纸质微流控芯片的制作

微流控芯片

纸质材料在检测装置中可以起到分离和支撑作用，有其独特的、极具吸引力的品质：

其成分是惰性的纤维素，来源丰富、廉价、可再生、易处理、可循环利用，易于使用和运输，易于化学修饰，有着较好的稳定性和良好的生物相容性。

结合现代的印刷技术可以方便地制备出可用于分离、分析和检测用的微流控装置，是一种可用于检测的极佳材料。

纸一直被用于多种快速检测，pH试纸是其中最突出的实例。纸介质可以用于色谱法分离，基于纸材料的分离检测提供一类廉价、多功能的平台。

纸和膜材料结合模式在针对现场诊断的商品化层析检测试纸条和试纸卡产品中应用极广。

常规的试纸条（卡）通常是基于酶联免疫显色，近期基于胶体金显色的试纸条发展迅速。

Marbey 等在 Nature 上综述适用于发展中国家的诊断方法，其中特别提到纸上免疫色谱法——在试纸条不同位置标记不同的抗体，可以用一份样本同时检测出多种疾病，检测结果可视化，时间少于10min。

常规试纸检测因其操作简便、易用、价廉而获得巨大成功，但通常不能够做多重分析和定量分析。纸芯片（纸质微流控芯片装置）则可以解决这一问题，并更趋微型化、集成化、多功能化。

纸芯片的制作材料

对于纸芯片，纸材质的选择非常关键，需考虑多重因素，如：

足够的机械承受力；水相中浸泡无显著变形和解体；合适的亲疏水性便于吸附和固定，形成明确的检测区，又要避免过度散溢；

不能降解生物待测物或其他检测试剂：表面须均一，以便重现、修饰和生成信号；降低常规方法中易出现的咖啡环效应，还要考虑与复合材料的封装匹配效果等⋯⋯

Whatman 3MM层析纸具有较高的纯度和一致性，确保毛细管效应的载量均一，使用较为广泛。其中Grade1 型号国际标准色谱纸厚度0.18mm，线性流速（水）130 mm/30min，具有中等颗粒保留度，表面光滑，适合用于普通分析分离并与打印机纸盒匹配较好。

纸与其他材料组合应用也较为常见，如张琼等研发纸与PDMS复合型微流控芯片，利用纸与PDMS表面性质的差异，在纸材料上形成水凝胶液滴，结合液体在微通道中的主动灌流与纸材料中的被动扩散，模拟体内物质运输，形成浓度梯度介导的细胞微环境，成功用于肝癌细胞三维培养。

目前也有研究直接采用丝线、纤维等材料引导流体来制作检测装置。

若采用电化学检测方式，还需要考虑电极材料的选择。电极与纸芯片的组装可以采用2种方式：

（1）绝缘塑料基板（如聚邻苯二甲酸乙二醇酯PET）上固化金、铜等金属电极材料，然后与纸芯片贴附接触；

（2）采用丝网印刷技术等将导电碳墨、Ag浆、Ag/AgCl浆等直接印刷在纸上之后加热固化。

在塑料基底上镀金、镀铜电极也适合于纸基质电化学装置，并在某些应用中灵敏度更高，如纸芯片上采用金或铜电极用循环伏安法检测效果较好，但因为产物的吸附作用会使电极钝化而不如碳墨电极耐用，且成本较高。

导电碳墨电极有多方面优势：

（1）价格便宜；

（2）持久耐用；

（3）易于制造；

（4）工业和研究中应用广泛。

电极应与所采用的电化学分析仪器组装灵活，应考虑与普通电化学工作站或手持便携式电化学分析仪等各接口的适用性。

纸芯片制作方法

纸芯片制作通常是采用能固化的疏水性材料形成通道来限制和引导流体，这些材料包括蜡、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、SU-8、聚苯乙烯、烷基烯酮二聚体（AKD）、聚甲基丙烯酸甲酰胺(PoNBMA)等。

方法有光刻、手绘、打印等。也有的采用等离子体、激光等对纸质材料处理后形成特殊的亲、疏水通道。

为使纸上流体成为相对密封的体系，除外加密封罩外也可采用热压塑封机，以双层透明膜把芯片塑封起来。

基于打印机的纸芯片制备方法易于与前端设计步骤衔接，操作简单，并能方便地利用最新的打印工艺打印包括电极部分在内的芯片。

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