微流控纸芯片的特点与应用

帖千枫

成都市实验外国语学校

微流控纸芯片的特点与应用

帖千枫

成都市实验外国语学校

微流控纸芯片是二十一世纪初兴起的一种具有里程碑意义的微流控分析技术新平台，这一技术凭借其低廉的称号、简易的加工流程、便捷的使用过程与出色的可携带性等多种优点被全球各个领域专家学者所认可，本文将就微流控纸芯片的加工技术及其应用入手，浅析这一新技术的发展特点与方向。

微流控纸芯片 微加工 检测技术 应用

微流控芯片技术是近年来发展起来的新型技术，将纸张替代了传统的玻璃材料，在临床医学、食品学、环境学等特殊领域内得到了良好的应用，取得不俗成效，引起广大专家学者的关注兴趣。

1 微流控纸芯片加工技术特点

微流控纸芯片在近几年成为科学界备受关注的新型微流控芯片，发展速度极快。微流控纸芯片以纸张作为基底，突破性取代了硅胶、玻璃、高分子聚合物等高污染材料，通过新型微计算机加工技术，在纸张的基础上进行研发加工，开发出具有一定结构规律的亲水微细通道网络、疏水微细通道网络，及其相关技术配件，从而在纸上构建了一个“微型实验室”的模型。这一技术在2007年首次被提出，并在后续的实验分析中不断取得新进展。与传统加工技术相比，微流控纸芯片加工技术有如下特点：

1.1 加工成本低廉

与硅胶、玻璃、高分子聚合物相比，微流控纸芯片技术中的基底——纸张来源十分丰富，且其价格与硅胶、石英、高分子聚合物相比低廉数倍，大大降低了其研制加工成本。其次，微流控纸芯片技术可通过光电印刻、蜡油印刻、喷墨打印、电子绘图等手段完成二维纸芯片的制作，或通过折叠、叠加等形式通过一张或多张纸片完成三维纸芯片的制作，从而降低了纸芯片的制作难度，从而使其加工成本大大降低，与传统微流控新片相比，微流控纸芯片技术的成本优势不容小觑。

1.2 分析系统便携化

与硅、高分子聚合物等材料相比，用纸张作为微流控技术基底，可充分利用滤纸本身的毛细管优势作用，在图案化的疏水性处理后，成功引导溶液的有序流动，由此可摒弃多余的气动泵，缩小装置自身体量。同时，纸张本身质地十分轻薄，可折叠、便于携带，更易于保存与运输，微型化的分析系统有着强大的便携能力。

1.3 生物兼容性佳

由于滤纸主要由纤维素组成，蛋白质、酶、DNA等生物大分子均可以在其表面固定，生物兼容性强。

1.4 后续的处理简单

微流控纸芯片的后续处理简单，不会产生污染，纸具有可燃性，纸芯片在使用完毕后，只要利用简单的方式即可完成处理，不会影响环境。因此，微流控纸芯片是良好的一次性分析器件，在环境质量监控、食品安全检测、医学诊断等领域表现出良好的应用效果，特别是在贫困地区，这一技术有着较大的应用前景。

2 微流控纸芯片加工技术应用

目前，最常见的微流控纸芯片加工技术应用途径有紫光外刻、蜡印、等离子处理、喷墨打印、喷墨溶剂绘图、丝网印刷、激光处理、柔印、熔蜡等技术，通过在滤纸的指定区域以特殊微流控技术制造输水隔离区域，在滤纸上方形成具有亲疏水特性的通道网络，从而制成二维微流控纸芯片。由此，在这一基础上利用叠加或折叠滤纸的方法，达成三维微流控纸芯片技术。在微流控纸芯片加工技术应用领域，最常见的加工方式有以下几种。

2.1 紫外光刻技术

紫外光刻技术的核心是光敏试剂在物理吸附沉淀或化学键合等环境状态下的成功应用，并在掩膜的基础作用下，借助紫外光辐照的技术特点对特定区域进行辐照，通过对曝光区光敏试剂进行光聚合或光溶解操作，在滤纸上产生图案化的亲疏水通道网络。在紫外光刻技术应用中，最常见的负光胶是SU-8，将其均匀涂抹至滤纸上方后，紫外光刻技术可以将光胶发生交联聚合作用，在形成疏水区后形成通道网络，从而获得微流控纸芯片。这一加工方式的技术简单易行，操作成本低，加工所得图案的分辨率与清晰度较高，滤纸的柔韧性破坏程度小，应用广泛。

2.2 蜡印技术

蜡印技术又分为蜡笔手绘技术与蜡笔临摹打印技术，其实现方式是在滤纸的特定区域内将固体蜡进行图案化处理，通过约150℃的高温炉对滤纸进行高温处理，将蜡材料融化后渗透乳滤纸内部，从而形成疏水区域，由此获得微流控纸芯片。当这一技术达到一定技术标准时，可制作毫米级纸芯片，并计算出精准的蜡融化速率模型。这一加工技术速度快、成本低，多用于批量生产。

3 结束语

与已经投放市场的商品化试纸相比，微流控纸芯片有着卓越的优势，不仅可以实现单一分组定量分析，还可完成多组定量同时分析。同时，微流控纸芯片还可从科技研发领域专向日常适用领域，在农药残留检测、食品新鲜度测评、血糖检查等领域均可发挥其特点。笔者相信，随着科技研发与加工技术的不断革新，微流控纸芯片必将成为普及率高、应用范围广的试纸首选。

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