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微流控紙芯片的檢測技術包括那些
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.微流控芯片是微流控技術實現的平臺.通過分析儀器的集成化、微型化,可把實驗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,以微通道為網絡,將微泵、微閥、微電極、微反應器、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,通過各種微細加工技術,在濾紙上構建流體通道網絡及相關分析器件,建立"紙上微型實驗室"(lab-on-paper).μPADs將濾紙廉價易得、生物相容性好等特點與微流控芯片的傳統優勢相結合,一經提出就引起了廣泛的關注.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,具有巨大的應用潛力.
紙芯片的加工技術,除了光刻等傳統的微電子加工技術之外,還包括紙質的常規加工工藝,如印刷技術等.濾紙的加工方式豐富,與微流控芯片的技術需求相結合,形成了很多區別于傳統微流控芯片加工手段的獨特工藝.
紙芯片得以實現流體控制和分析檢測的前提,是在濾紙基底上形成親/疏水通道網絡.基片加工技術從疏水物質與濾紙的結合方式上,可分為物理吸附與化學結合;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;還可根據對濾紙本身的處理,分為裁切、疊加、雕刻、粘貼等技術.在紙芯片的加工過程中,經常需要對同一紙基進行不同的加工技術結合處理.尤其是三維紙芯片,在完成了表面疏水區域的圖案化之后,還需要將多片紙基質裁切、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包括比色法、化學發光法、熒光檢測、電化學發光法、電化學法、表面增強拉曼光譜等.比色分析法以分析物和底物之間的顯色反應為基礎,通過比較或測量有色產物的顏色變化或顏色強度來定性或定量檢測待測組分.化學發光法是依據反應過程中某一時刻的化學發光強度來定量的一種分析方法,當被測物接觸到檢測區時,產生明顯的發光效果.
熒光分析法是利用熒光物質經激發光照射所發出的熒光對其進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合.
電化學發光又稱電致化學發光,采用電化學發光法進行分析物檢測的微流控芯片,在檢測區需要構建電極體系,通常采用絲網印刷或電子束蒸發、光刻法等技術產生三電極體系,并負載化學發光試劑,通過施加一定電壓,待測物與發光試劑發生電化學發光反應,獲得發光信號后,可由信號強度得到待測物濃度.電化學法同樣是在紙基上構建三電極體系,使用伏安法等具體檢測方法檢測樣品中待測物的含量.
電化學檢測是以電極為傳感器,將待測組分的化學信號轉化為電信號來進行測定的方法,相較于光學檢測技術,該方法所受的背景干擾更小,靈敏度更高.表面增強拉曼散射(SERS)是指吸附在粗糙金屬表面或膠質金屬顆粒上樣品的拉曼信號放大現象.濾紙因其微米級的粗糙度和多孔纖維結構,在作為金屬納米粒子的負載基底時,表現出較大的優越性.
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