《基於交流電熱的低濃度抗體快速檢測機理及實驗研究》是依託哈爾濱工業大學，由姜洪源擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於交流電熱的低濃度抗體快速檢測機理及實驗研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姜洪源
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
血清中低濃度抗體的檢測速度是決定疾病診斷效率的關鍵因素，本項目針對傳統免疫檢測耗時長的難題，採用理論分析、數值模擬和電化學阻抗檢測實驗相結合的研究手段，提出利用交流電熱流動加速微通道內抗體分子的對流和傳質的新方法，進而大幅度提高樣品抗體與抗原的特異性反應結合效率，實現血清中低濃度抗體的高效檢測。項目首先綜合考慮流體的對流與傳質、電極基底和通道的散熱特性，建立並求解微通道內高電導率流體在交流電場作用下的流場方程；其次，建立電極表面免疫反應的數學模型，與上述微流體流場、溫度場、濃度場耦合求解，模擬非競爭式異相免疫反應過程中抗體濃度的變化；最後，通過牛的副結核、人類結核桿菌、流行性乙型腦炎等實驗驗證新型快速免疫檢測方法的可行性。本項目擬開發攜帶型免疫檢測裝置，與智慧型手機集成，實現真正意義上的快速血清免疫檢測，項目研究成果具有重要的理論意義和臨床套用價值。
結題摘要
近年來頻發的人畜共患的全球性大規模傳染性疾病，嚴重威脅人類健康和生命財產安全。細胞、病毒、細菌、免疫球蛋白、激素、DNA、蛋白質等多種生物分子的新陳代謝和人類/動物的健康狀況息息相關。因此，對多種生物分子的檢測已成為維護社會公共安全的主要內容之一。 該課題闡述了微流控晶片上交流電場致快速生物分子檢測的機理，並以血清免疫檢測為例對其進行了數值仿真。仿真模型耦合了電場、流體場、溫度場、濃度場等多物理場，綜合考慮了對流與傳導、對流與傳質、對流與擴散等因素對免疫反應中抗體濃度變化與分布進行了求解。 在交流電場的作用下，隨著目標生物粒子的不斷富集，電極/溶液界面的雙電層的厚度和面積產生了變化，進而導致了雙電層電容的變化。該課題正是通過對電極/溶液界面的雙電層電容變化率的計算實現了生物分子快速電化學檢測。針對牛副結核桿菌、人類肺結核桿菌、奶牛孕激素等多種生物分子，分別利用對稱叉指電極陣列和非對稱叉指電極陣列進行了快速血清免疫檢測。結合仿真和實驗結果，分析了電壓和頻率對檢測效率的影響，並對電極排布形式、電極厚度、電極表面改性等條件進行了參數最佳化。此外，由於介電泳對生物分子的富集效果意義重大，此項技術還可用於研究生物粒子的介電泳屬性。本課題給出了基於電極/溶液界面的雙電層電容的變化率研究兩種DNA的介電泳屬性的實驗研究，並通過螢光實驗驗證了此方法的可行性。對標準抗原抗體的定量試驗研究表明，在100mV電壓100kHZ頻率下，該檢測方法的濃度檢出下限為10ng/mL，此濃度遠低於疾病發病初期血清中陽性抗體的濃度水平。此技術尤其適用於對低濃度生物分子的快速檢測，例如對含有較少陽性抗體的血清進行快速血清免疫檢測，可以套用於疾病早期的快速診斷。 申請人及團隊共發表SCI學術論文22篇，影響因子5.0以上8篇。授權發明專利1項，實用新型專利1項，已受理髮明專利2項。
