曹雪開(kāi)題報(bào)告PPT

1、基于硝酸纖維素膜和手機(jī)拍照檢測(cè)與傳輸?shù)目焖俚统杀灸蛞簷z測(cè)紙芯片的研制學(xué) 生 曹雪指導(dǎo)教師 周小棉 李難廣州市第一人民醫(yī)院檢驗(yàn)科 2011年3月2日技術(shù)路線選題依據(jù)研究目標(biāo) 研究?jī)?nèi)容擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題可行性分析預(yù)期結(jié)果進(jìn)度安排實(shí)驗(yàn)方法參考文獻(xiàn)微流控芯片又稱(chēng)芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab on a Chip），指的是把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及到的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成或基本集成到一塊幾平方厘米(甚至更小)的芯片上,由微通道形成網(wǎng)絡(luò),以可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng),用以實(shí)現(xiàn)常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種功能的一種技術(shù)。石英玻璃硅PMMAPDMS常見(jiàn)微流控芯片的材料紙材料的一些特殊的優(yōu)點(diǎn)：1）成本低廉 適

2、合制備一次性使用的芯片；2）無(wú)需外界動(dòng)力源 組成紙的纖維素可以吸收水分，表面張力可以作為整個(gè)芯片的驅(qū)動(dòng)力；3）紙具有可燃性 紙質(zhì)芯片在完成分析功能后可以采取燃燒的方法安全處理，不會(huì)留下生物垃圾。 2007年初哈佛大學(xué)的Whitesides小組首次嘗試將紙作為一種微流控芯片的制作材料。 紙質(zhì)微流控芯片的研究目前正處于初步發(fā)展階段。光刻法噴墨打印法等離子處理法繪圖法芯片制作方法1）Whitesides 小組提出利用拍照手機(jī)對(duì)紙芯片上的生化反應(yīng)的顯色結(jié)果進(jìn)行拍照并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、遠(yuǎn)程診斷。2）Dungchai等人在紙芯片上集成電極，在紙芯片上實(shí)現(xiàn)了葡萄糖、乳酸和尿酸的電化學(xué)同時(shí)檢測(cè)。3）

3、Delaney等人在紙芯片上集成了電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)。 芯片檢測(cè)技術(shù) 硝酸纖維素膜1.蛋白吸附能力強(qiáng)；2.孔徑僅為0.45m3.表面更為光滑和均勻現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)診斷（Point of care testing，POCT）又稱(chēng)為床邊檢測(cè)或病人身邊檢測(cè)、家用檢驗(yàn)等。同時(shí)具有：空間上的“現(xiàn)場(chǎng)”和時(shí)間上的“即時(shí)”?，F(xiàn)場(chǎng)即時(shí)診斷具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，要求分析速度快、操作簡(jiǎn)便、體積小、便攜化等?，F(xiàn)場(chǎng)即時(shí)診斷常用的技術(shù)包括干化學(xué)法測(cè)定、 免疫層析和生物傳感器等，現(xiàn)在正在發(fā)展中的一些現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)診斷技術(shù)還包括微流控芯片、生物芯片、圖形分析、納米技術(shù)和表面等離子共振技術(shù)等。尿液常規(guī)分析是臨床上最重要的三大常規(guī)檢測(cè)項(xiàng)目之一，主要

4、用于泌尿生殖系統(tǒng)疾病、代謝性疾?。ㄈ缣悄虿〉龋⒏文懠膊〖捌渌到y(tǒng)疾病的診斷和鑒別診斷、治療檢測(cè)及健康普查。干化學(xué)尿液分析儀BACK通過(guò)應(yīng)用硝酸纖維素膜作為紙芯片的制作材料，研制出可用于尿液蛋白質(zhì)、葡萄糖、白細(xì)胞、潛血（紅細(xì)胞/Hb)、亞硝酸鹽、pH、比重、酮體、膽紅素、尿膽原、維生素C等11項(xiàng)檢測(cè)的一次性紙芯片，并且利用拍照手機(jī)作為檢測(cè)器，將拍得的圖像傳輸?shù)诫娔X上，再用軟件對(duì)其取值進(jìn)行定量分析或肉眼觀察進(jìn)行定性分析。期望可為邊遠(yuǎn)山區(qū)、野外、急救現(xiàn)場(chǎng)等遠(yuǎn)離中心醫(yī)院的患者提供新一代價(jià)格低廉的即時(shí)遠(yuǎn)程檢驗(yàn)工具。研究目標(biāo) BACK研究?jī)?nèi)容1.紙芯片的制備用噴蠟打印技術(shù)制備各種被檢項(xiàng)目的試劑儲(chǔ)存區(qū)、樣

5、本分配通道和加樣區(qū)；針對(duì)不同的檢測(cè)項(xiàng)目將其試劑加入試劑貯存區(qū)，經(jīng)烘干形成紙芯片。利用拍照手機(jī)作為檢測(cè)器，并用軟件（如Imagepro、Photoshop）對(duì)其取值進(jìn)行定量分析，研究紙芯片各項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)的檢測(cè)靈敏度、線性范圍、批間變異與批內(nèi)變異以及儲(chǔ)存有效期；2.紙芯片的性能檢測(cè)3.比對(duì)紙芯片的尿液分析結(jié)果與現(xiàn)有的尿11項(xiàng)分析儀的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)（尿蛋白質(zhì)、葡萄糖、白細(xì)胞、潛血（紅細(xì)胞）、亞硝酸鹽、pH、比重、酮體、膽紅素、尿膽原、維生素C等11項(xiàng)檢測(cè)）BACK技術(shù)路線芯片的設(shè)計(jì)噴蠟打印與烘烤試劑加載手機(jī)拍照與定量分析紙芯片性能考察與常規(guī)分析法進(jìn)行比對(duì)BACK紙芯片的制備 1.尿十一項(xiàng)檢測(cè)用紙芯片初步

6、設(shè)計(jì)圖：黑色中心圓區(qū)為樣品加載區(qū)；周邊各黑色中心圓區(qū)為試劑儲(chǔ)存區(qū)（反應(yīng)區(qū)或測(cè)試區(qū)）；其中左上角質(zhì)控是指顯色劑質(zhì)控；放線狀線條為進(jìn)樣通道（等長(zhǎng)度）。實(shí)驗(yàn)方法2.噴蠟打印制備硝酸纖維素膜紙芯片噴蠟打印：首先在電腦上利用繪圖軟件如Freehand 等設(shè)計(jì)各種圖案，然后用噴蠟打印機(jī)在硝酸纖維素膜（Whatman (BA 85, 0.45 m pore size)）上打印出所設(shè)計(jì)的圖案。烘烤：將噴蠟打印的硝酸纖維素膜置入125 烘箱中烘烤5 min，讓打印的蠟熔化并透過(guò)膜形成封閉的疏水圍堰。 3.紙芯片檢測(cè)區(qū)試劑的加載與檢測(cè)原理 具體內(nèi)容測(cè)定項(xiàng)目試劑儲(chǔ)存區(qū)所要加載的試劑加載試劑的量檢測(cè)原理葡萄糖碘化鉀溶

7、液（0.6M）和辣根過(guò)氧化物酶和葡萄糖氧化酶的溶液各0.5L葡萄糖會(huì)在葡萄糖氧化酶與辣根過(guò)氧化物酶的催化反應(yīng)下與碘化鉀反應(yīng)產(chǎn)生黃色產(chǎn)物。 尿酸顯色劑，辣根過(guò)氧化物酶和lactate oxidase (114UmL1)溶液各0.5L尿酸會(huì)在尿酸氧化酶與辣根過(guò)氧化物酶的催化反應(yīng)下于顯色劑反應(yīng)產(chǎn)生有色產(chǎn)物。 白細(xì)胞吲哚酚酯1L利用粒細(xì)胞酯酶能水解吲哚酚酯，生成吲哚酚與有機(jī)酸，吲哚酚進(jìn)一步氧化生成靛藍(lán)。 隱血（紅細(xì)胞 Hb）顯色劑，過(guò)氧化氫溶液各0.5L血紅蛋白具有類(lèi)過(guò)氧化物酶作用，以催化過(guò)氧化氫作為電子受體使色原氧化呈色。亞硝酸鹽Gries試劑1L大腸埃希菌等革蘭陰性桿菌能還原尿液中的硝酸鹽為亞硝酸

8、鹽。后者使試劑中的對(duì)氨基苯磺酸重氮化，成為對(duì)重氮苯磺酸再與-萘胺結(jié)合成N-萘胺偶氮苯磺酸，呈現(xiàn)紅色。 PH溴麝香草酚藍(lán)1L溴麝香草酚藍(lán)在酸性為黃色，中性為綠色，堿性為藍(lán)色。 比重酸堿指示試劑1L尿中電解質(zhì)釋放出陽(yáng)離子，陽(yáng)離子與離子交換體中的氫離子交換，使之釋放出氫離子，氫離子再與其中的酸堿指示劑反應(yīng)，根據(jù)指示劑顯示的顏色可推知尿中的電解質(zhì)濃度，以電解質(zhì)濃度來(lái)代表密度，從而得出比重值。酮體酮體試劑（亞硝基鐵氰化鈉、無(wú)水碳酸鈉和硫酸銨按比例組成）1L含酮體的尿液中加入亞硝基鐵氰化鈉后，與氨液接觸時(shí)出現(xiàn)紫色。 膽紅素二氯苯胺重氮鹽1L在強(qiáng)酸性介質(zhì)中，膽紅素與二氯苯胺重氮鹽起偶聯(lián)作用，生成紅色偶氮化合

9、物。 尿膽原二甲基氨基苯甲醛1L尿膽原在酸性溶液中與對(duì)二甲基氨基苯甲醛反應(yīng)，生成紅色化合物。 維生素C磷鉬酸1L維生素C與磷鉬酸反應(yīng)，生成鉬藍(lán)。 二. 定量分析用拍照手機(jī)對(duì)顯色分析區(qū)域進(jìn)行拍照 將照片通過(guò)USB 數(shù)據(jù)線、紅外或互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程傳輸?shù)确椒▽⑵鋫鬏數(shù)诫娔X中 利用電腦中圖像分析軟件對(duì)反應(yīng)區(qū)域圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成8 位灰度模式，然后選取分析區(qū)域獲得分析區(qū)域的平均灰度值，實(shí)現(xiàn)結(jié)果量化 對(duì)得到的數(shù)值進(jìn)行結(jié)果判定 三. 紙芯片性能考察用標(biāo)準(zhǔn)品、尿液樣本對(duì)尿液11項(xiàng)分析紙芯片的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)靈敏度、線性范圍、批間變異與批內(nèi)變異以及儲(chǔ)存有效期等性能考察.BACK四. 比對(duì)取一定數(shù)目的尿液標(biāo)本，同時(shí)用紙芯片

10、與常規(guī)分析法（全自動(dòng)尿11項(xiàng)分析儀法）進(jìn)行檢測(cè)，再將兩個(gè)結(jié)果進(jìn)行線性相關(guān)分析。1.紙芯片的設(shè)計(jì)（整個(gè)芯片的大小、具體每個(gè)區(qū)域的大小尺寸和相對(duì)比例等），各個(gè)反應(yīng)區(qū)會(huì)不會(huì)相互影響。2.試劑加載。3.如何具體地對(duì)制作出來(lái)的尿液檢測(cè)紙芯片進(jìn)行相關(guān)的性能考察。4.試劑反應(yīng)區(qū)的成像問(wèn)題。 擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題BACK可行性分析儀器與器材 試劑研制了一種手機(jī)微距拍攝增強(qiáng)裝置較好地解決普通手機(jī)高清淅成像問(wèn)題硝酸纖維素膜的選擇 噴蠟打印條件的選擇時(shí)間優(yōu)化和溫度優(yōu)化初步建立了以蠟制備的紙芯片用于BSA 與葡萄糖的生化分析 BACK預(yù)期結(jié)果理想不理想各個(gè)反應(yīng)區(qū)的顯色深淺與尿液中各個(gè)成分的濃度呈一定的相關(guān)性。且可以用手機(jī)

11、拍攝高清晰的圖像，并在電腦上進(jìn)行定量分析。BACK1月2月：查閱相關(guān)文獻(xiàn),立題,作開(kāi)題報(bào)告。 3月4月：制作紙芯片，對(duì)其性能進(jìn)行檢測(cè)，與常規(guī)的分析方法進(jìn)行比對(duì)。5月：整理分析相關(guān)數(shù)據(jù)，討論結(jié)果，論文寫(xiě)作與修改。進(jìn)度安排BACK參考文獻(xiàn)1、周小棉，林炳承。 廣東醫(yī)學(xué)，2004， 25(3):124-126。2、Science 14 October 2005: Vol. 310. p. 1993、Daw R, Finkelstein J. Nature, 2006, 442(7101):367-418.4、Martinez, A. W., Phillips, S. T., Butte, M. J.

12、, Whitesides, G.M. Angewandte Chemie-5.International Edition, 2007, 46(8): 1318-1320.5、Zhao, W. A., van den Berg, A. Lab on a Chip, 2008,8(12): 1988-1991.6、Lu, Y., Shi, W. W., Jiang, L., Qin, J. H., Lin, B. C. Electrophoresis, 2009, 30(9): 1497-1500. 7、Andres W. Martinez, Scott T. Phillips, and Geor

13、ge M. Whitesides. Anal. Chem. 2010, 82, 310。8、Martinez, A. W., Phillips, S. T., Wiley, B. J., Gupta, M.,Whitesides, G. M. Lab on a Chip, 2008, 8(12):2146-2150.9、Zhao, W. A., van den Berg, A., Lab on paper. Lab on a Chip, 2008,8(12): 1988-1991. 10、Martinez, A. W., Phillips, S. T., Whitesides, G. M. P

14、roceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2008, 105(50): 19606-19611.11、 Abe, K., Suzuki, K., Citterio, D. Analytical Chemistry, 2008,80(18): 6928-6934.12、Li, X., Tian, J. F., Nguyen, T., Shen, W. Analytical Chemistry,2008, 80(23): 9131-9134.13、Bruzewicz, D. A.,

15、 Reches, M., Whitesides, G. M. Analytical Chemistry, 2008, 80(9):3387-3392.14、Chen, Z. C., Fang, C., Wang, H. Y., He, J. S., Deng, Z. S. Sensors and Actuators B-Chemical, 2009, 141(2): 436-440.15、Hou, S. Y., Chen, H. K., Cheng, H. C., Huang, C. Y. Analytical Chemistry, 2007, 79(3): 980-985.16、Martin

16、ez, A. W., Phillips, S. T., Carrilho, E., Thomas, S. W., Sindi, H., Whitesides, G. M. Analytical Chemistry, 2008,80(10): 3699-3707.17、Ellerbee, A. K., Phillips, S. T., Siegel, A. C., Mirica, K. A,Martinez, A. W., Striehl, P., Jain, N., Prentiss, M., Whitesides, G.M. Analytical Chemistry, 2009, 81(20

17、): 8447-8452.18、Dungchai, W., Chailapakul, O., Henry, C. S. Analytical Chemistry,2009, 81(14): 5821-5826.19、Delaney JL., Hogan CF., Tian JF., Shen W. Analytical chemistry, 2011, on line.20、International Telecommunication Union. Market Information and Statistics, 2006. /ITU-D/ict/statistics/at_glance

18、/KeyTelecom99.html (11/5/07).21、Braun, R. P.; Vecchietti, J. L.; Thomas, L.; Prins, C.; French, L. E.; Gewirtzman, A. J.; Saurat, J. H.; Salomon, D. Arch. Dermatol. 2005, 141, 254-258. 22、Dziadzio, M.; Hamdulay, S.; Reddy, V.; Boyce, S.; Keat, A.; Andrews, J. Clin. Rheumatol. 2007, 26, 979-980.23、Lu Y, Shi WW, Jiang L, Qin JH, Lin BC. Electrophoresis 2009, 30, 579582 (selected as Fast Track)24、Lu