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纸基微流控检测芯片用于食药纸包装

纸张作为微流控芯片的载体材料,具有成本低廉、流体通过毛细现象自我驱动、比表面积大、体积小以及可储存反应试剂的特点。纸基微流控芯片近年来发展迅速,在医学检测、分析化学、食品安全、环境监测等领域得到广泛应用并拥有巨大的商业化潜力。

 

在基于环保因素的绿色包装被充分重视的大环境下,回收率极高的纸包装未来将迎来更大的发展机遇,以纸代木、以纸代塑、以纸代玻璃、以纸代金属将成为未来包装业的发展趋势。

 

将纸包装与纸基微流控芯片结合起来,将纸基微流控芯片整合在纸质包装盒中,提供相应的食品质量检测或药品药效监测的功能。如在控制血糖的药物包装盒上整合葡萄糖检测微流控芯片可以即时监控药物的作用效果,在食品的纸包装上整合微流控芯片用以检测金黄色葡萄球菌等,通过包装盒实现实时现场检测。

1.纸基微流控芯片基本原理

使用蜡打印加工纸基微流控芯片的方法,其基本原理见图1。

使用蜡打印加工纸基微流控芯片的方法,其基本原理见图1。

首先,蜡打印机将设计完成的图案打印在纸质的基底上,自然冷却后使用加热板对纸质基底进行加热,蜡逐渐融化后渗透到纸质纤维的缝隙中,冷却后在纸基底上形成亲疏水的壁垒,流体则可以通过毛细作用在疏水材料围成的亲水纸质纤维中自主运动。

 

2.整合包装盒内的纸基微流控芯片设计

纸质包装盒与纸基微流控芯片的整合应用示例见图2。

纸质包装盒与纸基微流控芯片的整合应用示例见图2。

反面使用喷蜡打印机,将纸基微流控芯片的图案打印在纸盒的4个体板上。在包装盒反面微流控芯片的设计上,采用了星型分布的流道设计,流道外壁宽度为0.2mm,流道宽度为1mm 。

 

3.整合包装盒内的纸基微流控芯片加工与测试

主要仪器:纸盒反面印刷采用富士施乐Color Qube 8580喷蜡打印机,蜡层厚度约为50μm;加热板型号为ThermoFisher Cimarec+。

制作:把纸装入富士施乐Color Qube 8580喷蜡打印机,使用Core1DRAW(Corel Corporation)对微流控芯片进行矢量设计并喷蜡打印输出;打印后的素描纸使用加热板进行蜡的熔化浸润处理,温度为120℃,时间为5min。附着在素描纸内侧的蜡经过加热渗透浸润到了纸张的外侧,即浸透了整个纸张的厚度,完整地在纸基材料中围绕形成了流体流动的微通道。流体的流动借助液体在纸纤维间的毛细作用自主完成。

为了验证纸包装与纸基微流控芯片的整合技术,在纸盒的4个体板上分别制作了4个微流控芯片,该纸基芯片在pH值检测中的应用示例见图5。

为了验证纸包装与纸基微流控芯片的整合技术,在纸盒的4个体板上分别制作了4个微流控芯片,该纸基芯片在pH值检测中的应用示例见图5。

将芯片四角的储液槽中使用移液枪添加30uL酚酞指示剂(1g酚酞溶于100mL质量分数为95%乙醇溶液),5 min后在芯片的中心储液槽位置添加200uL饱和碳酸钠溶液(pH值约为12),饱和碳酸钠溶液在蜡围绕形成的流体通道里通过毛细现象逐渐扩散,5min后到达四角的指示剂区域,发生显色反应(指示剂区域颜色变深)。(文章来源作者:范一强 刘士成 金玉洁 张亚军  转载仅供参考学习及传递有用信息,版权归原作者所有,如侵犯权益,请联系删除)



标签:   纸芯片