是高級層析紙如Whatman chromatography paper #1 (200.0 mm × 200.0 mm, pure cellulose paper)也不是很貴） 2.它可以通過毛細(xì)作用吸收被測液體 3.可以對紙的表面進(jìn)行修飾，讓它具有更多應(yīng)用 4.紙是由纖維素構(gòu)成的，具有良好的生物相容性 5.紙是可燃的，在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，通過簡單的燃燒辦法處理即可 6.紙是白色的，非常利于比色分析 7.利用現(xiàn)有的印刷技術(shù)就可以在紙上進(jìn)行通道刻蝕，表面加工等。2.紙質(zhì)微流控芯片的制作方法2.1傳統(tǒng)微流控芯片與紙質(zhì)微流控芯片制作方法區(qū)別傳統(tǒng)的微流控芯片是在玻璃

6、，硅橡膠，PDMS或者其他塑料或者高分子材料上刻蝕通道得到。而PADs的制作主要是用疏水的材料做成屏障來得到一些親水的通道。 （圖一 PADs親水通道示意圖4） 現(xiàn)在已有好幾種方法來制作PADs6。主要有紫外光刻，蠟印，融蠟浸透，絲網(wǎng)印刷，繪圖，噴墨打印等等。本文中著重介紹紫外光刻與蠟印法以及3D-PADs的制作。而通過不同制作方法得到的PADs之間的比較見圖六。2.2 紫外光刻法通過物理吸附，物理沉積等方法將光刻膠修飾在濾紙上，然后在掩膜保護(hù)下，用紫外光照射特定的區(qū)域曝光區(qū)域的光刻膠發(fā)生聚合，再用化學(xué)洗滌劑洗去未曝光部分的光刻膠，這樣就得到了親水通道。這里仔細(xì)介紹Whitesides小組6制

7、作PADs的方法。首先。他們將7.5cm直徑的層析紙浸透在2ml的SU-8 2010光刻膠中30s,然后再2000rpm下離心分離30s,再在95下烘烤5min，。他們再把掩膜保護(hù)下的層析紙暴露在405-nm的紫外線（50mWcm-2)中照射10s。照射后，將層析紙?jiān)俅闻c96下烘烤5min來使曝光部分的光刻膠聚合。最后用PGMEA來洗去未曝光部分的光刻膠，洗滌時(shí)長5min。這樣就得到了有刻蝕通道的層析紙，為了增加它的親水性，可以把它的整個(gè)表面暴露在600 millitorr的氧等離子體中10s。整個(gè)制作過程完畢。2.3 蠟印法 在層析紙的特定區(qū)域上固定上蠟，然后將層析紙置于90恒溫干燥箱20m

8、in左右，使蠟層正好均勻滲透到下層，而不會(huì)過度擴(kuò)散。2.4 3D-PADs的制作通過疏水材料隔離不同的芯片層，再用不同的孔道連通層與層之間，達(dá)到三維立體的效果。（圖二 紫外光刻法制作流程示意圖7） （圖三 蠟印法制作流程示意圖5） （圖四 兩種方法制作出來的PADs5） （圖五 3D-PADs的制作流程圖4） 3.紙質(zhì)微流控芯片的工作原理被測液體通過親水通道到達(dá)測試區(qū)，在測試區(qū)可以通過電化學(xué)檢測分析法，化學(xué)比色檢測分析法，化學(xué)發(fā)光余電化學(xué)發(fā)光檢測分析法等一系列的分析化學(xué)方法來檢測出對待測物進(jìn)行定量分析。 （圖六 用各種制作方法得到的PADs之間的比較5）4.紙質(zhì)微流控芯片的分析檢測方法4.1

9、比色檢測最常用最簡單的檢測方法就是比色檢測法。待測物與測試區(qū)的分析試劑發(fā)生反應(yīng)，利用化學(xué)反應(yīng)，酶聯(lián)免疫反應(yīng)的顯色效應(yīng)，通過顏色指示來對待測物的多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行定量分析。例如，圖七就是比色檢測法的一種應(yīng)用。 這種檢測方法是成本最低，最簡單的方法。它可以用于遠(yuǎn)程醫(yī)療檢測，例如一個(gè)病人用紙質(zhì)微流控芯片得到顏色信息，用帶有攝像頭的手機(jī)進(jìn)行拍照再通過互聯(lián)網(wǎng)傳送到遠(yuǎn)方的醫(yī)生那里，醫(yī)生就可以進(jìn)行結(jié)果分析和病情預(yù)測。然而它也有很大的缺點(diǎn)，那就是靈敏度和準(zhǔn)確度過低。4.2 電化學(xué)檢測Yafeng Wu8等人就曾用微分脈沖極譜法來對AFP(甲胎蛋白，肝癌的標(biāo)志物)，CEA(癌胚抗原，廣譜性的腫瘤標(biāo)志物，可用作大腸癌，

10、乳腺癌，肺癌的標(biāo)志物。)，CA125(一種糖蛋白，是卵巢癌的特異性標(biāo)志物)，CA153(一種乳腺癌最重要的標(biāo)志物)9這四種癌癥標(biāo)志物進(jìn)行定量分析。通過電流大小的計(jì)算得到各個(gè)癌癥標(biāo)志物的含量。這種檢測方法具有靈敏度高，選擇性強(qiáng)，易于集成化和微型化等優(yōu)點(diǎn)6。目前安培法是應(yīng)用最多的一種，此外還有電位法，伏安法與電導(dǎo)法。（圖七 葡萄糖與BSA的濃度與顯示顏色之間的關(guān)系7） （圖八 電流強(qiáng)度與待測物濃度的關(guān)系8）4.3 其他檢測方法除了以上兩種方法外，還有化學(xué)發(fā)光與電化學(xué)發(fā)光檢測法。Yu6等人利用化學(xué)發(fā)光的方法成功對葡萄糖和尿酸進(jìn)行定量檢測。Delaney6等人也成功的對DBAE與NADH利用化學(xué)發(fā)光的

11、方法進(jìn)行檢測。我認(rèn)為電流型生物傳感器也能用于紙質(zhì)微流控芯片的檢測之中。比如說，通過檢測某種生物酶降解癌癥標(biāo)志物（蛋白類）這一反應(yīng)中的反應(yīng)電流來最待測物進(jìn)行定量分析。若是待測物中有共軛大鍵，是否可以嘗試用分子熒光，分子磷光法?；蛘邍L試場致發(fā)光，熱致發(fā)光，催化發(fā)光等等其他的發(fā)光方法。4.4對紙質(zhì)微流控芯片的改進(jìn) Yafeng Wu8等人在用紙質(zhì)微流控芯片對癌癥標(biāo)志物進(jìn)行電化學(xué)檢測的過程中首次提出了一種信號放大的方法。 首先,他們在層析紙上覆蓋一層氧化石墨烯（GO)，接著在上面修飾上甲胎蛋白抗體(anti-AFP)以及牛血清白蛋白（BSA）。同時(shí)他們用3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)修飾二氧化硅納

12、米球的表面，然后在納米球的表面修飾上甲胎蛋白抗體(anti-AFP)和辣根過氧化酶（HRP)。檢測過程就是甲胎蛋白被同時(shí)吸附在分別連著二氧化硅納米球與GO的甲胎蛋白抗體，使兩者連為一體，再用微分脈沖極譜分析法檢測電流強(qiáng)度，從而達(dá)到對待測物定量檢測的目的。 （圖九 改進(jìn)方法示意圖8） 該實(shí)驗(yàn)小組得到的電流強(qiáng)度與待測物濃度之間的關(guān)系已經(jīng)在圖八中列出。同時(shí)，他們從本實(shí)驗(yàn)中得到四種標(biāo)志物電流與濃度之間的線性回歸方程 I = 3.55 + 1.1 log (CAFP/ng mL1)(R2 = 0.9969), I = 3.14 + 1.04 log (CCEA/ng mL1) (R2 =0.9940),

13、 I = 3.67 + 0.95 log (CCA125/ng mL1)(R2 = 0.9974), I = 3.14 + 0.84 log (CCA153/ng mL1) (R2 = 0.9958)。此外，他們對其他實(shí)驗(yàn)影響因素進(jìn)行了測定，得到如圖中所示結(jié)果。 （圖十 影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的其他因素8）這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為我們做其他癌癥標(biāo)志物檢測的實(shí)驗(yàn)時(shí)提供了一些參考。也為紙質(zhì)微流控芯片對甲胎蛋白的檢測進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化，有利于加速它的工業(yè)化進(jìn)程。該小組通過這種方法成功的將四種癌癥標(biāo)志物的檢出限降至為0.001, 0.005, 0.001,和0.005ng mL1,明顯的優(yōu)于現(xiàn)有的檢測技術(shù)。5.紙質(zhì)微流控芯片

14、的應(yīng)用具有多學(xué)科綜合優(yōu)勢的紙質(zhì)微流控芯片在實(shí)驗(yàn)室中有多方面的應(yīng)用，將來在生活中也會(huì)有廣泛應(yīng)用。 下表列出了紙質(zhì)微流控芯片的檢測及應(yīng)用。6.展望作為最前沿的分析技術(shù)之一，紙質(zhì)微流控芯片具有許多其他檢測方法所不具有的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。尤其是它的成本，非常非常低，可以很容易的工業(yè)化推廣。就發(fā)展中國家來說，它們?nèi)鄙僮銐虻尼t(yī)療資源，沒有有效的癌癥檢測方法，如果紙質(zhì)微流控芯片在癌癥診斷上的應(yīng)用成功實(shí)現(xiàn)并得到推廣，這對于那些發(fā)展中國家的貧窮病人來說將會(huì)是非常大的福音。也許未來的某一天，檢測癌癥將會(huì)變得用PH試紙檢測PH一樣簡單。如果我們把思路開闊一下，意識到所有的檢測都是相通的。我們還能將紙質(zhì)微流控芯片用于疾病檢測

15、，環(huán)境檢測，食品安全檢測，地質(zhì)資源勘查等等方面。所以，對于紙質(zhì)微流控芯片的研究是非常必要的。就目前而言，紙質(zhì)微流控芯片還處于發(fā)展的初期，現(xiàn)有的技術(shù)無法滿足真正實(shí)際應(yīng)用的需求。 （表十一 紙質(zhì)微流控芯片的檢測與應(yīng)用6） 因此紙質(zhì)微流控芯片的研究與發(fā)展應(yīng)當(dāng)在以下幾個(gè)方面努力：1. 充分發(fā)揮紙芯片多檢測物同時(shí)分析的優(yōu)勢，在這方面進(jìn)行更多的研究。2. 尋找更為簡單又不會(huì)降低靈敏度的制作工藝。3. 對層析紙的表面修飾技術(shù)進(jìn)行研究，尋找更多的修飾方法，拓寬紙芯片的檢測面。4. 充分運(yùn)用現(xiàn)代社會(huì)中智能手機(jī)拍照功能與發(fā)達(dá)的互聯(lián)網(wǎng)，將紙芯片的應(yīng)用到遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷中。5. 開發(fā)更好的檢測技術(shù)，雖然比色法很簡單實(shí)用，

16、可是畢竟準(zhǔn)確度偏低，而電化學(xué)檢測法雖然靈敏度高，卻難以實(shí)現(xiàn)在紙芯片上微電機(jī)陣列，因此，檢測技術(shù)方面需要更多研究。 參考文獻(xiàn)：1.陳燕腫瘤標(biāo)志物臨床應(yīng)用原則J醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)與臨床 2006，117：1-22.岳志紅 張正， 微流控芯片技術(shù)及其在檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用 J，現(xiàn)代儀器，2004，（5）：14-163.蔡紹皙，郭志剛， 微流控芯片分析技術(shù)在生化研究中的應(yīng)用進(jìn)展J生物技術(shù)通報(bào)，2010，(011)：68714.齊云龍 丁永勝， 圖解紙芯片制作及應(yīng)用進(jìn)展J，現(xiàn)代儀器與醫(yī)療 2013，19(3):7-145.Andres W. Martinez等， Diagnostics for the Developing World: Microfluidic Paper-Based Analytical DevicesJ, Anal. Chem. 2010, 82, 3106.蔣艷等, 微流控紙芯片的加工技術(shù)及其應(yīng)用J,化學(xué)進(jìn)展 2014，26(1)：1671777.George M. Whiteside等，Patterned Paper as a Platform for Inexpensive, Low-Volume, Portable Bioassays，Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46