新型磁性碳量子点设计制备及其用于CTC检测研究

发布时间：2017-05-08 14:09

  本文关键词：新型磁性碳量子点设计制备及其用于CTC检测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁性荧光纳米材料具有磁性材料及荧光材料的优势,可同时实现磁性分离、靶向识别、荧光成像及磁共振成像等多种功能,具有很好的应用前景,已经受到众多科研领域尤其是生化分析领域研究者的高度关注,但在生物毒性和生物相容性方面有待提高。由于微流控芯片技术具有在微纳尺寸下实现样本精确操控的特点,可以将磁性荧光标记方法与微流控芯片技术相结合,实现生化分析样本的高灵敏度的分离和检测。若能将磁性荧光纳米粒与微流控芯片用于循环肿瘤细胞(CT C)研究技术,可同时实现循环肿瘤细胞的分离富集及检测,将有利于实现循环肿瘤细胞的准确检测和分析,提高肿瘤细胞的操控技术。本文的主要研究工作及结果如下:①设计并制备了磁性碳量子点纳米粒。以明胶为碳源,乙二醇为分散剂,采用微波辅助水热法合成了荧光产率高达58.6%的碳量子点。在此基础上,通过静电吸附法将制得的碳量子点组装到纳米四氧化三铁颗粒表面,制备磁性碳量子点。采用电位仪,粒度分布及光谱仪对合成过程进行监控;红外光谱和TEM对磁性碳量子点结构形貌进行表征。结果显示磁性碳量子点粒径在200 nm左右,光学性能稳定,同时具有上转换和下转换发光的荧光特性,其最大激发波长λEx=345nm,最大发射波长λEm=432 nm;制得的磁性碳量子点在不同的激法波长下可发出蓝,绿,红三种荧光,且可以实现对细胞的荧光标记。②采用自制磁性碳量子点,基于细胞吞噬作用,对肝细胞L02进行磁性荧光标记,并对混悬细胞中肝癌细胞Hep G2进行分离检测。实验通过MTT法,对自制碳量子点和磁性碳量子点进行毒性考查,发现这两种纳米材料具有生物毒性低,生物相容性好的特性。用两种纳米材料标记肝细胞L02,考查其相互作用情况,实验发现:碳量子点和磁性碳量子点均标记肝细胞L02的细胞质部分,1 h即可完成荧光标记;当磁性碳量子点浓度≥60μg·m L-1,复合材料中碳量子点的层数n≥9时,得到清晰的细胞荧光成像图。依据磁分离原理,在外加磁场中,30 s即可完成混悬细胞中Hep G2细胞的分离,分离效率达到90.3%。结果显示,所设计制备的磁性碳量子点可以有效用于细胞的标记分离及检测。③基于磁分离原理,设计制作了用于循环肿瘤细胞磁分离的玻璃-PDMS复合微流控芯片,并对其测试条件进行了实验优化。以免疫标记法实现磁性碳量子点探针对Hep G2细胞的标记,利用玻璃-PDMS复合芯片进行目标Hep G2细胞的在线磁分离和荧光检测。优化比率为104浓度细胞需加入100μg·m L-1的免疫磁性碳量子点探针标记,优化捕获流速为16μL·min-1。在2个·m L~25个·m L-1的浓度范围内,Hep G2细胞的浓度与荧光值呈线性关系。利用该方法对混悬样中的Hep G2细胞进行分离检测,捕获率达82.0%。④针对循环肿瘤细胞的检测需求,自主设计了集成多孔流分离通道(MOFF)和介电电泳(DEP)分离捕获的微流控MOFF-DEP细胞分析芯片。通过优化分离检测条件,在流速为80μL·min-1;阵列叉指电极激发电压选择为5 V,激发频率1MHz;抛物线电极激发电压选择为5 V,激发频率40 k Hz时可实现Hep G2细胞的有效分离。进而,建立了基于微流控MOFF/DEP细胞分析芯片分离-荧光检测微系统的CTC分离检测方法。利用该方法对血样中的Hep G2细胞进行分离检测,分离率达95.0%。所搭建的微系统极大缩小了检测系统的体积,为实现检测系统的微型化和集成化提供了实验基础。
【关键词】：磁性碳量子点 细胞成像 循环肿瘤细胞 微流控细胞分析芯片
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R943;TB383.1
【目录】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 绪论10-30
• 1.1 引言10-11
• 1.2 磁性荧光纳米材料的研究进展11-16
• 1.2.1 溶胶凝胶法11-12
• 1.2.2 聚合物包埋法12-14
• 1.2.3 自组装法14-15
• 1.2.4 用于制备磁性荧光复合材料的荧光标记材料15-16
• 1.3 碳量子点的研究进展16-21
• 1.3.1 激光销蚀法17
• 1.3.2 硝酸氧化法17-18
• 1.3.3 模板法18-19
• 1.3.4 反胶束法19-20
• 1.3.5 水热合成法20-21
• 1.4 磁性荧光纳米材料的应用21-24
• 1.4.1 生物成像21-23
• 1.4.2 药物运输23-24
• 1.4.3 DNA和蛋白质的检测分离24
• 1.5 芯片上细胞磁分离捕获和原位荧光检测24-27
• 1.5.1 细胞的磁性纳米标记和磁分离捕获及原位检测24-25
• 1.5.2 细胞荧光纳米标记及其芯片上在线检测25-27
• 1.6 研究意义及主要研究内容27-30
• 1.6.1 研究目的与意义27-28
• 1.6.2 研究工作的技术路线28
• 1.6.3 主要研究内容28-30
• 2 磁性碳量子点设计制备研究30-52
• 2.1 引言30
• 2.2 磁性碳量子点设计30-31
• 2.3 微波辅助水热法合成碳量子点31-41
• 2.3.1 仪器与设备31
• 2.3.2 药品与试剂31-32
• 2.3.3 溶液配制及样本制备32
• 2.3.4 微波辅助水热法制备碳量子点32
• 2.3.5 碳量子点的光谱性能表征32-35
• 2.3.6 荧光产率的计算35-37
• 2.3.7 碳量子点的形貌结构表征37-38
• 2.3.8 碳量子点的稳定性考察38-41
• 2.3.9 碳量子点标记细胞41
• 2.4 自组装法制备磁性碳量子点41-50
• 2.4.1 仪器与设备41-42
• 2.4.2 药品与试剂42
• 2.4.3 溶液的配制42
• 2.4.4 自组装法制备磁性碳量子点42-43
• 2.4.5 磁性碳量子点的形貌结构表征43-45
• 2.4.6 磁性碳量子点的光学性能表征45-49
• 2.4.7 磁性碳量子点标记细胞49-50
• 2.5 本章小结50-52
• 3 磁性碳量子点与细胞相互作用研究52-62
• 3.1 引言52
• 3.2 试剂和仪器52-53
• 3.2.1 仪器与设备52
• 3.2.2 药品与试剂52
• 3.2.3 溶液的配制52-53
• 3.3 碳量子点与磁性碳量子点的细胞毒性测定53-54
• 3.4 碳量子点与磁性碳量子点分别与L02 细胞作用条件的优化54-58
• 3.4.1 磁性碳量子点层数的优化54-55
• 3.4.2 磁性碳量子点与L02 细胞作用浓度的优化55-56
• 3.4.3 碳量子点与L02 细胞作用时间的优化56-58
• 3.5 磁性碳量子点标记HepG2 细胞的表征及标准曲线的建立58-59
• 3.5.1 磁性碳量子点标记HepG2 细胞的表征58-59
• 3.5.2 磁性碳量子点标记HepG2 细胞标准曲线的建立59
• 3.6 混悬细胞液中HepG2 细胞的测定59-60
• 3.7 本章小结60-62
• 4 磁性碳量子点免疫标记CTC及其芯片检测初探62-86
• 4.1 引言62
• 4.2 微流控芯片设计制作及检测系统的搭建62-71
• 4.2.1 玻璃-PDMS微流控芯片的设计62-63
• 4.2.2 微流控MOFF-DEP细胞分离检测芯片的设计63-68
• 4.2.3 芯片的制作加工68-70
• 4.2.4 芯片检测微系统的构建70-71
• 4.3 CTCs-磁性碳量子点免疫标记及玻璃-PDMS微流控芯片检测71-77
• 4.3.1 仪器及设备71
• 4.3.2 药品及试剂71-72
• 4.3.3 溶液的配制72
• 4.3.4 磁性碳量子点免疫探针（Anti-MCQDs）的制备72-73
• 4.3.5 检测Anti-MCQDs免疫标记肝癌细胞HepG2 的浓度比例优化73-74
• 4.3.6 玻璃-PDMS芯片捕获CTC-Anti-MCQDs进样流速的优化74-76
• 4.3.7 标准曲线的建立76
• 4.3.8 血液样本中肿瘤细胞(CTC)捕获-检测76-77
• 4.4 CTC-碳量子点标记及MOFF-DEP细胞分离检测芯片检测77-84
• 4.4.1 设备和仪器77
• 4.4.2 药品和试剂77
• 4.4.3 溶液的配制77-78
• 4.4.4 流速的优化78-79
• 4.4.5 捕获电压及频率的优化79-82
• 4.4.6 血液样本中肿瘤细胞(CTC)捕获-检测82-84
• 4.5 本章小结84-86
• 5 结论与展望86-90
• 5.1 结论86-87
• 5.2 展望87-90
• 致谢90-92
• 参考文献92-98
• 附录98
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录98
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目98

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