用于人工肾功能评估的分子识别光纤微流控芯片

The assessment of kidney function is essential to the study of artificial kidney. However, due to the off-line analysis after sampling used in the current study, it is difficult to realize the continuous, accurate regulation to the kidney function, and thus restrict the application of some new artificial kidney in the clinical practice. By combining molecular recognition, microfluidic chip and photoelectric detection technology, this project aims to study a sensitive, high specific and simple method for rapidly detecting such evaluation indexes of kidney function as creatinine and glucose in order to promote the integration and miniaturization of the artificial kidney. The fiber microfluidic chip is developed based on molecular recognition. The studies are focused on the preparation of molecular recognition sensitive materials and microfluidic chip, the integration with a small optical detection module and its application. The response mechanism of the chip to the target molecular is analyzed. Some new sensing theory and new methods are then established for the evaluation of artificial kidney function. Finally, the feasibility of the chip in the application of artificial renal function evaluation is explored. Through the implementation of this project, it will provide some sensing theory and technical support for the clinical diagnosis of patients with kidney disease, which is of great scientific significance and practical application value for improving the life quality of the patients.

肾功能评估是人工肾研究中必不可少的关键环节，但目前研究主要采取取样后离线检测分析的方式，难以做到对肾功能进行持续、精准的调控。本项目拟将分子识别、微流控芯片及光电检测等技术有机交叉融合，以肌酐、葡萄糖的快速检测为切入点，进行高灵敏、高特异、快速、简便的人工肾功能评价指标检测方法研究，研制基于分子识别的光纤微流控芯片，重点开展分子识别敏感材料和微流控芯片的制备、与小型光学探测模块的集成及应用测试等研究，深入分析响应机理，建立人工肾功能评价用生物传感器新理论和新方法，探索光学微流控芯片在人工肾功能评估应用的可行性，以促进人工肾模块的集成化和微型化。该方向的研究，将为肾脏病患者的临床治疗诊断提供传感器理论和技术支撑，对于提高肾脏病患者的生存质量和寿命具有重要的科学意义和实际应用价值。

慢性肾脏病、肿瘤等都是威胁人类健康的重要疾病，患病率高、死亡率高，但对相关标志物的检测，目前主要采取取样后离线检测分析的方式，难以实现手术中和术后评估的精准调控。本项目将分子识别、微流控芯片及纳米修饰等技术有机交叉融合，以肌酐、葡萄糖等的快速检测为切入点，开展基于分子识别的微流控芯片及其应用测试等研究。通过该项目的实施，构建了基于分子识别的微流控芯片定量检测和无标记直接电化学微流控纸芯片定量检测新方法，研制了针对肌酐、葡萄糖定量检测的纳米修饰薄膜电化学传感器，以及一系列基于分子识别和电化学响应的高灵敏纸基微流控适配体芯片（检测限达到pg/mL量级），目前已与医院合作开展了部分临床血清样本的对比检测研究，检测结果与临床大型生化仪器相关性良好。研究成果为临床肾功能评估和肿瘤标志物即时检测应用方面提供简便快速有效的新方法和新器件，项目技术还可拓展用于其他生化标志物的定量检测，具有重要的临床应用价值和较好的应用前景。. 项目执行期间，在肌酐检测微流控芯片、微流控纸芯片、微电极阵列方面获国家发明专利授权6项、受理2项；发表相关论文18篇，其中，SCI/EI收录11篇；2020年获得北京市自然科学二等奖1项和中国科学院空天信息创新研究院“优秀职工”称号。发展青年主体创新人才队伍，形成一支掌握微流控纸芯片传感器制备及光电探测等技术的研究团队，培养中青年学术骨干5人，培养研究生10人，其中，获得博士生研究生国家奖学金、中国科学院院长特别奖等奖项7人次。