微流控芯片研發：紙基微流控裝置助力癌癥生物標志物檢測

紙基微流控裝置價格便宜，易于生產，因此可用于廉價的醫療診斷測試中。為了制造這類裝置，研究人員使用疏水性墨水或者蠟在側向層析試紙或濾紙上打印，并使通道暴露在外。在通道末端的液體通過紙芯，進入芯片待檢區域。例如，這些區域可以預先裝載抗體，以捕獲樣本中的蛋白質，如癌癥生物標記物。但是通道中纖維素纖維的隨機排列使得流速不均勻，這影響了測試的重復性。

研究團隊希望通過給通道提供高度有序的納米結構來提高紙基微流控的性能。研究人員通過在用作模板的二氧化硅納米顆粒陣列周圍形成納米纖維素纖維來實現這一點。

研究團隊首先在聚丙烯基材上印刷疏水性墨粉，從而勾勒出通道的區域。然后，他們將二氧化硅納米顆粒懸浮液滴到未打印區域，并使用橡膠刀片均勻分布液體。溶液干燥后，納米顆粒自組裝成陣列。然后，研究人員將一種納米纖維素溶液滴到顆粒上，納米纖維素纖維將其包圍，形成類似的圖案。最后，研究人員通過酸蝕去除納米顆粒，留下了多孔的納米纖維素晶體。

用納米結構通道制成的芯片的芯吸速率是用商用納米纖維素制成的芯片的20倍。研究人員可以通過改變用于制造模板的二氧化硅納米顆粒的大小來控制流體通過納米纖維素的芯吸速率。

更重要的是，納米纖維素通道形成了光子晶體，它是一種可以反射、限制或傳輸光的有序結構，從而增強了紙基設備的光學性能。研究人員用直徑320納米的二氧化硅納米顆粒制作了一個紙片，用熒光檢測法檢測兩種癌癥生物標志物。當他們將含有兩種生物標記物的樣品引入該裝置時，他們發現納米纖維素通道的熒光信號強度是無孔納米纖維素膜的80倍。

科羅拉多州立大學的Charles S.Henry說，使紙質設備敏感且易于閱讀是一項挑戰，而這種光子學結構是實現這一目標的重要一步。他還想繼續探討這種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）的測試。對此，研究人員表示核酸確實可以放置在像這樣的芯片的檢測區域。

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（Commonwealth Science & Industrial Research Organization）的伊迪絲?周（Edith Chow）表示，這項測試最昂貴的地方是用于測量芯片的發射光的熒光顯微鏡，但不使用熒光標簽進行檢測可以降低每次測試的成本。

微流控技術及其應用是生物技術的基石。今天，微流控技術對人類健康、醫學和環境都有著顯著的影響，逐漸發展成為各領域技術發展的關鍵，而我們豐富的診斷儀器和專業知識推動微流控研究和應用，過往的微流控項目已經在塑造未來世界方面發揮了巨大的作用。

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