已經(jīng)有很多報(bào)道即時(shí)護(hù)理（POCT）診斷設(shè)備為醫(yī)療保健，特別是在疾病的診斷和檢測(cè)方面提供了很大的幫助，也已經(jīng)發(fā)現(xiàn)POCT設(shè)備具有許多優(yōu)點(diǎn)，諸如快速和精確的響應(yīng)，便攜性，低成本以及對(duì)非專用設(shè)備的需求。 POCT診斷研究的主要目標(biāo)是開發(fā)一種基于芯片的自包含小型化裝置，可用于檢查復(fù)雜樣品中的不同分析物。此外，微流控（MICROFLUIDICS）與先進(jìn)的生物傳感器技術(shù)的集成可能導(dǎo)至POCT診斷的改進(jìn)。本文介紹了不同材料（玻璃，硅，聚合物，紙張）的概述以及制造基于MICROFLUIDICS的POCT設(shè)備的技術(shù)以及其廣泛的生物傳感器應(yīng)用。除此之外，作者簡(jiǎn)要介紹了MICROFLUIDICS目前所面臨的挑戰(zhàn)以及可能的解決方案，這些解決方案可能導(dǎo)至可用的，可靠的和具有成本效益的技術(shù)。這些設(shè)備的開發(fā)需要將開發(fā)的MICROFLUIDICS元件組合到POCT設(shè)備中，這些設(shè)備是用戶友好的，靈敏的，穩(wěn)定的，準(zhǔn)確的，低成本和微創(chuàng)的。這些基于MICROFLUIDICS的POCT設(shè)備在提供改善的醫(yī)療保健方面具有巨大的潛力，包括易于監(jiān)測(cè)，疾病的早期發(fā)現(xiàn)以及增加的個(gè)性化。

關(guān)鍵詞：微流控，生物傳感器，硅，聚合物，非侵入性，紙基微流控，POCT診斷

專用名詞解釋：[L]，線性檢測(cè)范圍; [LOD]，檢測(cè)下限;[S]，靈敏度;2D，二維; 3D，三維; cTnI，心肌肌鈣蛋白I; DPV，差分脈沖伏安法; EIS，電化學(xué)阻抗譜; IgG抗體，免疫球蛋白; IL，白細(xì)胞介素; K2O，氧化鉀;MICROFLUIDICS，微流控;氧化鎂，氧化鎂; MMP9，金屬蛋白酶;PDMS，聚二甲基硅氧烷; PETG，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯;PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯; POCT，即時(shí)檢驗(yàn)診斷; PS，聚苯乙烯; PTFE，聚四氟乙烯; PVC，聚氯乙烯; SAM，自組裝單分子層;二氧化硅，二氧化硅; SO3，三氧化硫; TGF-B1，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1;二氧化鈦，二氧化鈦; TSH，甲狀腺刺激素; TSH，促甲狀腺素; ZnO-CH，氧化鋅-殼聚糖;

1、即時(shí)檢驗(yàn)診斷(POCT)不可替代的定位

隨著人口的大幅度增長(zhǎng)，世界范圍內(nèi)非傳染性疾病（糖尿病，心血管疾病，癌癥）和傳染病的發(fā)病率迅速上升，研究人員正在努力應(yīng)對(duì)疾病的挑戰(zhàn)與可治療。診斷一直被認(rèn)為在醫(yī)療保健中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為患者提供適當(dāng)和及時(shí)的護(hù)理，用于緊急公共衛(wèi)生干預(yù)和長(zhǎng)期公共衛(wèi)生戰(zhàn)略。然而，大多數(shù)市售的疾病檢測(cè)診斷工具并不能滿足有限的資源設(shè)置和基本醫(yī)療保健基礎(chǔ)設(shè)施等迫切需求。缺點(diǎn)包括延長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間，這經(jīng)常導(dǎo)至延遲診斷的數(shù)據(jù)可用性。盡管診斷的作用至關(guān)重要，但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用來說，迫切需要現(xiàn)場(chǎng)護(hù)理（POCT）診斷。

POCT測(cè)試是全球醫(yī)療保健的必要組成部分，應(yīng)該可以負(fù)擔(dān)得起，可以在病人附近進(jìn)行快速測(cè)試的歷史定位和不可取代性。它可以用在有限的資源或附近不存在醫(yī)療機(jī)構(gòu)，沒有醫(yī)療設(shè)施的地方直接就地可用。使用這些快速POCT診斷的主要前景包括便攜性，用戶友好性，耐用性，便宜和能夠產(chǎn)生快速結(jié)果。

POCT設(shè)備大致分為兩類，即手持式和大型臺(tái)式裝置。小型便攜式設(shè)備正在開發(fā)使用最先進(jìn)的微制造技術(shù)，利用自動(dòng)化的樣品制備，分析，化驗(yàn)步驟和信號(hào)檢測(cè)。大型臺(tái)式設(shè)備是小型化的大型機(jī)中央實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，既復(fù)雜又減小尺寸。而且，POCT診斷的嚴(yán)格要求為生物傳感器制造提出了許多挑戰(zhàn)。例如，高靈敏度和特異性的目標(biāo)分析物的檢測(cè)是POCT診斷中的關(guān)鍵方面，因?yàn)樾枰褂梦⒘康臉颖尽Ａ硪粋€(gè)挑戰(zhàn)是將檢測(cè)部件與其他流體調(diào)節(jié)元件結(jié)合到一個(gè)平臺(tái)上。這些挑戰(zhàn)或許可以通過微流控（MICROFLUIDICS）技術(shù)實(shí)現(xiàn)POCT設(shè)備的開發(fā)來克服。

基于MICROFLUIDICS的POCT設(shè)備被廣泛用于在細(xì)胞生長(zhǎng)和分析平臺(tái)上的分子生物學(xué)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。MICROFLUIDICS的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)樣品和試劑的數(shù)量和流速的精確控制，使分析物的分離和檢測(cè)具有高精度和高靈敏度。基于MICROFLUIDICS的POCT由于其易于制造，試劑使用量低，響應(yīng)時(shí)間短，傳感參數(shù)改善以及對(duì)所需分析物的連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)而為期望的生化和化學(xué)分析提供了強(qiáng)大的平臺(tái)。

MICROFLUIDICS系統(tǒng)需要一系列組件，包括試劑，樣品，通道設(shè)計(jì)，底物選擇，組合和混合。許多材料如硅，玻璃，彈性體，塑料，水凝膠，紙等正用于制造MICROFLUIDICS器件。因此，根據(jù)具體應(yīng)用，可以通過選擇合適的材料來制造具有不同化學(xué)兼容性，表面特性，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的微系統(tǒng)（圖1，在下面）。本綜述概述了基于MICROFLUIDICS的POCT設(shè)備領(lǐng)域的最新進(jìn)展（截止到2017年11月），這些設(shè)備正在與生物識(shí)別系統(tǒng)集成在一起，用于復(fù)雜流體處理步驟的小型化以及復(fù)用的簡(jiǎn)便性。

2、基于玻璃的MICROFLUIDICS設(shè)備

制備MICROFLUIDICS裝置的材料的選擇取決于各種因素，如所需的功能，整合的程度，緩沖液的相容性，優(yōu)異的理化性質(zhì)及其潛在的應(yīng)用。在這方面，玻璃有被認(rèn)為是高效MICROFLUIDICS器件開發(fā)的基板的選擇，因?yàn)樗洗蠖鄶?shù)提到的先決條件特征。玻璃是一種非結(jié)晶的無定形固體，通常是透明的，具有穩(wěn)定性，化學(xué)惰性，透明度，表面穩(wěn)定性和溶劑相容性等特性。此外，它是已知的生物相容性，親水性，并提供了一個(gè)統(tǒng)一的涂層，使其在生物醫(yī)療設(shè)備使用。在下一節(jié)中，已經(jīng)討論了用于制造玻璃基MICROFLUIDICS器件的不同技術(shù)及其在生物傳感方面的前景。

2.1玻璃基MICROFLUIDICS器件的制造

基于玻璃的MICROFLUIDICS器件的開發(fā)可以使用包括光刻，薄膜金屬化和玻璃襯底的蝕刻的MEMS工藝來執(zhí)行。玻璃基底的制造取決于基底的成分，這進(jìn)一步?jīng)Q定了掩模層和蝕刻劑的選擇（圖2，在下面）。常用的玻璃基板是派熱克斯玻璃，硼硅酸鹽（BSG）和鈉鈣玻璃。其中，BSG由于具有良好的光學(xué)性能（透明度從350nm到700nm）和物理特性（退火溫度：640℃;耐大多數(shù)化學(xué)品），因此是用于制造MICROFLUIDICS器件的最廣泛使用的基板。使用BSG的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以快速與PDMS，硅和BSG結(jié)合。對(duì)于MICROFLUIDICS零件的設(shè)計(jì)，低熱膨脹系數(shù)（a）是必需的，BSG在20°C時(shí)提供約3×10^-6 /℃的選擇。 Srivastava等人基于傳統(tǒng)的三電極系統(tǒng)，采用氧化銦錫作為玻璃基板制作了一個(gè)MICROFLUIDICS芯片。利馬（Lima）等最近展示了SU-8鍵合的新方法，即用于制造玻璃微流控芯片的犧牲粘合劑鍵合。這種新技術(shù)依賴于不可逆地結(jié)合兩個(gè)載玻片的傳統(tǒng)方法和僅從微通道中去除SU-8的附加步驟。而且，這種方法具有成本低，超大規(guī)模可行性等諸多優(yōu)點(diǎn)整合，克服材料粘附的挑戰(zhàn)，去除附著力強(qiáng)的氣泡。

2.2基于玻璃的MICROFLUIDICS設(shè)備的應(yīng)用

已經(jīng)報(bào)道了基于玻璃的MICROFLUIDICS在檢測(cè)酶，抗體和全細(xì)胞中的許多應(yīng)用，是的，你沒有看錯(cuò)，絕大部分IVD指標(biāo)都可以移植過來。在這種情況下，已經(jīng)開發(fā)了用于免疫傳感抗原IgG和cTnI（心肌梗塞的特異性生物標(biāo)志物）的3D交叉指型電極陣列。玻璃基板與其他聚合物基板的融合已經(jīng)顯示出許多生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的有希望的結(jié)果。 Matharu等人制作了一個(gè)細(xì)胞培養(yǎng)/生物傳感器平臺(tái)組成的適配子修改金電極結(jié)構(gòu)的玻璃基板與MICROFLUIDICS通道和PDMS作為控制/驅(qū)動(dòng)通道。這種小型適體修飾的MICROFLUIDICS裝置被用于監(jiān)測(cè)肝細(xì)胞的TGF-B1釋放。王（Wang）等人展示了一種新型的基于MICROFLUIDICS芯片的DNA生物傳感器，用于在玻璃基板上使用單個(gè)T-MICROFLUIDICS芯片（50 μ m ×10 μm × 1 5 m m)快速和序列特異性檢測(cè)口腔癌患者唾液樣品中的DNA。陳（Chen）等人開發(fā)了一個(gè)多陣列LSPR芯片檢測(cè)法，通過CTAB涂層AuNR到O2等離子體處理的玻璃基板上，通過帶正電的AuNRs和帶負(fù)電的玻璃表面之間的靜電相互作用進(jìn)行MICROFLUIDICS圖案化。然而，脆性，成本，非靈活性和生物相容性是目前預(yù)示著玻璃基MICROFLUIDICS器件發(fā)展的一些缺點(diǎn)。

3、基于硅的MICROFLUIDICS設(shè)備

硅已經(jīng)成為制造MICROFLUIDICS通道的優(yōu)選襯底，因?yàn)樗哂袑?duì)各種條件的高耐受性以及低的鍵合溫度要求。此外，使用硅作為MICROFLUIDICS中的平臺(tái)不僅使器件小型化，而且在設(shè)計(jì)部分提供了靈活性。

3.1基于硅的MICROFLUIDICS器件的制造

制造硅基MICROFLUIDICS器件的不同技術(shù)包括批量微加工，掩埋通道或表面微加工。在這些技術(shù)中，體積顯微加工是最普遍的，其中在硅晶片上通過消除材料然后通過化學(xué)鍵合或物理粘附與另一個(gè)晶片封裝通道而形成通道。在埋溝技術(shù)中，深垂直溝道由各向異性深反應(yīng)離子蝕刻產(chǎn)生，而溝道的側(cè)壁被化學(xué)氣相沉積鈍化。表面微機(jī)械加工可以通過沉積期望的結(jié)構(gòu)層和犧牲層的蝕刻來實(shí)現(xiàn)。這種方法比較復(fù)雜，需要多個(gè)步驟。可以使用納米壓印光刻和電子束照射來制造具有納米尺度級(jí)特征尺寸的硅襯底的更精確圖案。

3.2硅基MICROFLUIDICS器件的應(yīng)用

在硅襯底上引入MICROFLUIDICS可顯著減少樣品體積，評(píng)估時(shí)間，并使生物傳感中的精確調(diào)節(jié)流動(dòng)狀態(tài)成為可能。然而，流體流動(dòng)可能使附著在基質(zhì)表面上的生物分子不穩(wěn)定，因此表面官能化，生物結(jié)合和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)對(duì)于MICROFLUIDICS系統(tǒng)是必不可少的。不同的傳說可以通過適當(dāng)?shù)墓潭ǚ椒ńY(jié)合到MICROFLUIDICS通道的表面，這進(jìn)一步擴(kuò)大了分析物檢測(cè)的范圍。 Jenison等人設(shè)計(jì)了一種基于硅的生物傳感器，用于分析人囊性纖維化跨膜電導(dǎo)調(diào)節(jié)因子基因和一系列細(xì)胞因子，包括白細(xì)胞介素（IL）-6，IL1-P和干擾素-γ，檢測(cè)范圍為4 ng/L，31 ng/L和437 ng/L。

為了使用硅MICROFLUIDICS生物傳感器進(jìn)行免疫測(cè)定，最初可以將抗原和相應(yīng)的抗體一起溫育，然后使用生物素一體化硝酸纖維素膜。 Yakovleva等人開發(fā)MICROFLUIDICS酶在尺寸為13.1×3.2mm的硅微芯片上進(jìn)行免疫測(cè)定，其具有寬度為25μm和深度為235μm的42個(gè)流動(dòng)通道以檢測(cè)阿特拉津。二氧化硅表面被不同的聚合物進(jìn)一步改性， 3-氨基丙基三乙氧基硅烷（APTES），線性聚乙烯亞胺（LPEI），3-縮水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷（GOPS）或支化聚乙烯亞胺（BPEI）。確定GOPS-BPEI-GL，LPEI-GL和APTES-GL三種不同免疫傳感器的阿特拉津檢測(cè)限分別為0.80,3.8和45ng/L。在這項(xiàng)研究中，GL與LPEI的共價(jià)偶聯(lián)導(dǎo)至了固定化抗體的最高穩(wěn)定性。使用便攜式和電池供電的電子電路以及通過絲網(wǎng)印刷技術(shù)獲得的硅微通道，制備了免疫傳感器來檢測(cè)血樣中的大腸桿菌，檢測(cè)限高達(dá)10³CFUml^-1。

基于細(xì)胞的生物傳感器由于其直接識(shí)別活細(xì)胞表達(dá)的生物化學(xué)作用的能力而最近引起了很多關(guān)注。硅基底的生物相容性可能可以通過在其表面上附著細(xì)胞結(jié)合部分來改善。此外，這些影響可以轉(zhuǎn)化為數(shù)字電信號(hào)，從而形成電子與生命系統(tǒng)之間的橋梁。因此，與使用聚合物相比，硅具有很多優(yōu)點(diǎn)，如高機(jī)械強(qiáng)度，高溫穩(wěn)定性和對(duì)化學(xué)物質(zhì)的高耐受性。硅的修改形式即硅納米線和多孔硅已經(jīng)在生物傳感器中找到了許多應(yīng)用。隨著高性價(jià)比替代品領(lǐng)域的進(jìn)步，聚合物和柔性電子器件，硅基MICROFLUIDICS器件是昂貴的替代品。

4、基于聚合物的MICROFLUIDICS設(shè)備

與玻璃和硅相比，聚合物材料在MICROFLUIDICS器件中的應(yīng)用已經(jīng)大大地吸引了商業(yè)制造商，因?yàn)樗鼈兊某杀镜土抑圃觳襟E容易。聚二甲基硅氧烷（PDMS）（不好意思，實(shí)在忍不住插入一條廣告，國(guó)內(nèi)出貨量最大的進(jìn)口PDMS供應(yīng)商[不要臉的說也就是我們，唯有一桶PDMS，能消除城市中我和你的距離，此刻購(gòu)買就加客服QQ：11366508]小包裝1.1KG/桶，帶100g固化劑，已經(jīng)被廣大科研狗朋友使用，不管在夏天的實(shí)驗(yàn)室門口玩手機(jī)撩妹等風(fēng)干，還是冬天夜里太冷圍著烘箱加熱侃大山等待的哆嗦時(shí)刻，經(jīng)我們手賣出的PDMS不僅伴隨著TA的妙手回春打磨出了眾多五花八門小編也看不懂的神器芯片，也已經(jīng)融入到TA的生活和學(xué)習(xí)中。不是你成功的芯片來得慢，而是你固化得不夠狠。）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）在MICROFLUIDICS器件中使用最廣泛，因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)出優(yōu)異的電/化學(xué)電阻率和透明度顯示出大規(guī)模制造MICROFLUIDICS器件的巨大潛力。以下是廣泛用于制造聚合物MICROFLUIDICS器件的重要方法的概述。

4.1聚合物基MICROFLUIDICS器件的制造

4.1.1壓印和熱壓花

當(dāng)制造基于聚合物的MICROFLUIDICS器件時(shí)，硅或金屬印章被廣泛用作壓印工具。熱壓花可以在低壓和高溫下實(shí)現(xiàn)，而壓印可以在室溫和高壓下實(shí)現(xiàn)。在塑料襯底中所需尺寸的微通道是印模的精確復(fù)制品。一些參數(shù)，如壓印時(shí)間，壓力以及塑料的性能已知影響室溫印跡微通道的尺寸。在熱壓印上壓印的好處在于制造時(shí)間減少并且所制造的裝置具有高重復(fù)性。圖3（i）顯示了熱壓花和UV印跡的過程。

4.1.2注塑

在此過程中，將共聚物樹脂插入模具中以制造MICROFLUIDICS元件。較不粘稠的聚合物溶液使得與模具的優(yōu)異接觸導(dǎo)至裝置的不同特征。通過控制程序，溫度和時(shí)間，可以非常準(zhǔn)確地創(chuàng)建注塑部件。MICROFLUIDICS通道在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中具有高精度，聚碳酸酯使用注塑成型。已經(jīng)顯示注塑與壓印和熱壓花相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠淇梢援a(chǎn)生3D特征，并且可以將預(yù)成型元件直接植入塑料中。

4.1.3軟光刻

軟光刻在MICROFLUIDICS器件的發(fā)展中有著廣泛的研究，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。在硅中創(chuàng)建一個(gè)積極的浮雕結(jié)構(gòu)被稱為主。當(dāng)硅橡膠上的彈性體聚合物被固化時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)精確定義的母版復(fù)制品，并從印章上進(jìn)一步剝離。軟光刻技術(shù)的巨大優(yōu)勢(shì)在于彈性體聚合物可以簡(jiǎn)單地通過保形接觸彼此連接，并且可以簡(jiǎn)單地連接到另一個(gè)基板，如玻璃或塑料。軟光刻所涉及的不同步驟見圖3（ii）。

4.1.4激光光刻

在這種技術(shù)中，由于脈沖紫外激光照射的誘導(dǎo)，聚合物骨架的鍵斷裂。此外，由于在其內(nèi)部形成空隙的波形脈沖，顆粒從聚合物基材排出。表現(xiàn)出對(duì)激光發(fā)射波長(zhǎng)顯著吸收的聚合物對(duì)于消融更有效。在激光光燒蝕中，光線穿過將燒蝕區(qū)域定義為聚合物基板的掩模。

4.1.5 3D打印

3D打印最近引起了很大的興趣（豈止是興趣，恨不能搞個(gè)demo就能吸引傻白甜速速入資來玩玩，但是真正能搬磚干活的有幾多？），因?yàn)樗軌騽?chuàng)建高分辨率和快速建造時(shí)間的多種結(jié)構(gòu)。在不同的方法中，立體光刻（SLA）和熔融沉積法（FDM）是最常見的。在SLA中，使用UV激光掃描并追蹤確定區(qū)域以固化液態(tài)樹脂材料。使用高功率激光或紫外線來硬化樹脂材料，并且整個(gè)平臺(tái)通過單層沿z方向向下移動(dòng)。基于SLA方法的3D打印機(jī)被廣泛使用并已經(jīng)商業(yè)化。使用SLA制造技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)是其高精度。在FDM中，熱塑性物質(zhì)通過加熱液化成半固體。然后將這種半固體通過噴嘴逐層排出到分層上。當(dāng)?shù)谝粚邮峭瓿珊螅A段被移動(dòng)一層，程序重復(fù)。FDM方法已經(jīng)被證明是簡(jiǎn)單和成本有效的。

4.2聚合物基MICROFLUIDICS器件在POCT生物傳感器中的應(yīng)用

幾種電化學(xué)生物傳感器類型，包括免疫測(cè)定，DNA雜交和信號(hào)轉(zhuǎn)換適體傳感器已經(jīng)在基于聚合物的MICROFLUIDICS系統(tǒng)中被發(fā)現(xiàn)應(yīng)用。真正的樣品在被引入到所需的生物傳感器之前經(jīng)常被處理。由于其特定的綁定功能，基于親和力的生物傳感器能夠處理復(fù)雜的樣品基質(zhì)和樣品。表2總結(jié)了MICROFLUIDICS應(yīng)用中基于親和力的生物傳感器開發(fā)的最新進(jìn)展。此外，用酶功能化電極可有助于選擇性地催化化學(xué)反應(yīng)。產(chǎn)生或消耗的電活性物質(zhì)可以通過電流的變化來檢測(cè)。例如，酶電極已被廣泛用于葡萄糖測(cè)定。

基于聚合物的MICROFLUIDICS器件與傳統(tǒng)的玻璃/硅MICROFLUIDICS器件相比具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈儾恍枰獜?fù)雜的光刻工藝，因此成本低廉。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)它們具有優(yōu)異的電/化學(xué)電阻率和光學(xué)透明度，使其適用于電化學(xué)/光學(xué)生物傳感裝置。基于聚合物的MICROFLUIDICS設(shè)備的缺點(diǎn)在于它們的靈活性。

5、基于紙張的MICROFLUIDICS設(shè)備

紙是一種纖維素材料，具有靈活性，低成本，輕量，可回收和生物相容性。它被認(rèn)為是一種有前途的MICROFLUIDICS基材，因?yàn)樗恍枰魏瓮獠勘没螂娫垂?yīng)流體，需要少量試劑和樣品，提供快速分析，而且是一次性的。纖維素紙的三維分層結(jié)構(gòu)及其相互關(guān)聯(lián)的孔隙允許液體快速移動(dòng)。然而，其白色背景和流體特性為分析物的定性/定量分析提供了額外的優(yōu)勢(shì)。這些紙張集成的MICROFLUIDICS設(shè)備已經(jīng)應(yīng)用于臨床診斷，環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全質(zhì)量檢測(cè)。

5.1造紙MICROFLUIDICS設(shè)備

紙流控設(shè)備的設(shè)計(jì)中主要關(guān)心的是利用流體通道來限制液體的流動(dòng)。為此，使用多種制造方法將疏水屏障圖案化到紙張中以產(chǎn)生通過毛細(xì)管芯吸調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)流體流動(dòng)的不同通道。

5.1.1基于光刻的紙張MICROFLUIDICS

照相平版印刷術(shù)被用于微細(xì)加工以將圖案轉(zhuǎn)印到紙基材上。一種稱為光致抗蝕劑的光敏化學(xué)品最初涂布在紙上，曝光于所需的圖案上，并進(jìn)一步發(fā)展為用于附加處理的選擇層。使用光刻技術(shù)，可以獲得非常小的圖案（幾十納米大小），具有精確的形狀和尺寸的通道。其主要缺點(diǎn)是需要包括昂貴的光致抗蝕劑，UV光源和氧等離子體的平坦基板和潔凈室設(shè)施。

5.1.2繪圖Plotting

在這種方法中，使用計(jì)算機(jī)集成的X，Y繪圖儀將PDMS打印到紙張上以形成所需的圖案。它比光刻相對(duì)便宜，但分辨率低至1mm，即兩個(gè)通道之間的距離是1mm（低于光刻法）。上官(Shangguan)等通過PDMS圖案化制造紙微流控通道，其中PDMS被吸附到紙孔中并形成防止進(jìn)入水溶液的疏水屏障。為了證明這種設(shè)計(jì)的多功能性，對(duì)肝功能標(biāo)志物和血清蛋白進(jìn)行生物傳感應(yīng)用。

5.1.3蠟印刷Wax printing

在蠟印中，使用固體油墨印刷機(jī)將蠟圖案化到紙上，將蠟進(jìn)一步加熱熔化蠟并形成親水屏障以通過毛細(xì)管芯吸引引導(dǎo)流體的流動(dòng)。這是一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的技術(shù)，可以大規(guī)模生產(chǎn)。除此之外，蠟在環(huán)境友好的情況下，可達(dá)60℃，因此在低資源環(huán)境下使用更方便。該技術(shù)的缺點(diǎn)是由于在該過程中需要額外的熔化步驟而導(dǎo)至分辨率低。雷諾(Renault)等在紙中制造半通道和全封閉通道，并在一篇研究論文中研究了蠟的傳輸性能。這些完全封閉的通道可以有效地與外部環(huán)境隔離，從而降低污染風(fēng)險(xiǎn)，簡(jiǎn)化設(shè)備處理，減緩溶劑蒸發(fā)。

5.1.5噴墨打印Inkjet printing

噴墨打印可以用來通過將墨滴推進(jìn)到基板的用戶定義的位置上來打印數(shù)字圖像。這種技術(shù)已經(jīng)被擴(kuò)展，開發(fā)的各種油墨包括各種聚合物，用于生物傳感和組織工程應(yīng)用的活細(xì)胞（圖3（iii））。將小量油墨沉積成具有高空間分辨率的精確圖案的可能性是獨(dú)一無二的，并且提供了噴墨印刷的不尋常的強(qiáng)度。但是，這種技術(shù)需要額外的油墨配方步驟，這些步驟受材料粘度和表面張力的限制。刀切割，蝕刻和等離子可用于控制或者管理紙流控設(shè)備中的流體流動(dòng)。 Songok等人在紙表面上沉積了一個(gè)薄的，透明的，高度疏水的表面層，使用納米尺寸的TiO2顆粒。利用TiO2的光催化性能，通過曝光紫外線來產(chǎn)生親水性通道,通過放置在TiO2涂布紙上的光掩模進(jìn)行輻射,制造的通道最后大小寬度為0.5毫米，長(zhǎng)度為60毫米。

5.2紙基MICROFLUIDICS生物傳感器的應(yīng)用

為了制造高效的紙質(zhì)MICROFLUIDICS生物傳感器，設(shè)備設(shè)計(jì)和生物分子固定在給定的表面上起著至關(guān)重要的作用。 Morbioli等人使用三維設(shè)計(jì)，使流體沿著纖維素基質(zhì)更均勻地滲透，用于制造用于葡萄糖檢測(cè)的紙MICROFLUIDICS設(shè)備。為此目的，使用磁性裝置進(jìn)行層堆疊，這有利于流體分散和改進(jìn)測(cè)試的再現(xiàn)性。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如均勻的樣品分布，多重測(cè)定以及層的個(gè)體化處理。李（Lee）等人使用氧化鋅納米線改性紙來制作高靈敏的工作電極（WE）來檢測(cè)葡萄糖。 Teengam等人制造了一種基于紙質(zhì)流體學(xué)的電化學(xué)DNA傳感器用于人乳頭瘤病毒HPV檢測(cè)。金顆粒修飾還原的GO-四乙烯五胺作為電極材料開發(fā)了一次性紙基MICROFLUIDICS免疫傳感器。盡管有這些有趣的進(jìn)展，但通過升級(jí)裝置設(shè)計(jì)和使用納米材料對(duì)紙基材進(jìn)行改性，提高紙基MICROFLUIDICS裝置的檢測(cè)極限和靈敏度仍有相當(dāng)大的改進(jìn)空間。紙張MICROFLUIDICS設(shè)備的傳感特性受濕度和溫度變化的顯著影響。其他問題，例如設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，不同的制造程序，以及集成到單個(gè)芯片上都是阻礙POCT器件增長(zhǎng)的一些因素。

6、微流控非侵入式生物傳感器

無創(chuàng)檢測(cè)是一種不需要在皮膚或身體孔口處進(jìn)行診斷的程序。用于制造無創(chuàng)生物傳感器，分泌物生物流體如唾液，尿液，汗液，眼淚，呼出氣凝結(jié)物等都可以使用。通過非侵入性生物流體檢測(cè)疾病具有許多優(yōu)點(diǎn)，如易于使用，無痛，比血清采樣更安全，各種標(biāo)本的可用性，在家中易于收集和篩查。目前正在努力將生物傳感器與MICROFLUIDICS結(jié)合用于多種疾病的檢測(cè)。 Gau等人開發(fā)了一種MICROFLUIDICS電化學(xué)傳感器，通過唾液IL-8蛋白和mRNA生物標(biāo)志物濃度區(qū)分癌癥患者與健康受試者。 Jokerst等人開發(fā)了用于CEA，CA-125和Her-2唾液生物標(biāo)志物檢測(cè)的標(biāo)記多分析物MICROFLUIDICS集成熒光免疫傳感器的量子點(diǎn)（QDs）。由于二抗標(biāo)記了半導(dǎo)體量子點(diǎn)，信號(hào)被放大了30倍，檢測(cè)限增加到接近兩個(gè)數(shù)量級(jí)比酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定技術(shù)。MICROFLUIDICS集成表面等離子體共振生物傳感器開發(fā)用于檢測(cè)唾液樣品中的皮質(zhì)醇。制造的生物傳感器顯示皮質(zhì)醇的高效檢測(cè)，檢出限為49 pg/mL，響應(yīng)時(shí)間為15 min。最近開發(fā)了一種柔軟，耐磨的基于比色的MICROFLUIDICS生物傳感器，其中汗液被用作分析性生物流體。這個(gè)四室多分析物系統(tǒng)有能力區(qū)分不同濃度的葡萄糖，乳酸鹽，氯離子以及汗液的pH值。還通過調(diào)查唾液，尿液和淚液樣本中的葡萄糖水平來區(qū)分糖尿病患者和非糖尿病患者。制備了殼聚糖修飾的紙基MICROFLUIDICS比色生物傳感器，能夠有效檢測(cè)眼內(nèi)葡萄糖。Ji等人制造的MICROFLUIDICS集成有機(jī)電化學(xué)晶體管生物傳感器用于唾液生物流體中的多分析物（葡萄糖和乳酸）檢測(cè)。該MICROFLUIDICS設(shè)備的厚度為100 nm，需要30μL的生物流體用于分析。最近開發(fā)的無創(chuàng)性的特點(diǎn)在表2中給出了用于診斷不同疾病的MICROFLUIDICS集成生物傳感器。

生物傳感器檢測(cè)非侵入性分泌型生物標(biāo)志物及其與MICROFLUIDICS的結(jié)合是研究的新熱點(diǎn)之一，目前仍處于初始階段。迫切需要探索唾液和尿液中分泌的更有效的生物標(biāo)志物以及其他無創(chuàng)生物流體，例如汗液，淚液，鼻子和耳垢。然而，非常少濃度的生物分子分泌是利用無創(chuàng)生物流體的主要挑戰(zhàn)。需要做更多的努力來探索使用這種MICROFLUIDICS設(shè)備的概念驗(yàn)證的商業(yè)化的潛力，可以進(jìn)一步在低資源環(huán)境中使用。

7、結(jié)論和未來趨勢(shì)展望

這次查閱大量資料和市場(chǎng)商品以圖覆蓋MICROFLUIDICS設(shè)備在POCT開發(fā)中的制造和應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)步。盡管MICROFLUIDICS開發(fā)正在使用諸如玻璃，硅，聚合物和紙張等眾多材料，但這些設(shè)備的成本和高靈敏度是主要關(guān)注的問題。正在報(bào)道玻璃和硅基MICROFLUIDICS的許多生物傳感應(yīng)用。然而，脆弱性，成本和缺乏靈活性等一些性質(zhì)被認(rèn)為是MICROFLUIDICS的下一個(gè)發(fā)展階段的缺點(diǎn)。除此之外，材料的生物相容性仍然是其在POCT開發(fā)中使用的主要問題。此外，應(yīng)該努力制造聚合物或紙基MICROFLUIDICS器件，這可能是這些襯底的有希望的替代品。紙基微流控對(duì)于靈活的POCT設(shè)備的開發(fā)具有很大的潛力。其成本低，重量輕，攜帶方便，靈活性強(qiáng)，自驅(qū)動(dòng)流體性能好，制造工藝簡(jiǎn)單，無需潔凈室設(shè)備，樣品量少等優(yōu)點(diǎn)，不斷吸引著眾多的研究人員前往這一高潛力領(lǐng)域。而且，近來納米材料，器件設(shè)計(jì)和微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展使得可以獲得具有增強(qiáng)的檢測(cè)特性的MICROFLUIDICS器件。

文章來源抗原抗體專家 （轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）