23、拉曼分析在传感领域的新方向：纸基微流控技术

拉曼分析在传感领域的新方向：纸基微流控技术

纸基微流控技术的兴起

在生物医学传感环境中，微流控设备能显著降低样品和试剂的消耗，简化操作流程，降低检测时间成本，且不影响特异性和灵敏度。然而，大多数微流控设备由玻璃、硅或热弹性聚合物制成，需要复杂的制造工艺和外部仪器，这限制了它们在即时检测（POC）中的应用。尤其是在资源匮乏的地区，常见的POC检测成本过高，且缺乏必要的基础设施和专业人员。

世界卫生组织提出，适用于低成本资源环境的诊断设备应具备可负担性、高灵敏度、高特异性、用户友好、快速稳健、无需设备和可送达终端用户等特点。而纸基微流控技术以纸分析设备（μPADs）的形式应运而生，成为了这一领域的研究前沿。

纸是一种廉价、普遍且可生物降解的材料，具有自然的毛细管作用，无需外部仪器就能实现流体的芯吸。它对大多数有机溶剂具有耐受性，由纤维素纤维交织而成，与多种生物材料兼容，还能通过物理或化学方法轻松改性，广泛用于材料的过滤和分离。

早期纸在POC设备中的应用包括试纸条和侧向流分析（LFA）设备。试纸条利用纸的自然芯吸能力分析尿液，LFA则使用硝酸纤维素膜制造，常用于家庭妊娠测试、血液和DNA检测等。但本文重点讨论的是二维和三维μPADs在生物医学分析领域的应用。

纸基分析设备的制造

Whitesides等人被公认为μPADs领域的先驱，他们的研究展示了如何以廉价简单的方式对纸进行改性，适用于低成本资源环境。纸的改性主要有两种方式：物理改性（如切割和成型）和化学改性（在纸表面形成疏水屏障以创建微通道）。微通道的尺寸、纸的孔隙率和化学结构以及环境条件会控制流体在设备中的芯吸速率。

常见的微通道图案化技术有光刻