【摘要】：惡性腫瘤對(duì)人類生命健康有重大威脅，已經(jīng)成為重要的公共衛(wèi)生問題。如果能在早期確診，前列腺癌是可以治愈的，因此早期檢測(cè)具有至關(guān)重要的意義。近年來(lái)前列腺癌標(biāo)志物研究發(fā)展迅速，前列腺癌的早期診斷率不斷提高?，F(xiàn)有PSA檢查聯(lián)合直腸指診是前列腺癌早期診斷的主要手段，但不能滿足床邊診斷的需求。因而急需研究一款簡(jiǎn)單并可用于前列腺癌快速、自動(dòng)化篩查的護(hù)理點(diǎn)診斷平臺(tái)。電化學(xué)平臺(tái)可以滿足這些要求，但傳統(tǒng)電極的靈敏度很低，同時(shí)微電極載流能力很低。

本課題為克服這些缺點(diǎn)，通過模擬研究了微陣列工作電極的設(shè)計(jì)參數(shù)，然后通過3D打印技術(shù)制備了陣列工作電極，最后檢測(cè)了3D電極的電化學(xué)性能并用于肌氨酸的檢測(cè)。本文簡(jiǎn)析了陣列電極的制備以及癌癥標(biāo)記物電化學(xué)傳感器分析的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和進(jìn)展。采用Comsol Multiphysics 5.3a多物理場(chǎng)模擬軟件建立了陣列工作電極模型，系統(tǒng)研究了獨(dú)立的微柱及其半徑、長(zhǎng)度和間距對(duì)3D陣列工作電極(3D-printed array of working electrodes)循環(huán)伏安行為和電流密度的影響，并對(duì)微流控芯片的高度進(jìn)行了設(shè)計(jì)。

循環(huán)伏安結(jié)果表明:微柱之間獨(dú)立，工作電極表面擴(kuò)散形式由平面擴(kuò)散轉(zhuǎn)變?yōu)橹鶄?cè)面徑向擴(kuò)散和頂部球面擴(kuò)散;微柱的半徑越小，徑向非線性擴(kuò)散越好;微柱的高度越低，球面非線性擴(kuò)散越好;微柱間距離大于臨界間距，能夠減小擴(kuò)散層重合導(dǎo)致的屏蔽效應(yīng)。本文通過模擬，確定了3D打印陣列電極的最佳參數(shù):R=1μm，d=70μm，h=100μm，微柱獨(dú)立及h=200μm，微柱連續(xù)。通過3D打印制備出了陣列工作電極并對(duì)其進(jìn)行了表征，構(gòu)建了基于Nafion膜和酶修飾的陣列電極，并對(duì)癌癥標(biāo)記物肌氨酸進(jìn)行了檢測(cè)。通過3D打印機(jī)打印光敏樹脂構(gòu)建3D陣列工作電極結(jié)構(gòu)，然后通過磁控濺射(PVD)技術(shù)在結(jié)構(gòu)表面濺射金層以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電。

電極制備完成后，采用SEM對(duì)3D打印陣列工作電極的形貌進(jìn)行了表征，結(jié)果表明表面金層連續(xù)。在H2SO4溶液和K3Fe(CN)6/KCl溶液中對(duì)3D打印陣列工作電極進(jìn)行電化學(xué)表征。此作利用電極對(duì)肌氨酸進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間為10 s，線性范圍為0.1μM～1μM。初步結(jié)果表明:微柱獨(dú)立情況下，陣列電極由更高的靈敏度。本文對(duì)利用3D微型傳感器進(jìn)行癌癥標(biāo)記物的快速檢測(cè)有重要的指導(dǎo)意義。