微流控芯片多元免疫分析用于前列腺癌的早期诊断

Prostate cancer (CaP) is a form of cancer that develops in the prostate, a gland in the male reproductive system. At now, prostate specific antigen (PSA) is an important serum marker used in diagnosis and management of prostate cancer. However, PSA has limited specificity in that it is not a tumor marker, but actually a protease that is normally expressed in the organ. In this project, a microdevice which integrated immunoassay and chip based electrophoresis has been developed for detection of prostate cancer with PSA, EPCA and PSMA as biomarkers simultaneously. Following injection of the sample, the desired biomarkers were isolated by immunoaffinity capture using 3 antibodies, covalently immobilized on COC channel which were modified with acrylic acid by UV-induced graft polymerization. And then the captured antigens were eluted with low pH buffer and pumped into the separation channel for separation and determination. Comparison of this method to conventional immunoassay that the chip based assay exploits the sensitivity and specificity of antibody-antigen interactions, and provides a fast, accurate procedure for determination the concentrations of three prostate cancer markers. The developed system is an important step toward multiple immunoassay application in scientific research and point of care testing in medicine.

前列腺癌是发生于男性前列腺组织中的恶性肿瘤，目前主要根据血液中前列腺特异性抗原的含量来进行诊断，但是此方法在特异性方面存在欠缺，经常出现假阴性和假阳性结果。本项目利用共价键合的方式，把前列腺特异性抗原、早期前列腺癌抗原和前列腺特异性膜抗原三种抗原的抗体，同时固定在通过光接枝方法用丙烯酸改性的环烯烃共聚物（COC）微流控芯片通道内，然后利用抗原-抗体反应对3种目标抗原进行捕获，再用缓冲液洗去非目标物质，最后用洗脱液把结合的抗原洗脱下来,引入分离通道并进行分离检测。本方法是微流控芯片技术与免疫分析的结合，既保留了普通免疫分析高灵敏度和高选择性的优点，又克服了其分析时间长、不能用于多标记物同时检测等缺点。通过对3种前列腺癌标记物的同时检测，提高了诊断的灵敏度和特异性，并为前列腺癌现场即时诊断提供了可能性。

前列腺癌是发生于男性前列腺组织中的恶性肿瘤，目前主要根据血液中前列腺特异性抗原的含量来进行诊断，但是此方法在特异性方面存在欠缺，经常出现假阴性和假阳性结果。本项目利用共价键合的方式把三种抗原的抗体同时固定在微流控芯片通道内，然后利用抗原-抗体反应对3种目标抗原进行捕获，再用洗脱液把结合的抗原洗脱下来,引入分离通道并进行分离检测。在项目的完成过程中，我们首先对具有多功能区域的芯片进行了设计制作，研究表明利用雕刻法可成功用于复杂结构芯片的制作，且通过流体的控制，可有效的实现目标液体的定向流动。在此基础上我们还设计制作了制作方法简单、操作要求低、成本低廉的微流控芯片-石英毛细管杂合体系，该杂合体既能满足样品复杂预处理过程，也克服了由于芯片体系分离通道相对较短，检测方式受限较多的问题。为了克服蛋白在微通道内的吸附问题，我们考察了一系列的添加剂对吸附的抑制作用，研究过程中发现通过采用稀释一定倍数的血清或者全血直接冲洗毛细管，可在管道内壁形成稳定的涂层，从而有效的抑制吸附。此方法不仅操作简单，而且具有很好的重复性，对于血液样品中的待测组分分析研究，具有很好的实用价值。接下来，我们利用共价键和的方式对抗体进行固定。首先，通过将含有引发剂二苯甲酮的丙烯酸单体引入抗体固定通道，经紫外照射使丙烯酸键合于COC通道表面，然后引入EDC和NHS对芯片表面的羧基进行活化，然后通入目标抗体，抗体即可键合于芯片通道表面。实验结果表明，此方法固定的抗体稳定性较好，且固定的量与抗体浓度正相关。另外，为了控制抗体固定的区域，我们通过铝箔对芯片进行区域掩蔽，即可实现特定区域的抗体固定。最后，我们对抗原抗体的进行了初步的分离检测。此项目的研究首先为复杂芯片尤其是芯片与毛细管杂合体系的制作提供了新的方法，而且成功实现了抗体在通道内的有效固定，为以后的微流控芯片免疫分析提供数据支持。