紙質微流控傳感器檢測方法發展現狀

紙是一種常見材料，擁有輕薄﹑柔韌﹑廉價﹑廣泛﹑易加工﹑環保等固有特性。

近年來，紙的特性逐漸被研究學者重視，與傳統科技結合，產生了紙質U 盤、紙質電話卡、紙質熱變顯示器、聚合物紙質電池等新型科技產物。

傳統的紙質檢測技術出現於上世紀，時至今日，糖尿病試紙條、測孕試紙條等已是常見的疾病前期診斷商品。

但是，它們大多只能提供定性或半定量檢測，在定量、高通量並行檢測上的局限性極大影響了紙質檢測技術的應用領域。

2007年，哈佛大學Whitesides團隊在紙質檢測技術上提出了新的創意。

他們基於光刻技術，在紙質襯底表面沉澱疏水聚合物，使紙基具備與預設圖樣相同的疏水/親水結構。

疏水部分作為壁壘，限制試劑和液體毛細流動範圍，親水部分作為試劑反應區或液體流動通道。

Whitesides的創意為健康診斷、環境監測或食品安全等領域的應用提供了一種全新的流體處理和流體分析途徑。

這種途徑最吸引人之處在於：紙質造價低；液體在紙質中流動依靠毛細作用力流動，無需外加動力源；紙基多孔薄膜型結構有篩選、分離等功能；紙質很容易被加工；紙質兼容化學、生化、醫學等領域的應用。

經過數年的快速發展，紙質微流控傳感器已經被視為一種低成本、一次性、易使用和測速快的新型技術。

紙質微流控傳感器檢測方法

紙質微流控技術的主要用途是為檢測物提供一種低成本、一次性、易使用的分析平台，現有的文獻報導多集中在全新的低成本製作技術以及與傳統檢測方法結合研究新的檢測應用。

目前，結合紙質傳感器，多種檢測方法被應用於分析化學樣品或生物樣品，這些檢測方法分別為：（1）比色法；（2）電化學法；（3）化學發光法；（4）電化學發光法；（5）電導率法；（6）螢光法；（7）吸光度法。

比色法

比色法是傳感物質與試劑進行有色反應，通過比較反應後有色物質顏色深度來分析測量被測物含量的方法。

紙基微流控傳感器可基於掃描儀、數位照相機、拍照手機、便攜掃描儀等常見設備和圖像分析軟體進行被測物的定性、半定量和定量測定。

與攝像手機結合，可進行遠程醫療診斷。

將紙基設計為圓孔微域陣列板，結合ELISA（酶聯免疫吸附劑測定）可實現低成本的免疫測定，雙酶比色等多種比色法也可以在新型紙基微流體上實現。

比色法是最為常用的方法，但是較少應用在超低濃度檢測領域，其檢測靈敏度對傳感物質和流體流態有較高要求，環境光強對檢測靈敏度有一定影響，這些要求限制了比色法的應用範圍。

電化學法

電化學方法是基於被測物在工作電極上發生的電化學反應，測量反應產生的氧化電流或還原電流大小來獲得被測物含量的方法。

電化學測定中的對電極、參比電極和工作電極的工作部分常採用銀/氯化銀墨水，工作電極和對電極由導電碳油墨連接反應區域，傳感平台疏水壁壘可通過絲網印刷術印刷，再加熱固化於預設區域表面，形成用於電化學測定的紙質微流控傳感器結構。

電化學法檢測靈敏度較高，可以使用數美元的便攜血糖儀作為檢測儀器，小尺寸的電化學傳感器結構可在一張信函大小的色層分析紙上製作150－200個，檢測成本極低。

電極可利用掩模在流道末端濺射金膜作為電極，在玻璃碳或玻璃上濺射鉑膜作為工作電極，也可以在透明PET襯底上絲網印刷電化學電極和相應電通路。

化學發光法

化學發光法是反應體系中的某些物質吸收了反應釋放的能量而由基態躍遷至激發態，然後再從激發態返回基態，同時將能量以光輻射的形式釋放出來，產生化學發光的方法。

結合超微弱發光分析儀，可實現複雜樣品的分析化驗；基於絲網印刷術印刷蠟至紙基上形成微域孔板，也可實現夾心化學發光酶聯免疫吸附法；還可以製作3D摺疊手工的化學發光免疫傳感器，檢測腫瘤標誌物。

電化學發光法

電化學發光（ECL）是將電化學手段與化學發光方法相結合的一種技術，它通過電化學來產生一些特殊的物質，這些電生物質之間或電生物質與其它物質之問進一步反應後產生一種發光現象，測量光信號從而獲得分析物濃度的方法。

Delaney等提出了紙基電化學發光傳感器方案，傳感器基於聯吡啶釕（Ru（bpy）32+）與二丁基乙醇氨（DBAE）和煙醯胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）的電化學發光響應測定了DBAE和NADH。

Shi等提出了一種量子點改性碳電極的紙基電化學發光檢查系統。

根據過氧化氫與CdS量子點的反應和多巴胺在量子點中的冷卻作用定量測定了過氧化氫和多巴胺。

電導率法

電導率法是通過分析反應化合物的I-V曲線獲得被測物質濃度的方法。

Arena等提出了一種乙醇電阻傳感器，這種紙質微流控電阻傳感器對低酒精濃度有較好靈敏度和線性度。

Steffens 等提出了一種氣體傳感器，利用這兩種氣體分析了此類傳感器的靈敏度和可逆性，結果表明超臨界CO2流沉澱法的靈敏度更高，原因是此方法提供了更多的活性傳感面積。

螢光法

螢光法是通過測量光致發光的光強來測定螢光物質含量的方法，這種方法結合紙質微流控傳感器分析檢測樣品的報導較少。

Lu等熱蠟列印硝酸纖維膜微孔圖案，用於實現螢光免疫測定和比色免疫測定。

Ge等研究製作的3D手工摺疊多功能免疫測定傳感器中，通過觀測異硫氰酸螢光素標記癌胚抗原的螢光強度來分析得到免疫測定中清洗次數和清洗液體積的優化方案。

Feng等基於螢光法檢測了七種重金屬離子。

吸光度法

吸光度法是利用物質對光的選擇性吸收特性來測定的方法。

Audrey等研製了一種新型的三色可選透射色度計，與單色LED燈放置位置匹配的紙基組成了適用於蛋白質測定的傳感系統。

紙基透射區域使用菜油降低光在纖維素和蛋白質間的散射，利用光透射前後的光強比測定蛋白質含量。

紙質微流控制作技術處於研究的初級階段，它為人體健康、環境監控和食品安全領域的檢測提供一種廉價、便攜、簡易的處理手段。

實際應用中，傳統檢測技術可與紙質微流體的地區進行實時遠程醫療檢測，但檢測靈敏度不高的問題有待解決。

其它檢測方法與紙質微流控結合，可實現較高靈敏度的檢測。

紙質微流控技術適合應用於經濟不發達或偏遠地區，對實驗操作人員的技術要求不高。