摘要
尿酸电化学检测技术已逐渐趋于成熟，但目前常见的尿酸电化学分析仪均以血液为检测样本，为微创检测。如何实现尿酸的无创便捷检测，成为一个备受关注的研究热点。人的尿液中包含多种与人体健康相关的生化信息，已有研究表明，尿液中的尿酸浓度与血液中的尿酸浓度有高度相关性，因此可通过尿液中尿酸水平表征血液中的尿酸水平，实现尿酸的无创检测。基于这一目标，本文设计并制备了一种用于尿液样本中尿酸浓度检测的微流控芯片。芯片以低成本的丝网印刷电极作为尿酸电化学检测传感器；通过指压泵驱动样品与缓冲液按比例混合，实现样本的可控稀释与便捷进样；并在芯片上集成了微混合器和微流体阀以实现微流体的控制。基于该微流控芯片，使用人工尿液对芯片的检测性能进行了初步验证。本文的具体研究内容如下： （1）为实现电极与微流控芯片的集成，选择了表面光滑、透明度高、耐热性好的聚碳酸酯（polycarbonate，PC）材料作为电极基底。通过丝网印刷技术在PC基底上制备了三种不同面积参数的电极，选择了性能最优的一组（工作电极直径4mm，辅助电极内径6mm，外径8mm）作为尿酸检测电极。为实现尿液中尿酸的选择性检测，在电极表面修饰了磷化钴，制备了CoP/SPE，并对其检测性能进行了评估，结果显示CoP/SPE的电活性面积是裸电极的1.6倍，对尿酸检测的线性范围为0.1~0.7mM，灵敏度为36.78μA mM-1cm-2，可用作芯片中的尿酸检测传感器，但检测时需使用0.1M PBS将尿液样本稀释10倍。 （2）基于尿液尿酸检测需求，设计了一种指压驱动的微流控芯片。在样品稀释区通过限制微腔室的体积实现了样本和缓冲溶液1：9加样，使检测样本可控稀释10倍。同时，通过在芯片上集成了指压泵、毛细爆破阀、PDMS薄膜阀等结构以实现微流体的控制。并进一步量化了不同宽高比指压泵的吸水量，选择了最适宽高比的指压泵结构参数。最后，通过不同高度混合通道的混合均匀度的仿真计算，得出了优化的混合结构。 （3）利用成本低的液晶平面投影（liquid-crystal display，LCD）3D打印技术制备微流控芯片模具，并通过模具后处理，解决了在光固化树脂表面PDMS无法固化的问题。基于所制备PDMS微流控芯片和PC基底电化学检测传感器，制备了集成化尿酸检测微流控芯片。基于该芯片，对人工尿液进行了尿酸加标检测，加标回收率为81%~102%，说明制备的微流控尿酸电化学检测芯片初步具备应用于尿液尿酸检测的能力。 本文设计并制备了一种集成化微流控芯片，通过指压泵和微流体阀的协同控制，在芯片上实现了微流体便捷进样、准确稀释、有效混合和流动控制。芯片中所集成的磷化钴修饰电极，可实现人工尿液中尿酸浓度的选择性检测。本文工作的开展为发展应用于尿液中尿酸检测POCT装置研发提供了实验思路。
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