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的分析檢測方法，它們往往不需要非常昂貴的自動化儀器，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，并且操作簡單。μPADs制作的基本原理是在纖

2、維素表面通過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單，所以μPADs被認(rèn)為是分析方法史上最廉價(jià)的檢測方法之一，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發(fā)提供了一個(gè)很好的平臺。盡管μPADs現(xiàn)在在很多領(lǐng)域都有嶄新的應(yīng)用，但是作為一門新興的技術(shù)手段它的發(fā)展還尚在初級階段，有一些問題還亟待解決，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，或者通過什么手段

3、才能把待測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)打印過程只需要幾秒鐘時(shí)間，并且打印之后只需要對紙張進(jìn)行一些簡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、開發(fā)了一種可以定量檢測蛋白酶的熒光試紙。在實(shí)驗(yàn)過程中我們依次解決了熒光試紙的制作和在檢測蛋白酶的應(yīng)用中所遇到的幾個(gè)問題。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)開發(fā)的方法還可以替換底物多肽來檢測不同種類的蛋白酶，所以我們開發(fā)了一種便攜式，通用的適合現(xiàn)場實(shí)時(shí)檢測蛋白酶的方法。
　　3.我們開發(fā)了一種在紙上利用比色法檢測尿樣中葡萄糖和蛋白的方法。在葡萄糖的檢測中我們利用葡萄糖氧化酶(GOX)會催化葡萄糖生成葡萄糖酸和雙氧水，雙氧水在辣根過氧化物酶（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葡萄糖。在檢測蛋白的過程中，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別的原理在紙上完成比色檢測。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應(yīng)檢測物濃度的線性響應(yīng)，最后我們利用添加回收實(shí)驗(yàn)測試了這種基于紙張的比色反應(yīng)對于尿樣中葡萄糖和蛋