论文部分内容阅读
肺癌是危害人类生命的恶性肿瘤，近年来患者数量呈逐步增加的势头，是目前发病比例与导致死亡比例最高的癌症。肺癌的早期筛查和手术预后疗效与患者的存活率密切相关，因此进行肺癌的及早检测具有极为重要的临床研究意义。 本论文将生物芯片制造技术、免疫检测技术、电化学检测技术和电子技术相结合，旨在研制用于肿瘤标志物电化学免疫检测的手持式系统，具体研究内容有三方面: 首先，针对肿瘤标志物实时检测的需求，利用差分脉冲伏安法(Differential Pulse Voltamm etry，DPV)研制出一款手持式电化学检测系统。实验利用电阻和铁氰化钾(K3Fe(CN)6)对系统电学性能与基本电化学性能进行验证。结合氨基化石墨烯(Amino functional graphene，NH2-G)/硫堇(Thionine，Thi)/纳米金(Gold nanoparticles，AuNPs)复合材料修饰的微流控纸芯片(Microfluidic paper-based analytical device，μPADs)，完成了癌胚抗原(Carcinoembryonic antigen，CEA)的测试。实验结果显示DPV峰值电流响应和CEA标准溶液浓度的对数之间存在良好的线性关系，在1～500ng mL-1范围内的线性拟合方程是I=2.903-0.630logCCEA，线性相关系数R是0.998;在信噪比大于/等于3时，最低检测限是10pg mL-1。为验证系统的临床应用能力，本实验室与北京肿瘤医院联合开展了临床血清样本测试。利用手持式电化学检测系统与北京肿瘤医院的罗氏Cobas E602全自动电化学发光免疫分析仪得到的测试结果之间的相对误差绝对值在1.25％～5.46％范围内，测试结果具有较高的相关性。实验结果表明手持式电化学检测系统具备较高的检测精确性与灵敏度、较低的检测限以及较好的临床应用能力。 第二，针对现代智能医疗诊断的需求，在第一项工作的基础上，将无线通信技术与Android智能手机相结合，研制出一款无线手持式电化学检测系统。该系统由μPADs、电化学检测单元和Android智能手机组成。系统电学性能通过电阻来测试;系统基本电化学性能通过K3Fe(CN)6来验证。结合NH2-G/Thi/AuNPs修饰的μPADs，利用无线手持式电化学检测系统对神经元特异性烯醇化酶(Neuron specific enolase，NSE)进行测试。实验结果显示在1～500ng mL-1范围内，随着NSE标准溶液浓度增大，DPV检测电流响应值变小。DPV峰值电流响应和NSE标准溶液浓度的对数之间具有良好的线性关系，对应的线性拟合方程是Y=4.025-0941logCNSE，线性相关系数R为0.997;在信噪比大于/等于3时，最低检测限为10pg mL-1。无线手持式电化学检测系统的检测结果与商业化电化学工作站Autolab的检测结果具有较好的相关性，相关系数R为0.994。检测结果可以通过无线蓝牙模块传输到Android智能手机应用程序(Application，APP)上进行实时显示。实验通过将其他蛋白加入浓度为1ng mL-1的NSE中对系统电化学免疫检测的选择性进行测试，测试误差小于8.17％，表明系统选择性较好。无线手持式电化学检测系统和传统的ELISA方法对NSE质控血清样品的测试结果具有良好的线性相关性，测试相对误差绝对值小于6.47‰表明无线手持式电化学检测系统具有良好的临床应用能力。实验结果表明该系统具有低成本、高灵敏度、高准确性和较高的选择性和良好的临床应用能力，可以应用于其他肿瘤标志物的检测。 最后，在上述研究工作的基础上，对第二项工作无线手持式电化学检测系统进行小型化设计，研制了基于智能手机的能量收集电化学检测系统。利用Android智能手机3.5mm音频口代替传统的电池和USB供电方式以缩小系统尺寸;Android智能手机具有便携、可反复充电和续航能力强等优点，能够为电化学检测系统提供可靠的供电。实验验证了系统的电学性能;并且利用该系统对已知浓度的CEA与NSE标准溶液分别进行测试，测试结果通过无线蓝牙模块传送到Android智能手机APP端进行实时显示。根据已经标定好的线性拟合方程对应计算出CEA与NSE标准溶液的浓度，根据线性拟合方程计算得到的浓度值与已知浓度值之间的相对偏差分别为3.95％与177％，实验结果显示小型化基于智能手机的能量收集电化学检测系统具有较高的检测准确性。该检测系统为未来移动医疗提供新的研究方向，也为家庭和个人移动医疗系统提供新的检测方法。