构建纸基微流控芯片血脑屏障模型及疾病标志物超灵敏分析新方法

The constructions of in vitro tissue models and ultrasensitive analytical methods for disease biomarker detections are the focus of international bioanalysis researches. In this project, it attempts to model blood brain barrier on paper-based microfluidic chip and establish ultrasensitive analytical methods based on nanoparticle(NP)-enhanced chemiluminescence and paper-based electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) aiming at real-time monitoring of disease biomarkers. Therefore, the whole project is planed to proceed as following: 1) The paper is modified by titanium dioxide (TiO2) NPs and made into microfluidic chip through light-control way. Cerebral endothelial cells, neurons and astrocytes are co-cultured under three-dimensional conditions using hydrogels on the paper-based microfluidic chip. 2) Rare earth upconversion nanoparticles (UCNPs) are utilized to enhance chemiluminescence under the excitation of near infrared light to establish a novel method for low-noise and ultrasensitive detection of dopamine. 3) Paper microfluidic chip-based ESI-MS is developed to detect disease biomarker online. The sensitivity is enhanced because TiO2 NPs can enhance Taylor cone effect and Coulomb explosions. It is expected that online ultrasensitive analytical methods for disease biomarker detection can be developed on paper-based microfluidic chips. The theory of biological chips will be promoted and bring new ideas for their applications in disease studies.

构建体外仿生组织模型及针对疾病标志物的超灵敏分析方法是当前生命分析科学的国际前沿研究热点。本项目拟开展基于纸基微流控生物组织芯片体外模拟血脑屏障的研究，建立纳米材料增强的化学发光、纸喷雾离子化质谱分析的新方法，旨在解决传统方法难以实现的对疾病组织进行实时分析的技术难题。为此，本项目拟重点开展以下研究:1)利用光控二氧化钛涂层亲疏水的原理，构建纸基微流控生物芯片，结合生物水凝胶实现大脑内皮细胞、神经细胞和星形胶质细胞的三维共培养；2）采用稀土上转换发光纳米材料，实现近红外光激发、增强化学发光，建立针对多巴胺的低噪音和超灵敏实时监测新技术；3）基于二氧化钛纳米颗粒增强泰勒锥效应和库伦爆炸的原理，建立纸基生物细胞芯片的在线电喷雾离子化质谱超灵敏检测方法。预期本项目可发展纸基生物组织芯片上实时、在线超灵敏分析方法，提升生物细胞芯片的基础理论水平和在疾病分析中应用研究创新。

构建体外仿生组织模型及针对疾病标志物的超灵敏分析方法是当前生命分析科学的国际前沿研究热点。本项目拟开展基于纸基微流控生物组织芯片体外模拟血脑屏障的研究，建立纳米材料增强的化学发光、纸喷雾离子化质谱分析的新方法，旨在解决传统方法难以实现的对疾病组织进行实时分析的技术难题。项目执行期间将研究重点置于建立高灵敏分析检测方法，主要开展了以下三个方面的研究工作：（1）稀土纳米材料增敏的化学发光分析法。分别合成了稀土元素Ce掺杂的LaF3纳米颗粒和稀土元素作为配位中心的金属有机框架材料，并利用其来增强化学发光的强度，以提高化学发光分析法的灵敏度。（2）无机钙钛矿量子点和共价有机聚合物材料增敏的电化学发光分析法。分别合成了无机钙钛矿量子点和基于酞菁的共价有机聚合物，并利用其增强电化学发光的强度，以提高电化学发光分析法的灵敏度。（3）肖特基结复合材料增敏的光电化学传感分析法。合成了Ti3C2Tx/AgI肖特基结复合材料，并利用其增强光电流，从而提高光电响应，以提高光电化学传感分析法的灵敏度。所建立的分析检测方法可实现多巴胺、谷胱甘肽和甲基丙二酸等系列疾病标志物的高灵敏检测，并着手与所构建的纸基微流控生物模型进行联用。本项目的研究成果有望实现在纸基生物组织芯片上实时、在线超灵敏分析检测，提升生物细胞芯片的基础理论水平和在疾病分析中应用研究创新。