微流控芯片研发：纸基微流控装置助力癌症生物标志物检测

纸基微流控装置价格便宜，易于生产，因此可用于廉价的医疗诊断测试中。为了制造这类装置，研究人员使用疏水性墨水或者蜡在侧向层析试纸或滤纸上打印，并使通道暴露在外。在通道末端的液体通过纸芯，进入芯片待检区域。例如，这些区域可以预先装载抗体，以捕获样本中的蛋白质，如癌症生物标记物。但是通道中纤维素纤维的随机排列使得流速不均匀，这影响了测试的重复性。

研究团队希望通过给通道提供高度有序的纳米结构来提高纸基微流控的性能。研究人员通过在用作模板的二氧化硅纳米颗粒阵列周围形成纳米纤维素纤维来实现这一点。

研究团队首先在聚丙烯基材上印刷疏水性墨粉，从而勾勒出通道的区域。然后，他们将二氧化硅纳米颗粒悬浮液滴到未打印区域，并使用橡胶刀片均匀分布液体。溶液干燥后，纳米颗粒自组装成阵列。然后，研究人员将一种纳米纤维素溶液滴到颗粒上，纳米纤维素纤维将其包围，形成类似的图案。最后，研究人员通过酸蚀去除纳米颗粒，留下了多孔的纳米纤维素晶体。

用纳米结构通道制成的芯片的芯吸速率是用商用纳米纤维素制成的芯片的20倍。研究人员可以通过改变用于制造模板的二氧化硅纳米颗粒的大小来控制流体通过纳米纤维素的芯吸速率。

更重要的是，纳米纤维素通道形成了光子晶体，它是一种可以反射、限制或传输光的有序结构，从而增强了纸基设备的光学性能。研究人员用直径320纳米的二氧化硅纳米颗粒制作了一个纸片，用荧光检测法检测两种癌症生物标志物。当他们将含有两种生物标记物的样品引入该装置时，他们发现纳米纤维素通道的荧光信号强度是无孔纳米纤维素膜的80倍。

科罗拉多州立大学的Charles S.Henry说，使纸质设备敏感且易于阅读是一项挑战，而这种光子学结构是实现这一目标的重要一步。他还想继续探讨这种策略是否可以用于涉及小分子或其他生物分子（如核酸或酶）的测试。对此，研究人员表示核酸确实可以放置在像这样的芯片的检测区域。

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（Commonwealth Science & Industrial Research Organization）的伊迪丝•周（Edith Chow）表示，这项测试最昂贵的地方是用于测量芯片的发射光的荧光显微镜，但不使用荧光标签进行检测可以降低每次测试的成本。

微流控技术及其应用是生物技术的基石。今天，微流控技术对人类健康、医学和环境都有着显著的影响，逐渐发展成为各领域技术发展的关键，而我们丰富的诊断仪器和专业知识推动微流控研究和应用，过往的微流控项目已经在塑造未来世界方面发挥了巨大的作用。

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