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微流控纸芯片(纸基微流控芯片)加工技术及应用领域

纸基微流控芯片Paper-based microfluidic analyticaldevices,μPADs)是一种新兴的微流控分析技术平台,具有成本低、加工简易、使用和携带方便等优点,在临床诊断、食品质量控制和环境监测等应用领域具有很大的应用前景。纸基微流控芯片采用纸张作为基底替代硅、玻璃、高聚物等材料,这种分析器件被称为纸上微型实验室,也称为微流控纸分析器件。其在临床诊断、食品质量、环境监测等领域有极广泛的应用。

①什么是微流控纸芯片?

微流控纸芯片用纸张作为基底代替硅、玻璃、高聚物等材料,通过各种加工技术,在纸上加工出具有一定结构的亲/疏水微细通道网络及相关分析器件,构建“纸上微型实验室”(lab on paper,也称微流控纸分析器件。

②纸芯片纸张的选择

用于全血分析的血细胞过滤时,选用空隙率低、孔径小且分布均匀的Whatman1号层析纸。

用于生物大分子的快速检测时,采用硝基纤维滤膜作为纸芯片的基底。

检测人的血型时,选择吸墨纸、滤纸以及Kleenex纸巾三种不同纸张,A1-Tamini M研究它们对凝聚血细胞的固定效果及对未凝聚血细胞的洗脱效果。结果表明,Kleenex纸巾具有最佳效果。

另外,还有各种由纤维素和聚合物组成的离子交换纸和复合纸也可作为基底材料。

纸芯片的加工技术

紫外光刻、蜡印、等离子体处理、喷墨打印、喷墨蚀刻、绘图模拟仪绘图、丝网印刷、柔印、激光处理、融蜡浸透。

根据疏水试剂与纸的结合方式,可以分为三类:

1.物理阻塞纸中的细孔(如:光刻胶、聚二甲硅氧烷-PDMS

2.疏水化试剂在纤维素纤维表面上的物理沉积(如:聚苯乙烯、蜡)

3.纤维表面的化学改性(如:纤维素活性试剂AKD

根据亲疏水图案化方式不同,可分为两大类:

1.一步法

直接在纸张的局部区域一次性疏水化(原亲水性纸片)或亲水化(原疏水性纸片)处理。

2.两步法

先采用物理沉积、物体堵塞或化学键合等途径使整张纸片疏水化,再通过一定的技术使局部区域去疏水化。

微流控纸芯片

微流控纸芯片的加工技术

微流控纸芯片的应用领域

微流控纸芯片的主要应用是为多分析物或半定量试验提供一个低成本、便携式的分析平台,降低疾病诊断和环境监控的花销。

微流控芯片的应用可以分为以下两类:

1.随需应变式

空白的,没有指示试剂的预沉积,取决于待测样本来选择和添加指示试剂。

2.即时可用式

检测特定分析物,检测区已预先集成了检测试剂。

⑤微流控纸芯片优缺点

优点:

1.较硅、玻璃等材质,纸的成本低。

2.分析系统易微型化、便携化。无需外置驱动泵,纸张可折叠,易保存和运输。

3.生物兼容性好。滤纸主要成本为纤维素,可固定酶、蛋白质和DNA等生物大分子。

4.检测背景低。纸张通常是白色,有利于在纸芯片上开展比色分析。

5.后处理简单,无污染,可通过简单安全的燃烧方式进行处理。

缺点:

1.样本残留在纸通道中和样品在运输过程中的蒸发导致样品利用率降低。

2.对于一些具有低表面张力的样本,疏水区不一定有足够的疏水性,样本可能会发生渗漏。

3.结合传统的比色法,对于太低浓度的样本分析纸芯片无法检测。

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