用于核酸快速检测的微流控装置研究与实现
人类社会中，各种传染病一直持续威胁着人类的生命健康。例如,2019年全球爆发的新冠肺炎(COVID-19),对全球公共卫生、社会稳定、及经济发展等方面，都带来了非常严重的负面影响。聚合酶链式反应(PCR)是传染病检测的金标准之一，然而，精密的热循环控制及复杂的仪器系统，限制了PCR在现场快速检测(Point-of-CareTesting,POCT)中的应用。因此，研究简单、高效、便捷、低成本的核酸扩增检测方法及装置，对于POCT现场快速检测具有重要的意义。微流控技术在流体自动化操作及反应集成化方面的优势，为实现快速、集成化的核酸检测，提供了具有自身特色的合理解决方案。本文针对用于核酸快速检测的微流控装置，从两个方面展开了研究。 基于对流PCR扩增原理，研究了高通量、可实现随到随检的实时核酸扩增检测方法及装置。该装置通过对反应管进行上下层恒温加热，在反应管内部构建了稳定的热环流来实施PCR反应所需的热循环过程，在30分钟内，实现了简便、快速的实时核酸扩增检测。基于光机电一体化集成设计及软件算法分析，一方面，允许进行高通量样本检测;另一方面，允许在不干扰当前孔位扩增检测的基础上，实时加入新的反应管，实现高效灵活的随到随检。研究实现了高集成度的荧光检测模块，实现了高灵敏度荧光检测。为了克服系统长时间运行，内部热量聚集，对于系统工作稳定性的影响，对系统进行了优化设计，确保了理想的检测性能。 基于微流控技术，将RPA等温扩增与胶体金纸条检测相结合，研究了集成化、自动化、便携式的离心式微流控扩增检测系统。该微流控系统包括离心式微流控芯片及配套驱动装置，通过两者的相互配合，在全封闭环境下，能够完成等温扩增反应、反应试剂转移、扩增产物混合稀释、及基于胶体金纸条的扩增产物检测，在25分钟内，实现了一体化检测过程，有效克服了气溶胶污染。一方面，借助离心式微流控芯片的流体驱动，能够实现整个检测过程的自动化操作;另一方面，借助离心式微流控芯片的灵活混合功能，能够对高粘度的扩增产物试剂进行高效的混合稀释，确保胶体金纸条的检测性能。借助胶体金纸条的可视化检测方式，无需额外检测装置的配合，即可便捷完成检测过程。
微流控装置;核酸检测;对流PCR;等温扩增;离心芯片
北京化工大学
硕士
控制科学与工程
邱宪波
2023
中文
TH77;TN492
2023-09-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）