微流控紙芯片在環(huán)境分析檢測(cè)中的應(yīng)用

張 昱, 齊 驥, 劉 豐, 王 寧, 孫西艷, 崔 榮,于佳洛, 葉嘉明, 劉 萍, 李博偉*, 陳令新*

(1. 煙臺(tái)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院, 山東 煙臺(tái) 264003; 2. 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所,山東省海岸帶環(huán)境過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海岸帶環(huán)境過(guò)程與生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 煙臺(tái) 264003;3. 浙江清華長(zhǎng)三角研究院分析測(cè)試中心, 國(guó)家食品安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中心應(yīng)用技術(shù)合作中心, 浙江 嘉興,314006)

1990年,由Manz等[1]第一次提出微型全分析系統(tǒng)(miniaturized total analysis system, μTAS)這一名詞后,微型分析平臺(tái)的相關(guān)研究迅速發(fā)展。在這其中,微流控技術(shù),又被稱(chēng)為芯片實(shí)驗(yàn)室、微流控芯片等,也在迅速崛起。它是對(duì)微觀尺度流體能進(jìn)行精準(zhǔn)操作和控制的一類(lèi)技術(shù),其在微米尺度的芯片上,實(shí)現(xiàn)了分析處理全過(guò)程的高效化、微型化、集成化和便捷化操作[2-4]。微流控技術(shù)依靠運(yùn)輸便利性、樣品及試劑量小、快速分析、能夠進(jìn)行平行處理等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),在醫(yī)療領(lǐng)域、生物工程、環(huán)境監(jiān)測(cè)等許多領(lǐng)域展現(xiàn)出了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

微流控紙芯片(microfluidic paper-based chips)或微流控紙分析裝置(microfluidic paper-based analytical devices, μPADs)是基于紙張加工微流體通道的微流控分析設(shè)備,同時(shí)也是微流控技術(shù)研究的前沿領(lǐng)域。微流控紙芯片與傳統(tǒng)微流控芯片相比,具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn):(1)紙張作為原材料，來(lái)源十分廣泛。生產(chǎn)微流控芯片傳統(tǒng)的制作材料石英、玻璃、硅片和有機(jī)聚合物等與紙相比,價(jià)格更高,其來(lái)源也不如紙張廣泛。(2)運(yùn)輸方便,便攜性高,可進(jìn)行實(shí)時(shí)操作。紙張厚度小(0.06～1 mm),可折疊以方便保存和攜帶[5]。(3)無(wú)需外加動(dòng)力源。流體可以通過(guò)紙張纖維素的毛細(xì)作用流動(dòng)[6],通過(guò)疏水化處理形成一定結(jié)構(gòu)的通道可使流體有序流動(dòng)。(4)生物兼容性?xún)?yōu)越。紙張的纖維素可被功能化,其親水性、吸水性等可被改變[7]。(5)環(huán)境友好度高。紙芯片在使用后可通過(guò)點(diǎn)燃等簡(jiǎn)單方法進(jìn)行處理,幾乎不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)擔(dān)。

1 微流控紙芯片與環(huán)境監(jiān)測(cè)

1.1 微流控紙芯片在環(huán)境檢測(cè)分析中的意義

現(xiàn)代社會(huì)迅速發(fā)展帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越多,對(duì)人們的身體健康和生活方式都造成了負(fù)面影響。工廠(chǎng)的違規(guī)排放、農(nóng)藥的濫用等對(duì)河流、湖泊、海洋等水體造成了嚴(yán)重污染。同樣地,土壤環(huán)境與空氣質(zhì)量也在受到破壞,全球的生態(tài)平衡與生態(tài)安全在遭受著嚴(yán)重威脅。因此尋找一種低成本、易操作并且能夠即時(shí)檢測(cè)的方法進(jìn)行環(huán)境檢測(cè)顯得尤為重要。紙芯片除了能夠很好地執(zhí)行常規(guī)環(huán)境監(jiān)測(cè)外,還有其他獨(dú)特優(yōu)勢(shì):制作成本低,可以大量生產(chǎn),增加監(jiān)測(cè)的頻率,使監(jiān)測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確;高便攜性和運(yùn)輸?shù)谋憷阅軌蚴贡O(jiān)測(cè)的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大,使環(huán)境監(jiān)測(cè)覆蓋的范圍更加廣泛;其易上手和易操作可以讓更多的人參與到環(huán)境監(jiān)測(cè)中,同時(shí)也拓寬了監(jiān)測(cè)結(jié)果的受眾范圍;即時(shí)檢測(cè)能夠?yàn)橥话l(fā)環(huán)境事件提供及時(shí)準(zhǔn)確的反饋,能夠使解決方法更加有針對(duì)性。因此,紙芯片在環(huán)境領(lǐng)域具有重要作用,是對(duì)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析的一類(lèi)強(qiáng)大工具[8,9]。

1.2 紙芯片的制作方法

制作紙芯片,首先要選對(duì)紙張。能夠制造紙芯片的紙張要有一定機(jī)械承受力,在液體中不會(huì)輕易變形;還要有良好的親水或疏水性,以形成測(cè)試區(qū)域;另外化學(xué)性質(zhì)要穩(wěn)定,不與試樣發(fā)生反應(yīng)[10]。目前微流控紙芯片制作的基底材料通常選擇吸水性能優(yōu)異、不易變形且廉價(jià)易得的濾紙,其中表面光滑平整、性質(zhì)均一、流體流速適中且顆粒留存度高的Whatman No.1濾紙是最常用的一種濾紙。此外,需要根據(jù)不同的檢測(cè)要求選擇不同類(lèi)型的紙張[11-14]。

紙芯片制作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是通過(guò)構(gòu)建親疏水網(wǎng)絡(luò)從而控制液體流動(dòng)來(lái)制成二維(2D)紙芯片,還可通過(guò)疊加黏合或折紙法制成三維(3D)紙芯片[15,16]。依據(jù)構(gòu)建親疏水通道方法的不同可分為如下幾類(lèi):通過(guò)疏水材料如石蠟、光刻膠、聚氨酯丙烯酸酯等在紙上構(gòu)成疏水通道(對(duì)于有機(jī)溶劑不能采取此方法);使用聚合物如聚二甲硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯或聚亞胺酯對(duì)紙上孔洞進(jìn)行堵塞形成物理屏障;通過(guò)物理切割直接形成通道。這些方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn),制作出的紙芯片也具有不同的特點(diǎn),因此可以根據(jù)對(duì)芯片的不同需要選擇不同的加工方法進(jìn)行制作。

1.2.1常見(jiàn)制作方法

蠟印法:蠟是用于制作μPADs最常見(jiàn)的材料,其成本低、易獲得,化學(xué)性質(zhì)相對(duì)不活潑。蠟印法只需將蠟塊加熱,使蠟融化滲入紙張,通過(guò)噴蠟打印機(jī)進(jìn)行打印即可完成,而且通過(guò)印刷不同厚度或數(shù)量的蠟就能在紙上構(gòu)造出半封閉和全封閉以及不同尺寸的通道。石蠟打印法是目前最常用的制作方法,可大批量生產(chǎn)對(duì)圖案分辨率要求不高的紙芯片。

光刻法:光刻法是最早被用來(lái)創(chuàng)建疏水屏障的一類(lèi)方法[17]。光刻膠能夠使液體在紙上運(yùn)動(dòng)不泄漏,還能形成高分辨率圖案,但光刻膠的低柔韌性導(dǎo)致制成的紙芯片易碎[18]。常用的負(fù)光膠SU-8,可以有效抵擋表面活性劑溶液和有機(jī)溶劑,但價(jià)格貴且工藝復(fù)雜。近期本實(shí)驗(yàn)室就采用聚氨酯丙烯酸酯(PUA)[19]這種光敏材料來(lái)制造低成本且環(huán)境友好的紙芯片,還有利用紫外光降解自組裝硅烷化單分子層[20]以得到具有清晰圖案且性質(zhì)穩(wěn)定的紙芯片。

切割法:切割技術(shù)是通過(guò)創(chuàng)建物理邊界來(lái)構(gòu)成通道或圖案,使制造過(guò)程更簡(jiǎn)單,有工藝刀切割和激光切割兩種方法。工藝刀切割是在電腦控制下進(jìn)行制作,依據(jù)切割力度和角度的不同進(jìn)行制作,可在底部加裝保護(hù)層以避免紙張被刀割破;激光切割無(wú)需外加保護(hù)層但需要專(zhuān)門(mén)的激光切割儀器進(jìn)行操作,與工藝刀相比操作難度增加,成本提高。Crooks等[21]用激光將設(shè)計(jì)好的通道切除,形成的中間鏤空的夾心型紙芯片會(huì)讓流體流動(dòng)速度得到大幅度提升。

等離子體法:等離子體技術(shù)是利用等離子體發(fā)射設(shè)備以還原紙張的局部親水性,因此經(jīng)常出現(xiàn)在紙芯片親水區(qū)域的制造環(huán)節(jié)中[22,23]。近期,Kao等[24]制造了一種電池供電的便攜式微等離子體產(chǎn)生裝置,可在一般條件下對(duì)疏水區(qū)進(jìn)行化學(xué)改性,成為親水區(qū),擺脫了大型等離子儀器的桎梏,使等離子體裝置的便攜應(yīng)用成為可能。

刻蝕法主要有激光刻蝕法、噴墨劑刻蝕法兩種。激光刻蝕法利用激光對(duì)具有疏水層的紙張進(jìn)行選擇性改變,使其由疏水變?yōu)橛H水[25]。與激光刻蝕法原理類(lèi)似,噴墨劑刻蝕法利用的是噴墨劑對(duì)疏水紙張進(jìn)行改性,針對(duì)不同物質(zhì)形成的疏水層可以采用不同的噴墨劑進(jìn)行刻蝕以形成親水通道[26,27]。

一些紙芯片的制造方法示例見(jiàn)圖1。

圖 1 常見(jiàn)的紙芯片制作方法Fig. 1 Common production methods of microfluidic paper-based chipsa. photolithography[19]; b. cutting method[21]; c. plasma method[24]; d. etching method[26].

1.2.2其他方法

手工繪圖簡(jiǎn)單方便,使用蠟筆等就可完成無(wú)需借助儀器,適合于制造圖案簡(jiǎn)單、對(duì)分辨率要求不高且不接觸有機(jī)溶劑的紙芯片。可以將印刷行業(yè)中常見(jiàn)的絲網(wǎng)印刷運(yùn)用于紙芯片的制造，操作簡(jiǎn)單[28],適合于大批量生產(chǎn)分辨率不高的紙芯片;融蠟浸透法[29]既無(wú)需借助儀器也不需要化學(xué)試劑,但制作出的紙芯片精度較低;柔印法[30]也是一種能快速生產(chǎn)大量紙芯片的方法,但由于要配備專(zhuān)用的柔性版印刷機(jī)和該打印機(jī)專(zhuān)用的單個(gè)印版,其設(shè)計(jì)靈活性受到了限制。

三維立體紙芯片:隨著研究的深入和發(fā)展,除了傳統(tǒng)的2D橫向流紙芯片,能夠?qū)崿F(xiàn)縱橫方向上均有通道、可使液體相互交叉不污染的3D紙芯片是一類(lèi)應(yīng)用前景廣闊、發(fā)展?jié)摿薮蟮男滦图埿酒?其出色的流體分配能力極大地拓展了分析能力,可以實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)的同時(shí)測(cè)定,分析效率得到大幅度提升。3D紙芯片的制作技術(shù)有用膠帶或噴涂將單獨(dú)的圖案紙層黏合在一起的黏合法,以及將單層的圖案紙簡(jiǎn)單折疊的折紙法[31,32]。

2 環(huán)境檢測(cè)分析中微流控紙芯片的分析方法

環(huán)境檢測(cè)分析中紙芯片的分析方法主要包括電化學(xué)法、發(fā)光法、比色法以及新興的表面增強(qiáng)拉曼法(SERS)和集成移動(dòng)感測(cè)平臺(tái)法等。

2.1 電化學(xué)法

電化學(xué)法中的電極通常包括工作電極、對(duì)電極和參比電極3部分,具有高靈敏度和高選擇性,其與紙芯片的兼容性極其優(yōu)異。在紙芯片上制造電極的方法目前有使用石墨鉛筆直接繪制電極[33]或用導(dǎo)電的碳或金屬墨水絲網(wǎng)印刷或噴墨印刷電極[34],也有研究采用掩模引導(dǎo)噴涂電極[35]。具有高導(dǎo)電率、高透明度、高機(jī)械強(qiáng)度以及巨大比表面積的石墨烯電極是電極材料的首選,通過(guò)涂抹氧化鋅納米顆粒[36]、鉑納米顆粒[37]等納米級(jí)別的貴金屬顆粒,可提高它和生物分子(DNA、蛋白質(zhì))的偶聯(lián)能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)生物分子更高水平的檢測(cè)。電化學(xué)紙芯片可以通過(guò)折紙法形成3D結(jié)構(gòu)[38],為環(huán)境監(jiān)測(cè)提供更好的分析平臺(tái),近期還有研究[39]將紙芯片與陶瓷或塑料電極組件進(jìn)行結(jié)合，以提高使用次數(shù)和延長(zhǎng)使用壽命。

2.2 光學(xué)分析法

2.2.1發(fā)光法

發(fā)光法有熒光法、化學(xué)發(fā)光法、電化學(xué)發(fā)光法3種。熒光法選擇性和靈敏度高,檢出限低,但其需要借助儀器,也易受到紙張自身熒光劑的干擾;化學(xué)發(fā)光法和電化學(xué)發(fā)光法與熒光法相比更加靈敏[40],無(wú)需激發(fā)源,所以背景光的信號(hào)更低,誤差更小。但化學(xué)發(fā)光法只能通過(guò)試劑和待測(cè)物的物理混合來(lái)控制反應(yīng),而電化學(xué)發(fā)光法則可以通過(guò)控制在芯片上的激發(fā)時(shí)間和位置來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的分析選擇性[41]。

熒光法需要借助熒光儀進(jìn)行分析,通常是檢測(cè)待測(cè)樣品表面結(jié)合的熒光團(tuán)或紙上量子點(diǎn)的熒光猝滅[42,43]。據(jù)本課題組的現(xiàn)有研究表明[42],水中重金屬可通過(guò)熒光法在紙芯片上進(jìn)行檢測(cè),現(xiàn)象明顯,檢測(cè)靈敏度高,測(cè)試效果良好。除重金屬離子之外,也有研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了其他污染物包括有毒化合物[44]、農(nóng)藥[45]、DNA[46]等的基于熒光法的紙芯片。

化學(xué)發(fā)光法的基本原理是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)在某個(gè)時(shí)刻的發(fā)射光強(qiáng)來(lái)分析某一組分的濃度。化學(xué)發(fā)光法所用的試劑大都價(jià)格低廉,但化學(xué)發(fā)光法的靈敏度很高,因此非常適合進(jìn)行低成本的高靈敏度測(cè)定[47-50]。通過(guò)構(gòu)建3D結(jié)構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種樣品進(jìn)行平行檢測(cè)[51]。

電化學(xué)發(fā)光法是由Delaney等[52]提出的一種將電化學(xué)技術(shù)與化學(xué)發(fā)光法相結(jié)合的新型方法,通過(guò)控制電位可以提高選擇性,檢測(cè)的動(dòng)態(tài)濃度范圍也有所擴(kuò)大,并且兼容適用于化學(xué)發(fā)光法的所有試劑,是最受歡迎的分析方法之一[53-57]。

上述研究結(jié)果表明,基于發(fā)光法的紙芯片在自身優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上,還可以與其他多種技術(shù)結(jié)合,不僅能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)物種類(lèi)上更大范圍的檢測(cè),還在精度和靈敏度上也將會(huì)有相當(dāng)程度的提高。而且發(fā)光法的現(xiàn)象明顯,能夠在結(jié)果的表達(dá)上進(jìn)行簡(jiǎn)化,使檢測(cè)過(guò)程更加簡(jiǎn)單。

2.2.2比色法

比色法包括視覺(jué)、光度和反射檢測(cè)3種方法[58-60],通過(guò)顯色反應(yīng),可以直接用肉眼觀察顏色變化,進(jìn)行半定量分析[61],還可以采用相機(jī)拍照、掃描成像獲得圖片后利用圖像軟件(Photoshop、Image J等)進(jìn)行定量分析,現(xiàn)在更傾向?qū)⑵浜椭悄茉O(shè)備集成,分析過(guò)程得到簡(jiǎn)化,分析效率提高[62-64]。比色法與其他方法如電化學(xué)法等相比,雖然檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到環(huán)境光線(xiàn)的影響,抗干擾性能有所不足,但是現(xiàn)象明顯,有時(shí)無(wú)需借助專(zhuān)門(mén)的儀器通過(guò)肉眼就能進(jìn)行初步分析,而且分析方法也相對(duì)簡(jiǎn)單,且易操作。隨著智能設(shè)備如智能手機(jī)的不斷發(fā)展,這些成像設(shè)備的發(fā)展已能夠在一定程度上消除光線(xiàn)條件對(duì)成像的影響。因此,比色法是一類(lèi)十分受歡迎且使用范圍最廣泛的紙芯片分析方法。

環(huán)境分析檢測(cè)中最為典型的有關(guān)比色法的應(yīng)用是對(duì)水中的硝酸鹽、亞硝酸鹽[65,66]和重金屬離子[67-70]進(jìn)行檢測(cè)?；诒壬ǖ募埿酒瑱z測(cè)水中重金屬離子是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的強(qiáng)大工具,能夠?qū)﹁F、汞、銅、鉻、鉛等多種金屬離子進(jìn)行分析,操作簡(jiǎn)單方便,成本低廉,現(xiàn)象明顯,且靈敏度高。

2.2.3表面增強(qiáng)拉曼法

表面增強(qiáng)拉曼是一類(lèi)分子振動(dòng)光譜,增強(qiáng)分子的拉曼光譜信號(hào),能夠提高檢測(cè)水平,從而實(shí)現(xiàn)更低的檢出限。SERS能夠進(jìn)行極低濃度水平上的生化檢測(cè)[71],是生物醫(yī)學(xué)和化學(xué)分析領(lǐng)域中的重要方法。基于SERS的紙芯片已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)分析[72]等領(lǐng)域,本課題組目前也正對(duì)基于SERS的紙芯片進(jìn)行積極研究[73],希望開(kāi)發(fā)出更加靈敏、檢出限更低的檢測(cè)方法。Hariharan小組[74]設(shè)計(jì)的基于SERS的微流控紙芯片檢測(cè)出了極低濃度的兒茶酚。這一研究表明,基于SERS的紙芯片可與和其他方法聯(lián)用,拓展應(yīng)用范圍。

2.3 集成移動(dòng)感測(cè)平臺(tái)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,將智能手機(jī)與紙芯片結(jié)合,構(gòu)成新的集成移動(dòng)感測(cè)平臺(tái),在更高水平上更好地發(fā)揮作用,成為一項(xiàng)備受關(guān)注的研究課題。將紙芯片與智能手機(jī)集成,可對(duì)空氣顆粒物[75]、食品中的諾氟沙星[76]、水中的重金屬[77,78]和農(nóng)藥[79]進(jìn)行檢測(cè)分析,而且核酸[80]等生物分子以及細(xì)菌[81]、病毒[82]等也能采用這種集成平臺(tái)進(jìn)行分析,簡(jiǎn)化了檢測(cè)過(guò)程,降低了生產(chǎn)與檢測(cè)成本。

本課題組[83]設(shè)計(jì)出一種依據(jù)光反射原理進(jìn)行定量比色測(cè)定的便攜式紙芯片設(shè)備,其體積小、重量輕,操作方便,并且自帶讀數(shù)功能,可以進(jìn)行即時(shí)分析,是一類(lèi)簡(jiǎn)單高效的檢測(cè)分析工具。Chen等[84]設(shè)計(jì)出的雙極電極電化學(xué)發(fā)光紙芯片,具有電池能量供應(yīng)和智能手機(jī)讀數(shù)功能。這些設(shè)計(jì)說(shuō)明，智能手機(jī)與紙芯片結(jié)合的集成移動(dòng)感測(cè)平臺(tái)仍有許多方向值得深入研究，能夠在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用。

3 微流控紙芯片在環(huán)境檢測(cè)分析中的應(yīng)用

3.1 重金屬離子檢測(cè)

重金屬?gòu)V泛分布在生態(tài)環(huán)境中,如在大氣圈、水圈、土壤圈[85]都可以找到重金屬的蹤跡。不僅難以對(duì)其進(jìn)行生物降解,而且它能在生態(tài)系統(tǒng)中持續(xù)累積。即使在環(huán)境中含量極少的情況下也會(huì)對(duì)生物體造成危害,因此重金屬污染一直是大眾關(guān)注的環(huán)境問(wèn)題。重金屬種類(lèi)繁多,不同的價(jià)態(tài)對(duì)環(huán)境造成的影響也有所區(qū)別,所以研發(fā)對(duì)重金屬能夠進(jìn)行高靈敏度特異性檢測(cè)和即時(shí)檢測(cè)的方法,始終是重金屬污染研究領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注方向。

為了有效避免公司經(jīng)營(yíng)發(fā)展過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，應(yīng)該建立完善公司內(nèi)部的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警體系。對(duì)于財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警指標(biāo)的選擇，可以綜合選擇資產(chǎn)負(fù)債率、總資產(chǎn)報(bào)酬率、收入利潤(rùn)率、支出利潤(rùn)率、資本保值增值率、利潤(rùn)增長(zhǎng)率、經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)率等相應(yīng)的財(cái)務(wù)預(yù)警分析指標(biāo)，通過(guò)對(duì)一系列財(cái)務(wù)指標(biāo)的跟蹤監(jiān)測(cè)，綜合運(yùn)用資產(chǎn)狀況分析法、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查分析法以及環(huán)境分析法等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而有針對(duì)性地制定財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警防范措施，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)減輕以及風(fēng)險(xiǎn)接受等風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，最大程度的防范各類(lèi)財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題的發(fā)生。

目前已有許多基于比色法的μPADs能夠?qū)Νh(huán)境中的重金屬離子進(jìn)行檢測(cè)分析。銅(Cu)作為日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中常用的重金屬,進(jìn)入環(huán)境的方式多種多樣。過(guò)量攝入Cu會(huì)對(duì)人體造成傷害,尤其會(huì)引起心臟和腎臟疾病[86],目前采用比色法的紙芯片[87,88]可以檢測(cè)到mg/L的Cu2+。鉛(Pb)在環(huán)境中不可降解,相較于對(duì)成人的危害,兒童受到的傷害更大,會(huì)導(dǎo)致兒童生長(zhǎng)發(fā)育緩慢[89],近期有研究[90]采用比色法對(duì)Pb進(jìn)行檢測(cè),可以檢測(cè)到mg/L的Pb2+。汞(Hg)是劇毒有害金屬,長(zhǎng)期接觸會(huì)對(duì)人類(lèi)造成運(yùn)動(dòng)障礙,罹患冠心病的概率上升[91],現(xiàn)有采用雙層紙芯片結(jié)合未修飾的銀納米顆粒對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)[92],也有利用金納米顆粒結(jié)合表面等離子體激元耦合的比色法,其檢測(cè)靈敏度為50 nmol/L[93]。鉻(Cr)也是一種工業(yè)生產(chǎn)中使用范圍較為廣泛的重金屬材料,常見(jiàn)于金屬表面處理、印染等行業(yè)中,可在水環(huán)境中長(zhǎng)期存在并積累[94]。Cr在環(huán)境中的穩(wěn)定態(tài)有Cr3+和Cr6+兩種,目前也有基于比色法的紙芯片對(duì)河水[95]中的Cr6+進(jìn)行檢測(cè)。

除了最常采用的比色法,還可采用電化學(xué)方法,對(duì)上述重金屬離子進(jìn)行檢測(cè),能夠檢測(cè)到μg/L的重金屬離子檢出限的數(shù)量級(jí)可達(dá)[96,97]。目前本課題組[98,99]將熒光法的優(yōu)勢(shì)(靈敏度高、檢出限低)與印跡技術(shù)的特長(zhǎng)(選擇性?xún)?yōu)異)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了待測(cè)物的特異性檢測(cè)。采用僅靠重力和毛細(xì)管力驅(qū)動(dòng)的化學(xué)發(fā)光法[100],對(duì)金屬離子進(jìn)行檢測(cè),能夠檢測(cè)到mg/L的金屬離子,而且成本更低,操作簡(jiǎn)單。

在紙芯片上對(duì)多種重金屬進(jìn)行平行檢測(cè)也是紙芯片領(lǐng)域的重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。平行檢測(cè)在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)降低了成本,分析效率也得到了顯著提升。Mentele等[101]設(shè)計(jì)出一種包含4個(gè)檢測(cè)區(qū)域的紙芯片,可以同時(shí)測(cè)量燃燒灰分中Fe、Cu和Ni 3種金屬元素。Devadhasan等[102]提出一種利用3種生色試劑(茚三酮、石蕊和2-硝基苯甲酸試劑)能夠同時(shí)檢測(cè)Ni2+、Cr6+和Hg2+的紙質(zhì)傳感器,這種紙質(zhì)傳感器能夠同時(shí)檢測(cè)mg/L的Ni2+、Cr6+和 Hg2+，檢測(cè)效率得到了明顯提高。這表明平行檢測(cè)的潛力十分巨大,值得進(jìn)一步深入探索。

圖 2 測(cè)定重金屬離子的紙芯片F(xiàn)ig. 2 Microfluidic paper-based chips for measuring heavy metal ionsDetermination of (a) several metal ions[96], (b) Cu2+and Hg2+[98], (c) Fe, Cu and Ni[101].

由于重金屬離子種類(lèi)繁多、價(jià)態(tài)多樣,針對(duì)重金屬離子檢測(cè)的紙芯片種類(lèi)也相應(yīng)很多。圖2展示了部分用于重金屬離子檢測(cè)的紙芯片。而且使用紙芯片檢測(cè)樣品中的重金屬離子在靈敏度、選擇性、檢出限及線(xiàn)性范圍等方面都展現(xiàn)出了良好的效果。同時(shí),在研究開(kāi)發(fā)能夠?qū)Χ喾N金屬離子進(jìn)行平行檢測(cè)的紙芯片這一領(lǐng)域中,仍有極大的發(fā)展空間。以上這些例子均表明紙芯片在重金屬離子檢測(cè)領(lǐng)域具有很大的潛力,有進(jìn)一步開(kāi)發(fā)探索的價(jià)值。

3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽檢測(cè)

大量無(wú)機(jī)鹽尤其是硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽等通過(guò)工業(yè)生產(chǎn)、畜牧養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)灌溉進(jìn)入到環(huán)境當(dāng)中。含有氮磷化合物的廢水進(jìn)入水體,會(huì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化,形成水華[103];氮磷肥料的相關(guān)工業(yè)的揚(yáng)塵排放、運(yùn)輸可能會(huì)對(duì)周?chē)h(huán)境,尤其是土壤,造成環(huán)境污染,沉積的污染物則會(huì)對(duì)植物和地下水造成破壞[104]。

檢測(cè)氨的紙芯片大多采用基于比色的氣體擴(kuò)散方法[105,106]。基于比色的檢測(cè)裝置包括兩部分:含有氫氧化鈉的圓形親水層和酸堿指示劑區(qū)。指示劑區(qū)由膜(聚四氟乙烯膠帶)或隔離物(沒(méi)有膜)所形成的氣體縫隙隔開(kāi)。在待測(cè)物到達(dá)氫氧化鈉層后,銨離子被轉(zhuǎn)化為氨氣,氨氣通過(guò)疏水膜或氣體縫隙進(jìn)入指示劑區(qū),導(dǎo)致比色劑發(fā)生變化。近期,還有課題組[107]發(fā)明出一種新型雙層紙芯片用來(lái)測(cè)定淡水中的總氨,基本原理也是基于比色法的氣體擴(kuò)散。

亞硝酸鹽作為常見(jiàn)的食品添加劑,容易和食物中的胺類(lèi)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生致癌的亞硝胺化合物[108],對(duì)人體健康造成危害。目前針對(duì)亞硝酸鹽檢測(cè)的紙芯片大多基于Griess反應(yīng)(偶聯(lián)反應(yīng))[109,110],如圖3a所示。硝酸鹽和亞硝酸鹽也是重要的水質(zhì)參數(shù),設(shè)計(jì)研發(fā)能夠同時(shí)對(duì)亞硝酸鹽和硝酸鹽進(jìn)行測(cè)定的裝置也是研究的熱點(diǎn)。最新的一種基于比色法的紙芯片不僅能同時(shí)測(cè)定硝酸鹽、亞硝酸鹽,還能測(cè)定硼砂和水楊酸[111]。此方法無(wú)需外接儀器,檢測(cè)過(guò)程在相當(dāng)程度上被簡(jiǎn)化,檢測(cè)效率大幅度提高。

圖 3 用于檢測(cè)細(xì)菌、抗生素和多種污染物的紙芯片示例Fig. 3 Examples of microfluidic paper-based chips used to the detection of bacteria, antibiotics and multiple pollutants a. combination of smart phone and microfluidic paper-based chip to determine pH and nitrite[109]; b. surface-enhanced Raman scattering (SERS)-based microfluidic paper-based chip determination of thiram[120]; c. combination of smart phone and microfluidic paper-based chip to detect Salmonella[81].

環(huán)境中的磷酸鹽也是近年來(lái)的重點(diǎn)研究對(duì)象。磷酸鹽不僅會(huì)造成水華,還會(huì)對(duì)人體腎臟造成危害[112],因此對(duì)磷酸鹽進(jìn)行快速靈敏的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定顯得尤為重要。目前已有超靈敏檢測(cè)海水中磷酸鹽的比色法紙芯片[113],也有基于熒光法與智能手機(jī)集成的微流控紙芯片檢測(cè)環(huán)境中的磷酸鹽[114]。針對(duì)土壤中的磷酸鹽,目前也有一種新型低成本微流控紙質(zhì)分析儀[115]可以對(duì)其進(jìn)行檢測(cè),在此分析設(shè)備上最多可進(jìn)行15次活性磷酸鹽的重復(fù)測(cè)定,大大降低了檢測(cè)成本,設(shè)備利用率得到顯著提高。

3.3 農(nóng)藥檢測(cè)

農(nóng)藥在保護(hù)植物和農(nóng)作物不受病蟲(chóng)侵害[116]的同時(shí),其濫用也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染,河流、土壤、空氣甚至日常的食物中都能找到農(nóng)藥的蹤跡。液相色譜[117,118]、液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)[119]等方法是測(cè)定農(nóng)藥的常用技術(shù),但這些方法大都需要借助儀器,成本高,操作難度大,測(cè)試時(shí)間長(zhǎng),不適于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。紙芯片是一種行之有效的解決方案,無(wú)需借助大型儀器,能夠進(jìn)行快速現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,更重要的是對(duì)測(cè)試人員的要求不高,生產(chǎn)成本也更低,對(duì)經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)農(nóng)藥污染的監(jiān)測(cè)與治理意義重大。目前已開(kāi)發(fā)出多種測(cè)定環(huán)境中農(nóng)藥的紙芯片,如Zhu等[120]將SERS結(jié)合微流控紙芯片對(duì)福美雙(thiram)進(jìn)行高靈敏度檢測(cè)(見(jiàn)圖3b);Hossain等[121]則開(kāi)發(fā)出監(jiān)測(cè)環(huán)境中有機(jī)磷酸酯農(nóng)藥的紙芯片。相信隨著更加深入的研究,紙芯片將能夠?qū)Ω喾N類(lèi)的農(nóng)藥進(jìn)行分析測(cè)定,為農(nóng)藥污染治理提供更有力的工具。

農(nóng)藥為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)便利的同時(shí),也為生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。農(nóng)藥污染會(huì)直接危害到人類(lèi)的身體健康,需要對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)期的常規(guī)檢測(cè),而傳統(tǒng)的檢測(cè)方法超高效液相色譜、液相色譜-質(zhì)譜、酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)等無(wú)法對(duì)農(nóng)藥進(jìn)行簡(jiǎn)單靈活、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)的檢測(cè)。但紙芯片卻能夠擺脫傳統(tǒng)方法對(duì)大型儀器的依賴(lài),能夠進(jìn)行成本低廉的即時(shí)檢測(cè)和多次檢測(cè),同時(shí)紙芯片的檢測(cè)結(jié)果也表現(xiàn)出了良好的靈敏度、重復(fù)性與穩(wěn)定性,為農(nóng)藥污染的監(jiān)測(cè)方法帶來(lái)了潛在可能和新的發(fā)展方向。

3.4 微生物檢測(cè)

微生物廣泛分布在生態(tài)環(huán)境中,對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和生物健康都有著重大意義,因此開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)單方便、價(jià)格低廉的微生物檢測(cè)方法向來(lái)是環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的重要研究方向。傳統(tǒng)檢測(cè)方法是在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)樣品進(jìn)行培養(yǎng)分析或通過(guò)聚合酶鏈反應(yīng)、酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定等方法進(jìn)行分子分析。這些方法測(cè)試時(shí)間長(zhǎng),操作條件復(fù)雜,對(duì)操作人員要求高。與之相比,紙芯片成本低,操作簡(jiǎn)單,能很好地完成常規(guī)測(cè)試。

目前應(yīng)用μPADs進(jìn)行檢測(cè)的細(xì)菌主要有大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和單核細(xì)胞增生性李斯特菌,可以檢測(cè)沙門(mén)氏菌的紙芯片如圖3c所示[81]。致病性大腸桿菌可通過(guò)飲水、食物等途徑引起腹瀉等多種疾病,嚴(yán)重者會(huì)有生命危險(xiǎn),現(xiàn)已開(kāi)發(fā)出多種μPADs檢測(cè)大腸桿菌的方法[122-124];沙門(mén)氏菌與許多食源性疾病有關(guān),可引起多種腸胃疾病,目前已有基于比色法的紙芯片[125]和集成智能手機(jī)和紙芯片的分析裝置等對(duì)其進(jìn)行檢測(cè);單核細(xì)胞增生性李斯特菌也是一種常見(jiàn)的病原體,它引起的李斯特菌病雖然流行程度不高,但相比之下死亡率卻很高(20%～30%)[126],現(xiàn)有一種RNA標(biāo)記測(cè)定方法是在基于金納米顆粒的紙質(zhì)平臺(tái)上進(jìn)行的,整個(gè)分析過(guò)程可在幾小時(shí)內(nèi)完成[127]。還有一種對(duì)農(nóng)業(yè)用水中大腸桿菌、沙門(mén)氏菌和單核增生李斯特菌濃縮、富集和檢測(cè)集于一體的基于比色法的μPAD[128]。

微生物本身是自然界的一部分,但如果數(shù)量失去控制或者出現(xiàn)在本不應(yīng)出現(xiàn)的環(huán)境中,同樣會(huì)導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題。與農(nóng)藥污染的傳統(tǒng)檢測(cè)方法類(lèi)似,對(duì)于微生物的檢測(cè)方法以往也是在實(shí)驗(yàn)儀器的桎梏之中,采用電化學(xué)法、光學(xué)方法完成核酸檢測(cè)特定基因目標(biāo),這些方法都需要特定的設(shè)備和培訓(xùn)。簡(jiǎn)單高效的紙芯片則無(wú)需培訓(xùn)易于上手,體積微小具有運(yùn)輸上的便利性,更易于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)化檢測(cè),這對(duì)檢測(cè)不同地區(qū)、不同環(huán)境中的微生物具有積極意義。目前紙芯片檢測(cè)微生物的水平與傳統(tǒng)方法相比尚有一定距離,但其為環(huán)境微生物的檢測(cè)提供了一種新的思路,可以在此基礎(chǔ)之上繼續(xù)優(yōu)化,以在未來(lái)的應(yīng)用中發(fā)揮更大的作用。

3.5 新興污染物抗生素的檢測(cè)

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,環(huán)境中污染物的種類(lèi)與數(shù)量也在與日俱增。這其中,就包括在醫(yī)療領(lǐng)域廣為使用的抗生素?？股刈员话l(fā)現(xiàn)和使用后,在醫(yī)學(xué)方面為人類(lèi)帶來(lái)巨大福祉的同時(shí),其濫用對(duì)環(huán)境造成的污染也一直是環(huán)境研究中的重點(diǎn)問(wèn)題?？股赝ǔＴ谛竽翗I(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)中[129],作為促進(jìn)生長(zhǎng)或用來(lái)預(yù)防細(xì)菌感染[130]的藥劑添加在動(dòng)物的飼料和飲水中。這種使用方式極大地促進(jìn)了細(xì)菌耐藥性的增長(zhǎng),而且過(guò)度使用,會(huì)造成基因污染,很有可能催生出“超級(jí)細(xì)菌”。因此,對(duì)環(huán)境中的抗生素進(jìn)行檢測(cè)意義重大。傳統(tǒng)方法通常采用LC-MS/MS[131]對(duì)抗生素進(jìn)行檢測(cè),此方法需借助大型儀器,對(duì)測(cè)試人員的操作要求高,需要大量樣品進(jìn)行凈化、濃縮[132]。近期,Nilghaz等[133]研究出一種基于微流控紙芯片的比色法檢測(cè)豬肉中土霉素和諾氟沙星殘留物,克服了傳統(tǒng)方法的固有短板,為抗生素的檢測(cè)方法提供了新思路。

能夠?qū)Χ喾N污染物同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的微流控紙芯片向來(lái)是紙芯片研究領(lǐng)域的重點(diǎn)方向。近期,Xing等[134]就制作出一種紙芯片可以同時(shí)檢測(cè)飲用水中5種化學(xué)物質(zhì),利用基于抗體-抗原反應(yīng)的多組分側(cè)向流動(dòng)檢測(cè)技術(shù)同時(shí)檢測(cè)鉛、微囊藻毒素,氯霉素,睪丸激素和百菌清,整個(gè)檢測(cè)過(guò)程僅需20 min即可完成,高效便捷。

關(guān)于抗生素這類(lèi)新興污染物的檢測(cè)方法,發(fā)展初期大部分還是采用大型儀器聯(lián)用,實(shí)現(xiàn)了高精度檢測(cè)的同時(shí)也帶來(lái)了高昂的成本,這其中既有儀器的費(fèi)用也包括不菲的人工成本。運(yùn)用紙芯片對(duì)抗生素檢測(cè),則無(wú)需考慮上述問(wèn)題。

3.6 其他污染物檢測(cè)

許多炸藥的成分如2,4,6-三硝基甲苯(TNT)都具有高毒性,而且可在環(huán)境中長(zhǎng)期存在,不合理的處置方式會(huì)使炸藥對(duì)空氣、土壤、水體產(chǎn)生污染[135-137],對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。目前用于炸藥檢測(cè)的方法有很多,如熒光法[138]、LC-MS[139]、CE-MS[140]等。這些方法在具有高靈敏度和特異選擇性等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也存在成本高、操作難度大、便攜性差等缺陷,使得其在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法完全發(fā)揮作用。而紙芯片的高度便攜性可以對(duì)爆炸前后進(jìn)行即時(shí)檢測(cè),快速得到結(jié)果,不僅對(duì)環(huán)境檢測(cè)具有重要作用,對(duì)機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站等場(chǎng)所的公共安全也具有重要意義。目前已開(kāi)發(fā)出多種基于化學(xué)發(fā)光法[141]、SERS法、[142]、熒光法[143,144]、比色法[145]的微流控紙芯片,用以檢測(cè)環(huán)境中污染物,圖4a就展示了一種檢測(cè)爆炸物的紙芯片。Pesenti等[146]設(shè)計(jì)出的基于比色法的紙芯片,可同時(shí)檢測(cè)3種三硝基芳族炸藥TNT、三硝基苯(TNB)和三硝基苯甲硝胺(Tetryl)。

圖 4 用于檢測(cè)炸藥、藻毒素和鹵化物的紙芯片示例Fig. 4 Examples of microfluidic paper-based chips used to detect explosives, algal toxins and halides a. portable explosive detector based on fluorescence method[143]; b. immunoassay for determination of microcystin-LR[151]; c. microfluidic paper-based analytical devices (μPAD) for halide determination[152].

藻毒素是藍(lán)藻在淡水生態(tài)系統(tǒng)中產(chǎn)生的高毒性次生代謝產(chǎn)物[147],藻毒素中毒性最高的是微囊藻毒素-LR(MC-LR)[148],會(huì)造成嚴(yán)重的水質(zhì)污染,對(duì)生物體造成危害[149]。檢測(cè)水中MC-LR的方法很多,但要找出一種既簡(jiǎn)單方便又快速廉價(jià)的檢測(cè)手段仍是一項(xiàng)重要課題。Ge等[150]利用金紙工作電極(Au-PWE)專(zhuān)門(mén)對(duì)水中的MC-LR進(jìn)行電化學(xué)免疫測(cè)定;Wang等[151]開(kāi)發(fā)出一種采用三電極的基于碳納米管的紙芯片測(cè)定MC-LR,如圖4b所示,其檢測(cè)效果可與酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定相媲美。

還有一些污染物,比如碘[152]、溴[153]、氯[154]等鹵族元素，以及溴化物[153]和其他鹵化物[152]，目前也開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的紙質(zhì)傳感器,能夠?qū)ι鲜鑫镔|(zhì)進(jìn)行即時(shí)、高靈敏度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定(見(jiàn)圖4c)。相對(duì)于以往采用的檢測(cè)方法,優(yōu)勢(shì)明顯,是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的測(cè)定工具。

微流控紙芯片良好的兼容性使得其能夠?qū)Νh(huán)境中的多種污染物進(jìn)行檢測(cè),這在相當(dāng)大的程度上擴(kuò)展了紙芯片在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用范圍。而且紙芯片與其他技術(shù)聯(lián)用,表現(xiàn)出更加優(yōu)異的性能,表明了紙芯片具有巨大的創(chuàng)新性與發(fā)展?jié)摿?。同時(shí),適當(dāng)?shù)臉悠奉A(yù)處理方式也會(huì)對(duì)紙芯片檢測(cè)環(huán)境樣品的過(guò)程產(chǎn)生積極作用。環(huán)境中的污染物會(huì)以多種形式存在,這就造成了測(cè)試樣品的繁雜種類(lèi),不同形態(tài)的樣品都有可能出現(xiàn)在測(cè)試過(guò)程中,針對(duì)不同樣品進(jìn)行不同的預(yù)處理會(huì)使檢測(cè)過(guò)程更加高效便捷。對(duì)于成分比較復(fù)雜的樣品,分離與提純是必要的預(yù)處理過(guò)程,可以在紙芯片外完成也可以在紙芯片上進(jìn)行。紙芯片自身的材質(zhì)使得其具有一定過(guò)濾作用,可以設(shè)計(jì)通道使樣品在通往測(cè)試區(qū)域時(shí)就已完成過(guò)濾,也可以在紙芯片上利用紙張纖維素的毛細(xì)作用設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)區(qū)域進(jìn)行分離提純區(qū)域,減少預(yù)處理時(shí)間。檢測(cè)濃度極低的樣品則可以在紙芯片上開(kāi)發(fā)出富集與濃縮區(qū)域,以提高檢測(cè)的靈敏度。若進(jìn)一步將這些預(yù)處理區(qū)域與測(cè)試區(qū)域集成,則測(cè)試所需時(shí)間相應(yīng)縮短,整體的檢測(cè)效率隨之提升。相信隨著制作方法與分析技術(shù)的提高，以及預(yù)處理方法的合理選擇,紙芯片的設(shè)計(jì)將得到不斷優(yōu)化與發(fā)展,呈現(xiàn)出更加卓越的效果和更加強(qiáng)大的功能。

4 結(jié)論與展望

雖然微流控紙芯片最早是為生物醫(yī)學(xué)檢測(cè)領(lǐng)域服務(wù),但其經(jīng)濟(jì)、高效、耗樣量少、對(duì)環(huán)境友好、易制造和操作、能迅速進(jìn)行檢測(cè)等多種優(yōu)勢(shì)使得在環(huán)境檢測(cè)分析中的應(yīng)用也日漸廣泛。同時(shí)它作為多學(xué)科交叉的新興技術(shù),可以和許多現(xiàn)代技術(shù)如生物工程、納米材料、數(shù)碼科技等相結(jié)合,制作方法和流程也在與時(shí)俱進(jìn)。而且與其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)取得的成就相比,紙芯片在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面仍有廣闊的發(fā)展空間。

因此,紙芯片的制造和分析技術(shù)仍需要改進(jìn)，去迎接未來(lái)發(fā)展的挑戰(zhàn),如機(jī)械強(qiáng)度不高易變形破碎,流體的操控程度不夠高,多種樣品平行檢測(cè)技術(shù)仍不夠成熟等,這些缺陷的克服都需要進(jìn)一步提高測(cè)試靈敏度和現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)試的能力，從而增加微流控紙芯片的實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值，使其能夠在未來(lái)污染物檢測(cè)分析領(lǐng)域中擔(dān)任更加重要的角色。對(duì)微流控紙芯片的改進(jìn)具體可從以下幾方面進(jìn)行:增加紙芯片的機(jī)械強(qiáng)度,使其更加堅(jiān)韌不易變形;繼續(xù)減少樣品和試劑的消耗量,將檢測(cè)成本降到更低;開(kāi)發(fā)更多的檢測(cè)分析方法與紙芯片相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)多重分析;加強(qiáng)對(duì)流體的操控,使流體更加有序可控;降低多重分析中不同流體之間的相互干擾;擴(kuò)大檢測(cè)種類(lèi)和范圍;對(duì)紙芯片結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,實(shí)現(xiàn)多技術(shù)多分析物檢測(cè);針對(duì)不同類(lèi)型的樣品選擇適當(dāng)?shù)念A(yù)處理方法,設(shè)計(jì)不同的預(yù)處理區(qū)域,使檢測(cè)過(guò)程更加高效便捷;開(kāi)發(fā)更廉價(jià)的生產(chǎn)方法,實(shí)現(xiàn)紙芯片的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用等。相信隨著微流控相關(guān)研究與技術(shù)的發(fā)展,微流控紙芯片將會(huì)在未來(lái)環(huán)境污染物的檢測(cè)分析中起到更大作用。