在繪畫大師手里，一張紙?zhí)N涵著無窮斑斕世界；在手工匠人眼里，一張紙是妙手生花不可或缺的原材料。但如今，環(huán)境學者利用簡單的紙張構(gòu)建了用于快速診斷和藥物傳輸?shù)募埢?a title='微流控芯片' target='_blank' href='http://zuzumean.com/yiqi/' class='seolabel'>微流控芯片，紙被賦予了新的傳感使命。

近期，來自中國科學院地球化學研究所張華研究員和英國克蘭菲爾德大學 (Cranfield University) 楊竹根教授合作的“環(huán)境健康診斷與污染修復”國際交叉創(chuàng)新團隊在《Journal of Controlled Release》期刊2020年第322期上發(fā)表綜述文章[1]，對基于紙基微流控的快速診斷和藥物遞送研究領域進行了總結(jié)和展望。

紙張具有來源廣泛、易于運輸儲存、可操作性強、生物樣品相容性較好、過濾特性好、可降解等卓越性能，常被用作承載分析診斷測試的基底材料。自2007年起，紙基微流控技術逐漸成為研究的熱點。

在本綜述中，作者總結(jié)了近年來基于紙基微流控技術的研究進展，重點介紹了基于紙基微流控技術平臺的設計、制備、優(yōu)化和應用，特別是在醫(yī)學即時診斷和藥物遞送方面的應用。
新的進展集中在紙基芯片與核酸檢測，或等溫擴增技術相結(jié)合的現(xiàn)場快速的樣品應答檢測。其中，環(huán)介導等溫擴增(LAMP)是一種極為靈敏的核酸檢測方法，在含有超低濃度DNA或RNA的實際樣品檢測中被大力開發(fā)應用。本綜述文章前半部分詳細闡述了基于LAMP技術的快檢傳感設備在傳染病診斷、食源性致病菌分析、獸醫(yī)學診斷、植物診斷和環(huán)境公共衛(wèi)生評測等領域的發(fā)展與應用（圖1）。

圖1、紙基微流控芯片在快速診斷和藥物控釋中的應用

在可控藥物傳遞領域，微流控技術具有精確給藥、理想的靶向釋放、持續(xù)可控釋放、多次給藥和輕微副作用等特點。通過進一步對微流控裝置各項參數(shù)的集成、植入、定位、自動化和精確控制，使藥物能夠以設定的速率、良好的控制方式更有效地傳遞到靶部位。因此，這些特性使得可重復、按需和可調(diào)的藥物遞送成為可能。與其他常用材料（聚二甲基硅氧烷、玻璃、硅、熔融二氧化硅、水凝膠和聚四氟乙烯等）相比，紙基微流體用于藥物篩選和傳遞具有獨特的優(yōu)勢和巨大的應用潛力，尤其是在微觀儲層藥物無載體輸送系統(tǒng)、藥物無載體集成微流控輸送系統(tǒng)和藥物載體集成微流控輸送系統(tǒng)。
在本綜述文章后半部分中，討論了基于紙張的微流控技術在藥物傳遞系統(tǒng)中的最新進展，包括高通量篩選藥物、藥物載體和藥物傳遞系統(tǒng)的制備，但是目前該領域研究較少，鑒于紙基微流控芯片獨特的優(yōu)勢，未來可能是一個新的研究方向。
隨著微流體和納米技術的發(fā)展，微流控技術已逐步應用于藥物載體的制備、高通量篩選以及藥物的固定等方面。紙基微流控作為一種有潛力的受控藥物傳遞系統(tǒng)的候選技術，在明確臨床動力學以有效治療不同病理的患者，減少副作用，增加患者的便利性等方面仍有很多工作要做。未來，紙基微流控芯片在醫(yī)學診斷和藥物傳遞的發(fā)展將更趨向于集成度高和易于批量生產(chǎn)、靈敏度高和易于精確控制方面，并終將完成從實驗向臨床應用這一令人興奮的轉(zhuǎn)變。

【延伸閱讀】

一種不依賴于精密實驗分析儀器和能夠在復雜現(xiàn)場簡單操作的快檢設備，在發(fā)展中國家或資源匱乏偏遠地區(qū)是有著迫切需求的。基于這一重大需求，團隊近年來致力于低成本、便攜式現(xiàn)場快速診斷平臺的研發(fā)工作。通過利用紙基微流控裝置、環(huán)介導等溫擴增（LAMP）技術以及快速的可視化方法，在傳染病的快速診斷、食品安全分析、農(nóng)業(yè)和農(nóng)場物質(zhì)評測、環(huán)境公共衛(wèi)生評價等領域做出重大突破，受到相關領域?qū)W者廣泛關注。

研發(fā)的傳感設備被成功應用于印度農(nóng)場傳染病檢測，現(xiàn)場檢測了農(nóng)場奶牛傳染病所涉及的3種病原體（布魯氏桿菌病，鉤端螺旋體病和牛皰疹病毒）[2], 引起了多個國際媒體（如Phys. Org，My Science等）的報道；該折疊紙設備經(jīng)過進一步改進被用于非洲烏干達的當?shù)匦W現(xiàn)場檢測傳染病（瘧疾病）的發(fā)病情況，成果發(fā)表于國際著名雜志美國科學院院刊[3]。這表明了紙折疊技術在資源有限地區(qū)實現(xiàn)病原微生物核酸現(xiàn)場檢測的巨大潛力。

此外，該國際合作團隊最近提出了利用社區(qū)污水傳感器來評價公共衛(wèi)生的概念，并開發(fā)了一種基于LAMP的試紙條檢測裝置，用于社區(qū)污水基因標志物的檢測[4]。廢水中包含有一個地區(qū)的生活方式和健康風險的有效信息。在該研究中，成功的將核酸提取與富集功能集成到一個廉價的基于試紙條檢測的裝置中，從而使采樣應答技術成為了可能。

通過檢測疾病相關的生物標記物，然后獲取實時數(shù)據(jù)，在公共衛(wèi)生廢水生物標志物和病原體的現(xiàn)場分析中發(fā)揮重要作用。這為利用廢水流行病學的檢測來評估社區(qū)健康提供了可能。例如，針對目前正在全球范圍內(nèi)肆虐的新冠病毒疫情，該團隊還提出了利用基于污水流行病學的紙折疊分析技術來篩查潛在的新冠病毒患者這一創(chuàng)新性的重要觀點，這一技術克服了傳統(tǒng)檢測方法無法快速大規(guī)模篩查潛在新冠病毒患者，和在資源有限的地區(qū)無法通過PCR檢測確診等缺陷，對于我國及全球新冠病毒的及時診斷和預警具有非常重要的指導性意義[5]，相關成果被EurekAlert、ScienceDaily、Yahoo、BBC等全球50余個知名媒體報道。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.03.010

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