微流控纸芯片及其驱动和控制

纸芯片微流控或微流控纸基分析设备简称纸芯片，是微流控芯片中的最新发展领域。纸芯片是以纸代替传统的玻璃、石英、高聚物等材料，在纸的表面加工出具有一定结构的微流体通道的微型分析器件，结合了微流控技术和纸的优点。与传统的微流控芯片相比，纸芯片具有以下优势：

1、纸来源丰富，可进行批量生产；

2、不需要外接泵，纸的主要成分是纤维素，流体在纸上通过毛细作用流动；

3、试样消耗量更低；

4、检测背景低，有利于光度法检测；

5、生物兼容性好，可通过化学修饰改变纸的性质；

6、一次性便携式分析，操作简单，甚至不需要专业的操作人员；

纸芯片制作方法分类

 纸芯片制作通常是采用能固化的疏水性材料形成通道来限制和引导流体，这些材料包括蜡、PDMS、SU-8、聚苯乙烯、AKD、聚甲基丙烯酸甲酰胺等。方法有光刻、手绘、打印等。也有的采用等离子体、激光等对纸质材料处理后形成特殊的疏水通道。

    为使纸上流体成为相对密封的体系，除外加密封罩外也可采用热压机塑封机，以双层透明膜把芯片塑封起来。基于打印机的纸芯片制备方法易于与前端设计步骤衔接，操作简单，并能方便地利用最新的打印工艺打印包括电极部分在内的芯片。以下主要讲解喷蜡打印机制作纸芯片。

    打印发制作纸芯片流程：纸芯片设计——》层析纸打印——》烘烤、渗透——》电极丝网印刷

    纸芯片上的驱动和控制

目前，纸芯片上的流体控制还是其设计和应用的瓶颈之一。通常，采用具有良好可湿性的纸材料，在无需加动力的情况下，样品溶液即可因为纸的毛细作用而流到检测区域，但是当流体通道较长或者较复杂时，采用上述被动的方式就较难控制，或所需时间延长，导致液体过分蒸发，所以，在某些情况下需要对流体驱动和控制更主动和有力的手段。驱动方法除利用纸自身的毛细吸附力外，还有利用声波、离心机。注射器推动等。

 控制手段除设计阀门、开关外，还有采用激光控制开关、通过包被不同化合物改变流体传输性能等。

微流控纸芯片发展

 目前，纸芯片制作和应用领域中还有诸多课题有待研究：如何把纸芯片与其他材料相结合，增强其机械强度；如何保证引入、富集样品，而不渗漏、蒸发、流失；如何保证一个相对封闭的空间，避免外界环境干扰；如何对纸芯片上流体进行精确控制、驱动及其机理；如何提高纸芯片检测的重要性；如何将纸芯片与检测仪器巧妙集成、整合，拓展其功能；另外还有如样品的残留、部分疏水试剂形成的限制性通道难以耐受样品或者低表面张力、检测限进一步提高等。

 通过不断提高和优化，纸芯片很容易实现规模化量产，这种装置成本低，样品消耗量少，携带方便，能使检测更简便、快速、经济、实用。其用途广泛，可用于医药卫生，食品安全，环境监测等领域的实时现场检测，有良好的发展前景。