一種快速制作紙基微流控芯片的方法及其在生化傳感中的應(yīng)用.pdf

1、最近，基于紙張的微流體分析裝置(μPADs)在生命科學(xué)、環(huán)境分析和醫(yī)療健康等領(lǐng)域都引起了廣泛的關(guān)注。這些基于紙張的微流體分析器不同于以往我們常見(jiàn)的分析檢測(cè)方法，它們往往不需要非常昂貴的自動(dòng)化儀器，也不需要技術(shù)熟練地專業(yè)操作人員。大多的μPADs是用纖維素濾紙作為主要組成材料制作而成，因?yàn)闉V紙本身非常廉價(jià)又易得，這使得μPADs擁有很多吸引人的優(yōu)點(diǎn)，比如造價(jià)便宜，整個(gè)裝置可一次性使用又容易降解，并且操作簡(jiǎn)單。μPADs制作的基本原理是在纖

2、維素表面通過(guò)各種疏水材料制造親水的通道，這些制作方法通常也比較簡(jiǎn)單，所以μPADs被認(rèn)為是分析方法史上最廉價(jià)的檢測(cè)方法之一，紙張主要是由纖維素組成，纖維素作為一種天然多糖大分子可以和大多數(shù)生物樣品相容，所以μPADs為生化分析的新方法開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。盡管μPADs現(xiàn)在在很多領(lǐng)域都有嶄新的應(yīng)用，但是作為一門(mén)新興的技術(shù)手段它的發(fā)展還尚在初級(jí)階段，有一些問(wèn)題還亟待解決，比如如何實(shí)現(xiàn)大批量的制造高精度的微流紙分析裝置，或者通過(guò)什么手段

3、才能把待測(cè)分子固定在紙張表面，還有如何將紙上的光學(xué)或電學(xué)信號(hào)用便攜式設(shè)備進(jìn)行定量分析而又不受環(huán)境影響等。
　　在本篇論文中，我們開(kāi)發(fā)了一種能夠快速制造μPADs的方法，又在此基礎(chǔ)上擴(kuò)展了一種熒光方法和一種比色方法在μPADs中的應(yīng)用。具體工作如下:
　　1.我們利用噴墨打印技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種快速制造高精度μPADs的方法。首先我們考察了幾種疏水材料對(duì)紙張疏水化的效果，然后我們選用了聚甲基氫硅氧烷(PMHS)這種高度疏水的材料作為

4、噴墨打印的墨水，然后用正丁醇調(diào)節(jié)墨水的粘度和表面張力，在兩者合適的比例下達(dá)到噴墨打印對(duì)于墨水的要求就可以用噴墨打印的方法噴出均勻的疏水性墨水。本實(shí)驗(yàn)利用噴墨打印這種精度較高的打印技術(shù)制作出來(lái)具有高精度親/疏水結(jié)構(gòu)的微流控紙基底，整個(gè)打印過(guò)程只需要幾秒鐘時(shí)間，并且打印之后只需要對(duì)紙張進(jìn)行一些簡(jiǎn)單溫和的處理方式就可以得到性能良好的疏水圖案，該方法非常適用于批量制作μPADs紙基底。
　　2.在本工作中我們利用量子點(diǎn)(QDs)的熒光性質(zhì)

5、開(kāi)發(fā)了一種可以定量檢測(cè)蛋白酶的熒光試紙。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們依次解決了熒光試紙的制作和在檢測(cè)蛋白酶的應(yīng)用中所遇到的幾個(gè)問(wèn)題。首先，我們探究了將量子點(diǎn)固定在紙上的方法，根據(jù)結(jié)果我們選擇了利用帶正電的硅球通過(guò)靜電作用力將QDs固定在紙上。其次，我們使用3D打印技術(shù)制造了一個(gè)蛋白酶孵育器，是蛋白酶在試紙上可以在濕潤(rùn)條件下進(jìn)行酶切反應(yīng)。最后，我們使用智能手機(jī)在統(tǒng)一的光線條件下拍攝熒光圖片，用imageJ軟件分析熒光強(qiáng)度，把這種熒光試紙的可視化圖片定

6、量分析，并且得到了很好的線性。除此之外，本實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的方法還可以替換底物多肽來(lái)檢測(cè)不同種類的蛋白酶，所以我們開(kāi)發(fā)了一種便攜式，通用的適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)蛋白酶的方法。
　　3.我們開(kāi)發(fā)了一種在紙上利用比色法檢測(cè)尿樣中葡萄糖和蛋白的方法。在葡萄糖的檢測(cè)中我們利用葡萄糖氧化酶(GOX)會(huì)催化葡萄糖生成葡萄糖酸和雙氧水，雙氧水在辣根過(guò)氧化物酶（HRP）的催化下和2，2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽(ABTS)反應(yīng)生成綠的AB

7、TS·+產(chǎn)物的原理，將GOX、HRP和ABTS加在紙上，然后在濾紙上用比色方法檢測(cè)葡萄糖。在檢測(cè)蛋白的過(guò)程中，我們利用四溴酚蘭在酸性條件下所呈現(xiàn)的離子態(tài)與蛋白質(zhì)結(jié)合后會(huì)從黃色變成藍(lán)色，這種快速的顏色響應(yīng)在紙上可以被肉眼識(shí)別的原理在紙上完成比色檢測(cè)。然后我們用智能手機(jī)把這兩種顯色反應(yīng)拍成照片，然后用imageJ軟件處理圖片中的顏色變化后得到了對(duì)應(yīng)檢測(cè)物濃度的線性響應(yīng)，最后我們利用添加回收實(shí)驗(yàn)測(cè)試了這種基于紙張的比色反應(yīng)對(duì)于尿樣中葡萄糖和蛋