微流控芯片多色量子点光学编码和解码系统的研究

Since cancer is a significant threat to human health, the early diagnostics of cancer has attracted extensive attention. The screening of numerous targets has limited the speed and efficiency of cancer diagnostics. So it is highly desirable to develop a high-throughput screening method for multiple targets. The present project will focus on the optical encoding for multiple-target screening, including the following issues: (1) To establish a microfluidic multi-content droplet generator depending on the programmable and controllable multicolor quantum dot introducing mode. To develop a microfluidic multicolor quantum dot encoding system, based on the fluorophores of quantum dots. The total encoding number will rise exponentially by increasing the color encoding number. (2) To design Dean vortex microstructures to make the microspheres keep in a line in the micro-channel. To fabricate a microlfuidic multi-fluorescence detection platform and a high-throughput multicolor quantum dot decoding system according to a flexural detection microchannel and a spectra functional unit. (3) Based on the above encoding and decoding systems, to develop an immunofluorescent labeling multi-target detection method for performing the continuous detection of the multiple tumor markers in human serum. The presented multicolor quantum dot encoding and decoding system will provide a new methodology for early diagnostics of cancer.

癌症是威胁人类健康的重要原因之一，癌症早期诊断的发展受到广泛关注，其过程中涉及的大量目标物的筛选是制约早期诊断速度和效率的重要原因，因此发展高通量的多目标检测方法具有重要的科学意义。 本研究拟以光学编码的多目标检测方法为研究对象，主要内容包括：（1）建立程序性气动控制的多色量子点引入方法，构建微流控多内容物液滴形成芯片，以量子点为荧光团，建立微流控多色量子点编码系统，通过提高颜色编码数而指数性提高总编码数。（2）通过设计迪恩涡微结构实现微通道内微球的单列排序，利用回旋式检测通道和分光功能组件，搭建微流控多色荧光检测平台，建立高通量的微流控芯片多色量子点解码系统。（3）基于以上编码和解码系统，通过荧光免疫标记，建立多目标物检测体系，应用于血清样品中多种肿瘤标志物的连续检测。本项目拟建立的多色量子点编码和解码系统，可为癌症的早期诊断提供新的途径。

为了满足癌症早期诊断对于高通量和多目标的检测要求，本项目以微流控技术为依托，建立基于多色量子点的编码方法以及基于多荧光的解码方法，将其应用于肿瘤标志物的检测。首先，基于流体动力控制，建立微流控多相液滴形成系统，以多相液滴为模板制备含有多色量子点的核壳编码粒子；发展了集光学编码和图形编码于一体的多模式编码方法。其次，建立基于微流控流动光刻的粒子制备系统，制备条形多色量子点编码粒子，操控简单，并将其应用于肿瘤标志物的检测。再次，建立微流控多荧光检测系统，可同时对四种量子点的荧光信号进行检测，将其应用于疾病相关的两种miRNA的检测，样品消耗小，检测速度快。此外，发展了气动控制微流控多相液滴产生器，通过程序控制的气动微阀，制备内核数量、种类和尺寸可调的多相液滴。以此多相液滴为模板，辅以简单的光固化，制备圆形彩色内核的编码粒子，实现以核心滴颜色、大小和个数为编码因素的编码功能。以上实验结果和方法为进行肿瘤相关研究打下基础。