[发明专利]纸基微流控芯片及其应用

说明书

本发明涉及微流控芯片领域，尤其涉及纸基微流控芯片及其应用。本发明提供了纸基微流控芯片，其依次设置有密封部件1、承载部件2、阴极3、富集部件、阳极7和基板8；所述富集部件包括绝缘部件4；所述绝缘部件4设置有通孔，所述通孔设置有收集部件9、吸水部件5和离子选择性透过部件6；所述阴极3包括第一塑型部件和阴极材料；所述第一塑型部件与所述阴极材料紧密连接；所述阳极7包括第二塑型部件和阳极材料；所述第二塑型部件与所述阳极材料紧密连接；所述收集部件9与所述阴极3的高度齐平；所述承载部件2与所述阴极3、所述富集部件连接。本发明提供的的纸基微流控芯片可以实现待测样品的定点浓度提高和固定转移，易于集成下游检测。

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，尤其涉及纸基微流控芯片及其应用。

背景技术

近年来，纸基微流控分析装置(Microfluidic paper-based analyticaldevices，μPADs)因其成本低廉、生物相容性高、便于批量生产、绿色环保等特点受到人们的广泛关注。构成纸张多孔结构的纤维素网络作为流体通道，为试剂流动和样品混合提供毛细管驱动力，从而实现无泵操作。此外，纸张可以通过堆叠或折纸等方式构建3D结构，便于快速实现区域功能化。因此μPADs被认为是资源受限环境下进行即时诊断的理想工具。然而，受限于纸张纤维素网络的非均一自然特性以及现有的表面改性手段，μPADs的检测限仍待改善，其在如生物标记物等低浓度目标物的检测应用受到极大挑战。

一种可以有效解决上述问题的途径是先通过富集将低浓度目标物聚集到指定区域来提高其局部浓度，然后送至下游检测，从而使下游传感器可以检测低于其原有检测限的目标物，间接提高其检测限。电动技术因其简单、易操控的直流电压驱动方式，被广泛地应用于湿润流道中带电粒子的浓缩富集。其中，离子浓度极化效应(Ion ConcentrationPolarization，ICP)作为一种非线性电动现象，在具有离子选择性的流道界面，如微米-纳米流道，发生离子选择性输运继而引发其浓度极化分布，在样品富集、脱盐、混合等方面具有广泛的应用，可作为样品预处理装置，有效浓缩、分离DNA、蛋白质等生物标记物，用于优化下游检测。类似的，在含有多聚物膜的流道中，膜中孔尺寸处于纳米级别，其电双层(Electrical double layer,EDL)发生重叠因而呈现出离子选择性，在膜附近流道引发ICP形成带电粒子浓度的极化分布，形成在膜阳极端的耗尽区(Depletion zone)和阴极端的堆积区(Stacked zone)。利用这种离子分布极化现象，并对流道内的其他驱动力，如电渗流、电泳等，进行调节，可实现带有特定电荷种类的粒子在特定区域的预富集放大。含选择多聚膜的电动力陷阱富集器易于制造、构型简单、操作稳定等特点使其设计具有极大的灵活性，可快速实现多路结构提供通量。目前最常使用的多聚物膜Nafion作为一种带有强负电荷的离子选择性透过材料，已经在如PDMS、玻璃和纸等构成的装置中实现对示踪分子、DNA、蛋白质的预富集。近年来，聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)，作为一种广泛用于燃料电池和电极制造的材料，由于其基于负电荷硫酸盐基团的阳离子选择性、高导电性和容易成膜的灵活性，在PDMS/玻璃基质的微流控装置中展示出了优于Nafion的ICP引发效应，这极大地提高了样品富集倍率和预富集时间。但迄今为止，含PEDOT:PSS选择膜的纸基富集器尚未被研究探索。

因此，针对现有μPADs中存在检测限低而带来的技术及应用难题，开发一种可对样品进行预富集的装置具有极大意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了纸基微流控芯片及其应用。本发明提供的纸基微流控芯片具有高效富集、易于制造、适配下游μPADs检测等特性。本发明的纸基微流控芯片可以实现待测样品的定点浓度提高和固定转移，易于与下游检测集成，如常见的比色、荧光、化学发光等可视化检测技术，可在提高检测精度的同时，避免使用昂贵的光学设备或分析仪器，降低检测成本并简化操作步骤，是构建即时检测(Point-of-care，POC)的理想装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：