基于智能手机比色分析的3D打印检测芯片的制备及应用

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微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。目前,常见的微流控芯片主要包括传统微流控芯片和纸基微流控芯片。其中,纸基微流控芯片因成本低、高效、便携等优点成为近年来分析传感科学研究的重点之一。但是,在纸基微流控芯片制备过程中,通常需要对纸张进行复杂、耗时的亲疏水图案化处理,导致其难以大规模生产制造。此外,传统的纸基微流控芯片检测分析主要以目视比色法为主,其检测结果容易受到人主观因素的影响,精准度较差。针对上述问题,本文首先基于3D打印技术,结合普通滤纸,提出一种无驱动、低成本、高通量的微流控芯片制备方法。该微流控芯片利用滤纸的毛细作用和3D打印外壳的疏水作用即可实现芯片内液体的自驱动,避免了复杂的亲疏水处理过程。其次,为了实现微流控芯片快速、准确的比色分析,同时设计开发了智能手机比色分析检测系统。其中,成像平台能够有效的排除环境光及拍摄位置不同对检测芯片颜色采集的影响,自定义设计的检测App可以直接输出检测结果。基于上述检测芯片以及智能手机比色分析检测系统,本论文进一步开展了对心机梗塞标志物以及甲基苯丙胺的比色定量检测。具体工作如下:1.基于3D打印技术与滤纸结合的方法设计制作了两款检测芯片分别用于心机梗塞标志物和甲基苯丙胺的检测;配套设计制作了成像平台,同时利用Java语言编写了基于比色分析的智能手机检测软件并运行在Android设备上;本论文还进行了智能手机对检测芯片拍摄高度的优化,得到的最优拍摄高度为60 mm,并且对智能手机通过成像平台获取颜色信号的可行性进行了验证。2.利用无驱动微流控芯片及智能手机比色分析系统完成了对三种心机梗塞标志物FABP、c Tn I和MYO的联合检测,检测限分别达到了2 ng/m L、1.7 ng/m L和1.5 ng/m L。验证了对三种心机梗塞标志物联合检测时各检测物之间不会产生相互干扰,并且完成了对FABP、c Tn I和MYO三种心机梗塞标志物的加标回收实验。各项实验结果表明使用多通道无驱动微流控芯片及智能手机检测系统对心肌梗塞的临床诊断具有很好的参考意义。3.基于制备的高通量检测芯片,结合智能手机检测系统,实现甲基苯丙胺(MA)的定量检测。对甲基苯丙胺检测时的反应温度、反应时间以及检测结果是否受显色剂的影响等进行了深入讨论,研究了甲基苯丙胺浓度与显色饱和度之间的关系并计算得到MA的检测限为6.75μg/m L,完成了人唾液中MA的回收测试。各项实验结果表明,芯片及智能手机检测系统在定量检测MA方面具有一定的实用性。
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