基于硅基微冷凝芯片的呼出气冷凝液采集及原位检测系统研究.pdfVIP

基于硅基微冷凝芯片的呼出气冷凝液采集 及原位检测系统研究 Silicon Microcondensor for Exhaled Breath Condensate Collection and On-chip Detection 专业类别： 工 程 研究方向（领域）：仪器仪表工程 作者姓名： 付慕晴 指导教师： 薛茜男 副教授 企业导师： 徐洋 高级工程师 答辩日期 2022 年 3 月 6 日 答辩委员会 姓名 职称 工作单位 主席 王洁华 教授 天津大学 高运华 研究员 中国计量科学研究院 刘安 副教授 复旦大学 梅早仙 主任医师 天津市海河医院 委员 李艳娜 工程师 军事科学院防化研究院 编辑、出版 励德爱思唯尔信息技术（北京）有限公 张海楠 人 司 天津大学精密仪器与光电子工程学院 二〇二二年三月 万方数据 万方数据 摘要 呼出气冷凝液（exhaled breath condensate, EBC ）是一种源于下呼吸道液滴的、 包含数千种生物疾病标志物的生物流体。EBC 某些成分的变化可以反映肺内及 气道内的病理生理状态，对筛查呼吸道病原体感染、早期肺癌、病情监测及疗效 判断具有重要的意义。同时，由于EBC 的采集主要依靠冷却人体呼吸气得以实 现，其收集方法简单且具有非侵入性，因此EBC 成份检测有望成为一种具有潜 力的无创体外诊断手段。在当前的EBC 诊断过程中，通常利用冷凝装置进行呼 出气的冷壁凝结采样，并通过质谱分析、逆转录聚合酶链(PCR)反应等手段对样 本中的生物标志物进行后续分析。然而，现有的EBC 采样及检测设备存在体积 庞大、操作繁琐、在转运过程中易造成样本损失等缺点，且无法实现样本现场采 集及实时检测。针对上述问题，本文提出了一种基于微机电系统(MEMS)工艺的 微冷凝呼出气采集芯片并结合化学发光技术的新型EBC 采集与原位特异性抗原 检测新方法。 论文主要内容和研究成果包括： 1. 采用流体动力学仿真和湿空气热力学仿真设计了一系列用于EBC 冷凝和 冷凝液贮存的微芯片结构，通过MEMS 工艺完成了硅基微芯片的制备，并探究 了这些不同微结构的冷凝芯片的整体流场和温度、湿度以及冷凝效果。 2. 设计并搭建了基于上述优化的硅基微