基于碳基/聚合物纳米复合材料的微流控芯片的制备与在白血病分离检测中的应用

微流控芯片具有多种单元技术的整体可控、灵活组合和规模化集成等独特优势，因此在细胞系统研究中具有很好的前景。但目前芯片通常是用有机聚合物和无机玻璃、硅等材料制造。其中，无机材料的难以加工特性，和有机聚合物的高疏水性以及它对生物大分子具有较强的表面吸附特性，限制了上述材料在细胞芯片研究领域的应用。寻找加工简单、具有丰富的功能表面化学的新型芯片制作材料并赋予芯片新的功能是该领域的前沿研究方向之一。本项目拟将碳基纳米材料（如石墨烯、碳纳米管）和聚合物作为结构单元，结合微加工技术和层层自组装的方法，制备纳米结构复合薄膜，并以此为基本材料构建微流控芯片。以临床抗肿瘤药物对白血病细胞的作用机制作为模型体系，验证碳基纳米材料/聚合物纳米复合薄膜作为微流控芯片材料的可行性。本研究有望在该纳米结构芯片上实现对白血病细胞的分选和分离检测的目的，为实现微流控芯片的实际应用提供一定的基础。

细胞是生命体结构和生命活动的基本单位，细胞研究是生命科学、诊断技术、药物研究的基础。然而，细胞分析的难度大，现有的分析技术很难满足细胞实时动态分析的要求。快速、低耗、高通量的微流控芯片可以满足高通量细胞分析的需要，已成为新一代细胞研究极其重要的平台。但目前芯片通常是用有机聚合物和无机玻璃、硅等材料制造。其中，无机材料的难以加工特性，和有机聚合物的高疏水性以及它对生物大分子具有较强的表面吸附特性，限制了上述材料在细胞芯片研究领域的应用。寻找加工简单、具有丰富的功能表面化学的新型芯片制作材料并赋予芯片新的功能是该领域的前沿研究方向之一。本项目针对细胞分析的需求，采用层层组装技术和气溶胶技术制备了碳纳米管和石墨烯纳米薄膜，并以此为基本材料构建微流控芯片，利用碳纳米管和石墨烯良好的生物相容性和导电特性，实现了肿瘤细胞的捕获、培养及药物作用机制研究：（1）层层组装技术制备纳米薄膜：采用层层自组装技术，制备了石墨烯/聚合物、碳纳米管/聚合物的纳米复合薄膜，上述薄膜材料具有良好的机械性能、导电特性以及生物相容性；（2）气溶胶技术制备纳米薄膜：利用气溶胶技术制备了石墨烯、石墨烯/Pt金属纳米粒子、石墨烯/PtRu金属纳米粒子、碳纳米管多孔纳米薄膜，该类材料具有超轻以及良好的机械性能、加工特性、导电特性和生物相容性，该类材料构筑的甲醇燃料电池和微生物燃料电池显示很高的功率密度；（3）肿瘤细胞检测：建立了基于碳纳米管、石墨烯纳米复合薄膜的细胞电化学检测平台，该传感器可直接检测全血样品中的肿瘤细胞，其对肿瘤细胞的检测下限为5个肿瘤细胞/ml；（4）制备了基于碳纳米管和石墨烯纳米薄膜的微流控芯片，研究表明多壁碳纳米管/PAH功能薄膜的微流控芯片中培养的细胞在密度、形态以及活性方面均优于PDMS构建的微流控芯片。采用SPR技术，在微流控芯片实时监测了维甲酸类药物作用前后白血病细胞分化情况，研究证明维甲酸类药物会破坏PML-RARα结构，从而诱导APL细胞的分化成熟。.本项目在国际核心期刊上发表研究论文7篇，其中包括Chemical Science、 Journal of Materials Chemistry、Nanoscale等，申请研究专利5项，培养从事细胞分析和微流控芯片研究和应用工作的青年技术骨干14人。