微流控紙芯片的特點(diǎn)與應(yīng)用

帖千楓

成都市實(shí)驗(yàn)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校

微流控紙芯片的特點(diǎn)與應(yīng)用

帖千楓

成都市實(shí)驗(yàn)外國(guó)語(yǔ)學(xué)校

微流控紙芯片是二十一世紀(jì)初興起的一種具有里程碑意義的微流控分析技術(shù)新平臺(tái)，這一技術(shù)憑借其低廉的稱號(hào)、簡(jiǎn)易的加工流程、便捷的使用過(guò)程與出色的可攜帶性等多種優(yōu)點(diǎn)被全球各個(gè)領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者所認(rèn)可，本文將就微流控紙芯片的加工技術(shù)及其應(yīng)用入手，淺析這一新技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)與方向。

微流控紙芯片 微加工 檢測(cè)技術(shù) 應(yīng)用

微流控芯片技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型技術(shù)，將紙張?zhí)娲藗鹘y(tǒng)的玻璃材料，在臨床醫(yī)學(xué)、食品學(xué)、環(huán)境學(xué)等特殊領(lǐng)域內(nèi)得到了良好的應(yīng)用，取得不俗成效，引起廣大專家學(xué)者的關(guān)注興趣。

1 微流控紙芯片加工技術(shù)特點(diǎn)

微流控紙芯片在近幾年成為科學(xué)界備受關(guān)注的新型微流控芯片，發(fā)展速度極快。微流控紙芯片以紙張作為基底，突破性取代了硅膠、玻璃、高分子聚合物等高污染材料，通過(guò)新型微計(jì)算機(jī)加工技術(shù)，在紙張的基礎(chǔ)上進(jìn)行研發(fā)加工，開(kāi)發(fā)出具有一定結(jié)構(gòu)規(guī)律的親水微細(xì)通道網(wǎng)絡(luò)、疏水微細(xì)通道網(wǎng)絡(luò)，及其相關(guān)技術(shù)配件，從而在紙上構(gòu)建了一個(gè)“微型實(shí)驗(yàn)室”的模型。這一技術(shù)在2007年首次被提出，并在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)分析中不斷取得新進(jìn)展。與傳統(tǒng)加工技術(shù)相比，微流控紙芯片加工技術(shù)有如下特點(diǎn)：

1.1 加工成本低廉

與硅膠、玻璃、高分子聚合物相比，微流控紙芯片技術(shù)中的基底——紙張來(lái)源十分豐富，且其價(jià)格與硅膠、石英、高分子聚合物相比低廉?dāng)?shù)倍，大大降低了其研制加工成本。其次，微流控紙芯片技術(shù)可通過(guò)光電印刻、蠟油印刻、噴墨打印、電子繪圖等手段完成二維紙芯片的制作，或通過(guò)折疊、疊加等形式通過(guò)一張或多張紙片完成三維紙芯片的制作，從而降低了紙芯片的制作難度，從而使其加工成本大大降低，與傳統(tǒng)微流控新片相比，微流控紙芯片技術(shù)的成本優(yōu)勢(shì)不容小覷。

1.2 分析系統(tǒng)便攜化

與硅、高分子聚合物等材料相比，用紙張作為微流控技術(shù)基底，可充分利用濾紙本身的毛細(xì)管優(yōu)勢(shì)作用，在圖案化的疏水性處理后，成功引導(dǎo)溶液的有序流動(dòng)，由此可摒棄多余的氣動(dòng)泵，縮小裝置自身體量。同時(shí)，紙張本身質(zhì)地十分輕薄，可折疊、便于攜帶，更易于保存與運(yùn)輸，微型化的分析系統(tǒng)有著強(qiáng)大的便攜能力。

1.3 生物兼容性佳

由于濾紙主要由纖維素組成，蛋白質(zhì)、酶、DNA等生物大分子均可以在其表面固定，生物兼容性強(qiáng)。

1.4 后續(xù)的處理簡(jiǎn)單

微流控紙芯片的后續(xù)處理簡(jiǎn)單，不會(huì)產(chǎn)生污染，紙具有可燃性，紙芯片在使用完畢后，只要利用簡(jiǎn)單的方式即可完成處理，不會(huì)影響環(huán)境。因此，微流控紙芯片是良好的一次性分析器件，在環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控、食品安全檢測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的應(yīng)用效果，特別是在貧困地區(qū)，這一技術(shù)有著較大的應(yīng)用前景。

2 微流控紙芯片加工技術(shù)應(yīng)用

目前，最常見(jiàn)的微流控紙芯片加工技術(shù)應(yīng)用途徑有紫光外刻、蠟印、等離子處理、噴墨打印、噴墨溶劑繪圖、絲網(wǎng)印刷、激光處理、柔印、熔蠟等技術(shù)，通過(guò)在濾紙的指定區(qū)域以特殊微流控技術(shù)制造輸水隔離區(qū)域，在濾紙上方形成具有親疏水特性的通道網(wǎng)絡(luò)，從而制成二維微流控紙芯片。由此，在這一基礎(chǔ)上利用疊加或折疊濾紙的方法，達(dá)成三維微流控紙芯片技術(shù)。在微流控紙芯片加工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，最常見(jiàn)的加工方式有以下幾種。

2.1 紫外光刻技術(shù)

紫外光刻技術(shù)的核心是光敏試劑在物理吸附沉淀或化學(xué)鍵合等環(huán)境狀態(tài)下的成功應(yīng)用，并在掩膜的基礎(chǔ)作用下，借助紫外光輻照的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)特定區(qū)域進(jìn)行輻照，通過(guò)對(duì)曝光區(qū)光敏試劑進(jìn)行光聚合或光溶解操作，在濾紙上產(chǎn)生圖案化的親疏水通道網(wǎng)絡(luò)。在紫外光刻技術(shù)應(yīng)用中，最常見(jiàn)的負(fù)光膠是SU-8，將其均勻涂抹至濾紙上方后，紫外光刻技術(shù)可以將光膠發(fā)生交聯(lián)聚合作用，在形成疏水區(qū)后形成通道網(wǎng)絡(luò)，從而獲得微流控紙芯片。這一加工方式的技術(shù)簡(jiǎn)單易行，操作成本低，加工所得圖案的分辨率與清晰度較高，濾紙的柔韌性破壞程度小，應(yīng)用廣泛。

2.2 蠟印技術(shù)

蠟印技術(shù)又分為蠟筆手繪技術(shù)與蠟筆臨摹打印技術(shù)，其實(shí)現(xiàn)方式是在濾紙的特定區(qū)域內(nèi)將固體蠟進(jìn)行圖案化處理，通過(guò)約150℃的高溫爐對(duì)濾紙進(jìn)行高溫處理，將蠟材料融化后滲透乳濾紙內(nèi)部，從而形成疏水區(qū)域，由此獲得微流控紙芯片。當(dāng)這一技術(shù)達(dá)到一定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可制作毫米級(jí)紙芯片，并計(jì)算出精準(zhǔn)的蠟融化速率模型。這一加工技術(shù)速度快、成本低，多用于批量生產(chǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

與已經(jīng)投放市場(chǎng)的商品化試紙相比，微流控紙芯片有著卓越的優(yōu)勢(shì)，不僅可以實(shí)現(xiàn)單一分組定量分析，還可完成多組定量同時(shí)分析。同時(shí)，微流控紙芯片還可從科技研發(fā)領(lǐng)域?qū)Ｏ蛉粘＿m用領(lǐng)域，在農(nóng)藥殘留檢測(cè)、食品新鮮度測(cè)評(píng)、血糖檢查等領(lǐng)域均可發(fā)揮其特點(diǎn)。筆者相信，隨著科技研發(fā)與加工技術(shù)的不斷革新，微流控紙芯片必將成為普及率高、應(yīng)用范圍廣的試紙首選。

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