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微流控紙芯片的檢測技術(shù)包括那些
2021-01-18
微流控(Microfluidics)是一種在微米尺度上操作、控制流體的技術(shù).微流控芯片是微流控技術(shù)實(shí)現(xiàn)的平臺.通過分析儀器的集成化、微型化,可把實(shí)驗(yàn)室中的分析儀器功能集成到幾個平方厘米大小的芯片上.傳統(tǒng)的微流控芯片主要以玻璃、 硅片、高聚物等材料作為基底,以微通道為網(wǎng)絡(luò),將微泵、微閥、微電極、微反應(yīng)器、檢測元件等功能器件像集成電路一樣集成在微芯片上.
紙基微流控芯片即"微流控紙分析器件"(microfluidic paper-based analytical devices, μPADs)的概念,通過各種微細(xì)加工技術(shù),在濾紙上構(gòu)建流體通道網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)分析器件,建立"紙上微型實(shí)驗(yàn)室"(lab-on-paper).μPADs將濾紙廉價易得、生物相容性好等特點(diǎn)與微流控芯片的傳統(tǒng)優(yōu)勢相結(jié)合,一經(jīng)提出就引起了廣泛的關(guān)注.紙基微流控芯片特別適于制作"用后即棄"的一次性分析傳感器,具有巨大的應(yīng)用潛力.
紙芯片的加工技術(shù),除了光刻等傳統(tǒng)的微電子加工技術(shù)之外,還包括紙質(zhì)的常規(guī)加工工藝,如印刷技術(shù)等.濾紙的加工方式豐富,與微流控芯片的技術(shù)需求相結(jié)合,形成了很多區(qū)別于傳統(tǒng)微流控芯片加工手段的獨(dú)特工藝.
紙芯片得以實(shí)現(xiàn)流體控制和分析檢測的前提,是在濾紙基底上形成親/疏水通道網(wǎng)絡(luò).基片加工技術(shù)從疏水物質(zhì)與濾紙的結(jié)合方式上,可分為物理吸附與化學(xué)結(jié)合;從疏水材料的分配和處理手段上,可分為光刻、等離子體處理、印刷、繪圖、激光刻蝕;還可根據(jù)對濾紙本身的處理,分為裁切、疊加、雕刻、粘貼等技術(shù).在紙芯片的加工過程中,經(jīng)常需要對同一紙基進(jìn)行不同的加工技術(shù)結(jié)合處理.尤其是三維紙芯片,在完成了表面疏水區(qū)域的圖案化之后,還需要將多片紙基質(zhì)裁切、疊加、打孔、粘貼,以形成三維尺度上的微流控通道.
微流控紙芯片的檢測技術(shù)包括比色法、化學(xué)發(fā)光法、熒光檢測、電化學(xué)發(fā)光法、電化學(xué)法、表面增強(qiáng)拉曼光譜等.比色分析法以分析物和底物之間的顯色反應(yīng)為基礎(chǔ),通過比較或測量有色產(chǎn)物的顏色變化或顏色強(qiáng)度來定性或定量檢測待測組分.化學(xué)發(fā)光法是依據(jù)反應(yīng)過程中某一時刻的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度來定量的一種分析方法,當(dāng)被測物接觸到檢測區(qū)時,產(chǎn)生明顯的發(fā)光效果.
熒光分析法是利用熒光物質(zhì)經(jīng)激發(fā)光照射所發(fā)出的熒光對其進(jìn)行定性或定量分析的方法,紙基中可能存在的增白劑對檢測會造成一定干擾,但熒光分析本身仍具有很高的適用性.紙基微流控芯片的熒光檢測通常與生物親和吸附作用結(jié)合.
電化學(xué)發(fā)光又稱電致化學(xué)發(fā)光,采用電化學(xué)發(fā)光法進(jìn)行分析物檢測的微流控芯片,在檢測區(qū)需要構(gòu)建電極體系,通常采用絲網(wǎng)印刷或電子束蒸發(fā)、光刻法等技術(shù)產(chǎn)生三電極體系,并負(fù)載化學(xué)發(fā)光試劑,通過施加一定電壓,待測物與發(fā)光試劑發(fā)生電化學(xué)發(fā)光反應(yīng),獲得發(fā)光信號后,可由信號強(qiáng)度得到待測物濃度.電化學(xué)法同樣是在紙基上構(gòu)建三電極體系,使用伏安法等具體檢測方法檢測樣品中待測物的含量.
電化學(xué)檢測是以電極為傳感器,將待測組分的化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號來進(jìn)行測定的方法,相較于光學(xué)檢測技術(shù),該方法所受的背景干擾更小,靈敏度更高.表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)是指吸附在粗糙金屬表面或膠質(zhì)金屬顆粒上樣品的拉曼信號放大現(xiàn)象.濾紙因其微米級的粗糙度和多孔纖維結(jié)構(gòu),在作為金屬納米粒子的負(fù)載基底時,表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性.
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