《集成微流控PM2.5中重金屬檢測及單細胞基因毒性研究》是依託福州大學，由孫浩擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：集成微流控PM2.5中重金屬檢測及單細胞基因毒性研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫浩
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高效檢測空氣細顆粒物PM2.5組分並精確解析其對人體健康的影響是提升防治水平的重要科學前提。傳統方法需要藉助不同實驗室的多套設備，存在成本高、周期長等問題，難以便攜地同時檢測PM2.5中多種金屬離子並在單細胞水平分析其基因毒性。申請者提出一種新型高通量集成微流控方法，研製濾紙-石墨烯和玻璃-高分子聚合物兩類晶片，分別用於檢測PM2.5中12種潛在金屬元素，以及大規模並行量化重金屬離子對400個人體肺上皮細胞內調節基因的表達調控，最終揭示PM2.5對健康細胞的基因毒性作用機理。此外，有限元數值模擬計算將用於評估和最佳化關鍵試驗參數。研究將在理論上完善現有PM2.5檢測與分析方法，在技術上提升當前微流控晶片檢測通量和集成度，最終為完善我國大氣污染防治策略提供支持，為更深層次PM2.5相關生物醫學研究做預研和技術儲備。
結題摘要
我國霧霾等極端天氣影響著國民身心健康和經濟發展潛力，細顆粒物PM2.5是形成霧霾的主要因素之一，準確檢測PM2.5有害化學組分並研究其對健康細胞的毒性作用是提升污染防控水平的重要科學前提。課題研製多類新型紙基微流控晶片、開發新型大氣污染物採集設備、創新痕量金屬分析方法、構建智慧型攜帶型生化圖像分析平台，完成了多地區PM2.5中重金屬元素現場、實時、自動化定量檢測。其中，基於紫外光刻技術，改進光刻膠配方，首創大規模、低成本紙基微流控晶片工藝，加工時間為30秒/批次，紙晶片成本為0.23元/件，工藝性能均優於已發表同類方案；基於系泊式無人機技術和增材製造，開發長時、長跨距攜帶型大氣污染物採集設備，實現了不同經緯度、海拔高度的多地區污染物採樣；首創氧化石墨烯納米片增強紙基微流控痕量金屬檢測方法，檢出限為5.0 ng，各項性能優於傳統光學比色法；基於智慧型手機分析技術和微閥陣列，構建智慧型、自動化分析平台。同時，課題研製多型聚合物微流控晶片、構建單細胞操縱與分析平台，完成了單個人體細胞內多重基因表達水平檢測。其中，晶片結構包括可復用基底層、鈍化層、磁鐵層、流動層和氣動控制層，單次實驗檢測通量為6、48並可拓展至400。套用自研集成微流控單細胞操縱及基因表達檢測實驗平台，完成了水力法單細胞捕捉、化學裂解、mRNA微磁珠捕獲及多重RT-qPCR實驗。此外，項目還研製新型陣列式PDMS-紙基複合微流控晶片，進一步降低成本並簡化實驗操作。項目實施以計畫目標為導向，完成了各項既定研究內容，為完善我國大氣污染防治策略、創新環境污染物檢測方法提供了潛在新途徑和新範式。同時，項目密切結合本領域前沿動態，延伸開展微流控器官晶片初步研究。下階段將套用生物3D列印技術和新型水凝膠生物材料構築多器官晶片，用於環境污染人體健康評價和環境毒理學等領域的基礎研究。
