微流控紙芯片的特點與應用

帖千楓

成都市實驗外國語學校

微流控紙芯片的特點與應用

帖千楓

成都市實驗外國語學校

微流控紙芯片是二十一世紀初興起的一種具有里程碑意義的微流控分析技術新平臺，這一技術憑借其低廉的稱號、簡易的加工流程、便捷的使用過程與出色的可攜帶性等多種優(yōu)點被全球各個領域專家學者所認可，本文將就微流控紙芯片的加工技術及其應用入手，淺析這一新技術的發(fā)展特點與方向。

微流控紙芯片 微加工 檢測技術 應用

微流控芯片技術是近年來發(fā)展起來的新型技術，將紙張?zhí)娲藗鹘y(tǒng)的玻璃材料，在臨床醫(yī)學、食品學、環(huán)境學等特殊領域內得到了良好的應用，取得不俗成效，引起廣大專家學者的關注興趣。

1 微流控紙芯片加工技術特點

微流控紙芯片在近幾年成為科學界備受關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，通過新型微計算機加工技術，在紙張的基礎上進行研發(fā)加工，開發(fā)出具有一定結構規(guī)律的親水微細通道網絡、疏水微細通道網絡，及其相關技術配件，從而在紙上構建了一個“微型實驗室”的模型。這一技術在2007年首次被提出，并在后續(xù)的實驗分析中不斷取得新進展。與傳統(tǒng)加工技術相比，微流控紙芯片加工技術有如下特點：

1.1 加工成本低廉

與硅膠、玻璃、高分子聚合物相比，微流控紙芯片技術中的基底——紙張來源十分豐富，且其價格與硅膠、石英、高分子聚合物相比低廉數倍，大大降低了其研制加工成本。其次，微流控紙芯片技術可通過光電印刻、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，或通過折疊、疊加等形式通過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，微流控紙芯片技術的成本優(yōu)勢不容小覷。

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基底，可充分利用濾紙本身的毛細管優(yōu)勢作用，在圖案化的疏水性處理后，成功引導溶液的有序流動，由此可摒棄多余的氣動泵，縮小裝置自身體量。同時，紙張本身質地十分輕薄，可折疊、便于攜帶，更易于保存與運輸，微型化的分析系統(tǒng)有著強大的便攜能力。

1.3 生物兼容性佳

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

1.4 后續(xù)的處理簡單

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

2 微流控紙芯片加工技術應用

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

2.1 紫外光刻技術

紫外光刻技術的核心是光敏試劑在物理吸附沉淀或化學鍵合等環(huán)境狀態(tài)下的成功應用，并在掩膜的基礎作用下，借助紫外光輻照的技術特點對特定區(qū)域進行輻照，通過對曝光區(qū)光敏試劑進行光聚合或光溶解操作，在濾紙上產生圖案化的親疏水通道網絡。在紫外光刻技術應用中，最常見的負光膠是SU-8，將其均勻涂抹至濾紙上方后，紫外光刻技術可以將光膠發(fā)生交聯(lián)聚合作用，在形成疏水區(qū)后形成通道網絡，從而獲得微流控紙芯片。這一加工方式的技術簡單易行，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，應用廣泛。

2.2 蠟印技術

蠟印技術又分為蠟筆手繪技術與蠟筆臨摹打印技術，其實現方式是在濾紙的特定區(qū)域內將固體蠟進行圖案化處理，通過約150℃的高溫爐對濾紙進行高溫處理，將蠟材料融化后滲透乳濾紙內部，從而形成疏水區(qū)域，由此獲得微流控紙芯片。當這一技術達到一定技術標準時，可制作毫米級紙芯片，并計算出精準的蠟融化速率模型。這一加工技術速度快、成本低，多用于批量生產。

3 結束語

與已經投放市場的商品化試紙相比，微流控紙芯片有著卓越的優(yōu)勢，不僅可以實現單一分組定量分析，還可完成多組定量同時分析。同時，微流控紙芯片還可從科技研發(fā)領域專向日常適用領域，在農藥殘留檢測、食品新鮮度測評、血糖檢查等領域均可發(fā)揮其特點。筆者相信，隨著科技研發(fā)與加工技術的不斷革新，微流控紙芯片必將成為普及率高、應用范圍廣的試紙首選。

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