基于微流控芯片和智能手机的病原体核酸即时检测技术研究
开展快速和高效的病原体即时检测技术研究在应对突发公共卫生事件中具有重要意义。目前针对病原体检测的主流方法是核酸检测,而传统的核酸检测技术需要使用庞大且复杂的仪器,使其无法适用于基础设施有限的区域。随着微流控芯片技术和智能手机技术的发展,将基于微流控芯片和智能手机的移动传感技术(mobile sensing based on the integration of microfluidic chip and smartphone,MS~2)应用于核酸检测 系统,是解决该问题的有效方法。然而,目前基于MS~2技术的核酸检测系统仍有不足,如缺乏核酸提取功能、检测方法单一和适用性差等,限制它们在基础设施有限区域的应用。由此,本文设计了一种基于MS~2技术的便携式核酸分析系统,该系统体积为32.5×20×20 cm~3,集成了微流体控制模块、温度控制模块和荧光采集模块。其中微流体控制模块结合一款核酸提取芯片能够实现芯片上的磁珠法核酸提取;高精度的温度控制模块可以实现等温温度控制和PCR变温温度控制;荧光采集模块使用六组滤光片,可以实现六种不同激发波段的荧光检测。智能手机通过一款自制的应用程序(App)对系统中的各个模块进行控制,可以在微流控芯片上实现核酸的提取、扩增和检测。通过结合不同的扩增芯片,该系统可以实现等温扩增检测的定性检测,以及实时荧光PCR(qPCR)检测和多重荧光PCR检测(multiplex PCR)的定量检测。此外,智能手机通过App还能够采集荧光图像、分析实验数据和分享实验结果。为了验证系统的性能,使用系统提取了人的基因组DNA,证明了该系统具备类似商业化仪器的核酸提取能力;使用六种流感病毒的质粒DNA样本在系统上进行qPCR实验,验证了系统上六个荧光通道的核酸检测能力;通过在FAM通道上进行梯度检测实验,验证了该通道的检测灵敏度达到了10~1copies/μL;通过在系统上成功进行等温扩增检测实验和multiplex PCR实验,验证了系统的适用性。最后,使用该系统成功的对非洲猪瘟病毒(ASFV)的实际样本进行了提取和qPCR检测,进一步证明了该系统具备核酸分析的能力,能够适用于病原体核酸的即时检测。
- 作者：
- 潘井宇
- 学位授予单位：
- 安徽师范大学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2020年
- 导师姓名：
- 郑贤锋
- 中图分类号：
- TN492；TN929.53；R440
- 关键词：
- 智能手机；微流控芯片；多色荧光检测；片上提取
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