高通量三維微流控紙芯片的制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微流控紙芯片的制備方法及應(yīng)用，具體講是一種用于制備高通量三維微流控紙芯片的方法及微流控紙芯片的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片作為一種新興的分析技術(shù)平臺，不僅試劑消耗量少，而且分析效率高。傳統(tǒng)的微流控芯片以硅、石英、玻璃以及高分子聚合物等為基材，不僅制備過程復(fù)雜，成本高，而且對工藝環(huán)境要求嚴(yán)格，因此推廣和應(yīng)用受到了限制。
[0003]自從2007年Whitesides小組首次提出微流控紙芯片(microfIuidicpaper-based analytical devices, μ PAD)的概念后，微流控紙芯片分析技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。與傳統(tǒng)的微流控芯片相比，微流控紙芯片借助纖維素濾紙的毛細(xì)驅(qū)動力引導(dǎo)液體流動，因此無需外加流體驅(qū)動裝置。此外微流控紙芯片還具有成本低、操作性強(qiáng)、生物兼容性好、后續(xù)處理簡單等特點(diǎn)，可作為小型化、便攜式的現(xiàn)場快速檢測(Point-of-care test,P0CT)器件。在醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測、食品衛(wèi)生等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，微流控紙芯片的制備方法主要有:紫外光刻、等離子體處理、蠟印、噴墨打印以及激光切割等。
[0005]其中紫外光刻、等離子體處理方法都需要用到掩模板。2007年Whitesides小組將SU-8光刻膠涂在濾紙上，并在掩模的保護(hù)下進(jìn)行紫外光刻，制得微流控紙芯片(A.W.Martinez, S.T.Phillips, M.J.Butte, G.M.Whitesides, Angew.Chem.1nt.Ed.,46 (2007) 1318-1320)。2008年Shen等利用AKD處理親水性濾紙，提出了等離子體技術(shù)制作微流控紙芯片的方法(X.Li, J.F.Tian, T.Nguyen, ff.Shen, Anal.Chem., 80(2008) 9131-9134) ο 2013年He等報(bào)道了一種利用紫外降解硅烷化濾紙的方法制作微流控紙芯片(Q.H.He, C.C.Ma, X.Q.Hu and H.ff.Chen, Ana.Chem.，85 (2013)1327-1331)。
[0006]另外一些方法在制備過程中無需掩模板。如:Whitesides小組(E.Carrilho, A.ff.Martinez, G.M.Whitesides, Anal.Chem., 81 (2009) 7091-7095)和 Lin 小組(Υ.Lu, ff.ff.Shi, J.H.Qin, B.C.Lin, Anal.Chem.，82 (2010) 3329-335)相繼用蠟印技術(shù)制得微流控紙芯片。
[0007]2010年Shen等改進(jìn)了等離子體處理技術(shù)，用噴墨打印機(jī)在濾紙局部區(qū)域直接打印AKD溶液的方法制作微流控紙芯片，并用于水樣中煙硝酸根離子的定量檢測(X.Li, J.Tian, ff.Shen.Cellulose, 17 (2010) 649-659)。
[0008]2013年Nie等報(bào)道了一種用C02激光切割機(jī)激光刻蝕濾紙的方法加工微流控紙芯片(J.Nie, Y.Liang, Y.Zhang, S.Le, etc.Analyst, 138 (2013) 671-676)。
[0009]Zhu等用剪紙的方法制得樹形和Y形微流控紙芯片，用于檢測血清中葡萄糖的濃度(I J.Zhu, D.Q.Feng, M.Chen, Z.D.Chen, R.Zhu, H.L.Fang, ff.Wang,Sensors and Actuators B, 190 (2014) 414-418)。
[0010]Kong等人把普通濾紙剪成試紙條，直接浸泡到季銨鹽和二苯卡巴肼的丙酮溶液中，干燥后用于水中六價(jià)絡(luò)濃度的測量(F.Kong, Y.Ni, B1Resources, 4 (2009)1088-1097)ο
[0011]隨著微流控紙芯片制備技術(shù)的不斷發(fā)展與革新，以及人們對高通量檢測的追求，紙芯片也逐漸從二維向三維發(fā)展。早在2008年Whitesides小組就把用光刻膠方法制得的兩塊二維微流控紙芯片用雙面膠貼合到一起，封裝得到三維微流控紙芯(A.ff.Martinez,S.T.Phillips, G.M.Whitesides, Proceedings of the Nat1nal Academy ofSciences, 105 (2008) 19606-19611)。隨后在2010年，他們又用類似的方法，實(shí)現(xiàn)了可編輯三維微流控紙芯片診斷裝置的制備(A.ff.Martinez, S.T.Phillips, Z.Nie, C.M.Cheng, Ε.Carrilho, B.J.Wiley, G.M.Whitesides, Lab on a Chip, 10 (2010)2499-2504)。
[0012]2011年Liu等用一張經(jīng)過光刻處理的濾紙通過手工折紙的方法制得三維微流控紙芯片(H.Liu, R.M.Crooks, Journal of the American Chemical Society, 133(2011) 17564-17566)。
[0013]2012年P(guān)hillips等人把多層打印蠟的濾紙用噴膠粘到一起，實(shí)現(xiàn)了三維濾紙的制備(G.G.Lewis, M.J.DiTucci, M.S.Baker, S.T.Phillips, Lab on a Chip,12 (2012) 2630-2633)。
[0014]2014年Wang等人用雙面膠把多層打印蠟的濾紙粘到一起，制得三維微流控紙芯片，并利用該紙芯片實(shí)現(xiàn)了 Cu(II)、Ni (II)、Cd(II)、Cr(VI)的同時(shí)檢測(H.Wang, Y.J.Li, J.F.Wei, J.R.Xu, Y.H.Wang, G.X.Zheng, Anal.B1anal.Chem., 406(2014) 2799 - 2807)。
[0015]現(xiàn)有公開號為:CN 104677896A公開了“一種用于比色分析的紙基微流控芯片的制備及應(yīng)用”，是一種包括一層疏水基底和一層親水通道的二維微流控紙芯片，疏水基底是用十八烷基三氯硅烷和甲基三氯硅烷的正己烷混合液處理濾紙得到的，親水通道也是用濾紙剪切得到。并用該紙芯片結(jié)合比色分析法實(shí)現(xiàn)了快速定量檢測。
[0016]現(xiàn)有公開號為:CN 103394384 A公開了“微流控紙芯片及其制備方法”，是一種包括紙基芯片和紙基底片的微流控紙芯片，紙基底片粘接在紙基芯片的底部，然后通過加熱或紫外光照射進(jìn)行交聯(lián)固化處理。此外，申請人還公開了一種三維微流控紙芯片，由二維微流控紙芯片經(jīng)拉伸或折疊形成。
[0017]公開號為:CN 104492510 A公開了 “一種二維微流控紙芯片及其制作方法”，用手工剪裁親水通道并利用防水雙面膠將親水性紙通道與疏水基底(玻璃、疏水塑料或蠟光紙)連接。
[0018]Nie等在2013年提出的通過C02激光切割機(jī)激光刻蝕濾紙的方法(J.Nie, Y.Liang, Y.Zhang, S.Le, etc.Analyst 138 (2013) 671-676)以及 2014 年 Zhu 等人的剪紙法(I J.Zhu, D.Q.Feng, M.Chen, Z.D.Chen, R.Zhu, H.L.Fang, ff.Wang,Sensors and Actuators B，190 (2014) 414-418)雖然克服了制作成本高、周期長、操作工藝復(fù)雜等方面的困難，但是由于受維度限制，檢測通量有限。然而Whitesides小組用光刻膠方法制得的三維微流控紙芯片(A.ff.Martinez, S.T.Phillips, G.M.Whitesides,Proceedings of the Nat1nal Academy of Sciences, 105 (2008) 19606-19611)以及Liu等用光刻法處理濾紙，然后通過手工折紙的方法制得三維微流控紙芯片(H.Liu, R.M.Crooks, Journal of the American Chemical Society, 133 (2011) 17564-17566)，還有Phillips等人把多層打印蠟的濾紙用噴膠粘到一起，制備三維濾紙芯片(G.G.Lewis,M.J.DiTucci, M.S.Baker, S.T.Phillips, Lab on