[发明专利]基于激光打印的纸基微流控芯片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种基于激光打印的纸基微流控芯片，所述纸基微流控芯片包括疏水区和亲水区，所述疏水区是墨粉覆盖区域热固化处理之后获得的黑色区域，所述亲水区为以样品滴加区为中心的空白的四通道芯片区域，所述四通道芯片区域的每一个通道上均设有预处理区和检测区。本发明还公开了该芯片的制备方法和应用。本发明结合比色分析法，实现快速半定量和定量检测。与传统的制备方法相比，本发明所述的纸基微流控芯片的制备方法，不需要大型的仪器设备、特制的昂贵的试剂、金属掩膜，该方法方便快速、成本低廉、简单便携、样品消耗少、生物可降解、易实现规模化生产，适合于欠发达和资源匮乏的地区使用。

技术领域

本发明涉及纸基微流控芯片领域，具体涉及一种方便快捷的基于激光打印的纸基微流控芯片及其制备方法和应用，使用该方法成制备了四通道芯片，并应用于低成本快速检测芯片的制作。

背景技术

微流控纸芯片(microfluidic paper-based analytical devices，μPADs)，是哈佛大学的Whitesides实验小组于2007年首次提出的一个新概念，它是以纸张代替传统的硅或者石英材料作为芯片的主要组成部分，应用光刻胶、蜡染、打印等技术手段制造而成，已经成功用于比色方法、电化学方法、以及荧光分析方法等领域。基于纸的微芯片相对于其他材料有几点好处：1、纸张非常轻薄，便于运输存放；2、纸的来源丰富，造价低廉；3、纸的主要组成成分纤维素使得液体在纸上通过毛细作用流动，无需外置流体驱动装置；4、白色的背景使得检测背景低，有利于比色法检测；5、纸表面的纤维素对于DNA、蛋白质和酶等生物样品具有良好的生物相容性；6、芯片易降解，用完后处理非常简单，无污染。μPADs因其分析速度快、成本低、生物试样消耗少等独特优势，已在医学、化学、材料科学及生命科学等领域得到迅猛发展。

概括地讲，制备微流控纸芯片，实质上就是在滤纸的特定区域建立“疏水墙”(或疏水坝)和“亲水通道”，进而构造出具有一定亲疏水通道网络结构的微流控纸芯片。自此，涌现出了大量的制备μPADs的方法，其中包括紫外光刻法、等离子体处理法、喷蜡打印法、融蜡压印法、剪纸法、激光切割法、喷墨打印法、丝网印刷法等等。紫外光刻法和等离子体处理法都要用到特制的掩模板，相应地增加了制备成本；喷墨打印法整个制造过程需要重复打印蚀刻多次，难以实现大规模生产；绘图法(PDMS)成本低，有较好的柔韧性，但是图案分辨率较低；喷蜡打印法操作极其简单，但是由于滤纸的各向异性，打印在滤纸上的蜡粉受热融化后，沿不同方向的渗透速率不同，因此在形成“疏水坝”的同时降低了亲水通道的分辨率。因此，我们需要开发一种方便快捷的μPADs的制备方法。

到目前为止，基于μPADs主要有五种检测方法：比色检测、电化学检测、化学发光检测、电化学发光检测以及免疫检测。这些检测方法已发展的相对成熟，且成本低、体积小，适合用于纸芯片的检测，其中比色检测应用最为广泛。

目前的各种方法大多数需要昂贵的仪器(比如等离子体处理仪、激光切割机、蜡打印机，制作成本低，工艺复杂，需要专业人员操作)，需要特制的掩膜(比如紫外光刻法和等离子处理)，丝网印刷需要特制的丝网板，喷墨打印是将烷基烯酮二聚体(AKD)溶液加入改装之后的硒鼓，然后在打印在滤纸上，该方可以实现批量生产，但是硒鼓是经过改装的，操作关于复杂；可灌注书写笔需要人工将疏水材料溶液灌注书写笔，图案也是手工绘制，工艺复杂，制得的芯片分辨率较低，不能实现规模化生产；喷蜡打印法操作极其简单，但是由于滤纸的各向异性，打印在滤纸上的蜡粉受热融化后，沿不同方向的渗透速率不同，因此在形成“疏水坝”的同时降低了亲水通道的分辨率。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的第一个技术问题是提供了一种基于激光打印的纸基微流控芯片。

本发明要解决的第二个技术问题是提供了成本低廉、简单便携的基于激光打印的纸基微流控芯片的制备方法。本发明使得纸基微流控芯片的制备方法不需要任何昂贵的仪器、试剂、特制的掩膜丝网板、改装仪器设备(如喷墨打印)，这种方法方便快速、成本低廉、简单便携、样品消耗少、生物可降解、具有良好的柔韧性、易实现规模化生产。