8、纸基核酸即时检测技术：原理、应用与挑战

纸基核酸即时检测技术：原理、应用与挑战

一、引言

核酸检测在诊断、食品和水安全以及法医学等关键生物传感应用中得到了广泛应用。传统的核酸检测通常在实验室中进行，以灵敏、可靠地检测核酸。然而，随着在传统实验室环境之外进行核酸检测的需求不断增加，“芯片实验室”（即微流控芯片）的概念应运而生，为现场诊断提供了便携式平台。微流控芯片使用少量试剂和较短的流体传输路径，推动了即时诊断的快速发展。但目前，微流控技术在主流诊断中的广泛应用仍面临诸多挑战，其中一个关键瓶颈是设备材料和运行诊断设备所需的外设。

目前，聚二甲基硅氧烷（PDMS）是微流控应用中常用的材料。尽管它具有出色的光学性能以及易于成型和键合的优点，但这种材料本质上具有疏水性，除非在填充前进行处理使其暂时变为亲水性，否则需要压力源来驱动样品流体进入微通道。此外，材料成本也是限制PDMS广泛应用的一个因素。

相比之下，纸张具有显著的优势。它相对便宜且易于获取，与聚合物材料相比具有成本效益。更重要的是，纸张具有两个独特的物理化学性质：亲水性和作为微通道的多孔网络结构。这些特性使得纸张能够实现以下功能：
1. 通过毛细作用力在纸张基底上轻松运输流体，无需外部泵。
2. 通过网络结构进行样品和试剂的存储与过滤。
3. 由于多孔网络具有高的表面积与体积比，增加了可能的试剂数量，从而提高了检测速度。

因此，纸张已被部分或全部用于微流控分析设备，即纸基微流控（µPAD），并在分析领域，特别是基于核酸的即时检测（POC）应用中得到了广泛应用。

二、纸基微流控设备用于核酸检测的关键方面

2.1 样品制备/纯化

在过去的十年中，有大量研究表明纸基微流控技