[發明專利]一種快速導流和物質輸運的紙芯片及其制法和用途

在審

• 申請號: 201710320813.2
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107233942A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 徐靜娟;上官金文;徐碧漪;王莎;侯蘊軒;陳洪淵
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: B01L3/00
• 分類號: B01L3/00;G01N21/78
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 黃嘉棟

技術領域

本發明涉及微流控芯片，特別是利用紙和塑料透明膠帶的復合構建具有毛細管道微流控芯片。

背景技術

紙芯片(Paper analytical devices(uPADs))自2007年由馬丁內斯(Martinez)等人引入微流控領域以來，在芯片使用材料、芯片制作技術、芯片操作方式等方面都獲得了極大的發展。傳統的紙芯片由紙制成，紙不僅廉價易得，還容易裁剪、滲透、印染，從而適用于各種圖案化操作，包括噴墨印刷、雕版印刷、乃至于手寫。這些成熟技術為紙芯片的發展奠定了基礎。除此之外，紙的多孔結構將紙芯片從根本上與傳統的芯片區別開來，這個特點帶來了兩大優勢：第一，由于紙張較大的比表面積，試劑更容易在紙中吸附從而固定在紙中，從而簡化了芯片制作的過程；第二，由于紙纖維的毛細作用，液體在紙中可以自行流動，這使得紙芯片擺脫了對外部流體注射裝置的依賴，結構更為簡單、將更適用非專業領域和普通人群的使用。因此紙芯片在過去的十年間經歷了迅猛發展，并被公認為商用化前景最好的一種微流控芯片。

然而，盡管發展迅速，紙芯片與傳統微流控系統相比仍然存在一些不足。在這些不足中，系統的液流控制問題最為突出。這一控制包括兩個方面：對液流流速的控制和輸送范圍的控制。在傳統的單層紙芯片中，液體的流動所需時間和流動距離的平方成正比，所以隨著距離的增加，液體流經整個管道系統的時間也將明顯增加。這將導致明顯的樣品蒸發損耗。故而傳統紙芯片一般限制在一個較小的結構單元上(管道總長度一般小于4cm)，不能用于大規模的多樣品分析。在傳統紙芯片上，可以運輸的目標物一般只限于小分子和離子，大分子在紙芯片上會出現吸附、層析，從而出現嚴重的分配不均勻、堵塞在局部區域等問題。除此以外，傳統紙芯片還面臨著操縱多路流體困難、難以定量研究、傳輸過程吸附、樣品重現性差的問題。

對于以上的困境，已經有幾種初步的解決方法。其中一種是多層結構。Jahanshahi-Anbuhi將蠟圖案化得到的紙芯片管道夾在兩層塑料薄膜之間(S.Jahanshahi-Anbuhi,P.Chavan,C.Sicard,V.Leung,S.M.Z.Hossain,R.Pelton,J.D.Brennan and C.D.M.Filipe,Lab Chip,2012,12,5079–5085.ISSN：1473-0197)；da Silva et al.使用摩擦生電的聚乙烯對苯二酸酯薄片去封裝紙基管道(Everson T.S.G.da Silva,Murilo Santhiago,Fabrício R.de Souza,Wendell K.T.Coltro and Lauro T.Kubota，Lab Chip,2015,15,1651.ISSN：1473-0197)。Martinez et al.直接將兩層蠟圖案化紙芯片堆疊成一個雙層芯片(A.W.Martinez,S.T.Phillips,G.M.Whitesides and E.Carrilho,Anal.Chem.,2010,82,3–10.ISSN：0003-2700)。這種方案會使每層芯片之間形成縫隙，明顯加速液體的流動。另外一種解決思路是采用中空管道，Renault et al.首倡這種方案，并利用兩層除去管道內紙纖維的蠟圖案化紙芯片堆疊，構建出這種中空管道芯片。液體可以在這種中空管道中因為毛細現象以較高的速度定向流動，有較高的使用價值(C.Renault,X.Li,S.E.Fosdick and R.M.Crooks,Anal.Chem.,2013,85,7976–7979.ISSN：0003-2700和C.Renault,M.J.Anderson and R.M.Crooks,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,4616–4623.ISSN 0002-7863)。但是這類蠟基芯片不可彎折，層疊間不牢固，容易漏液，并且不能制備復雜的結構。基于上述認識，本發明著手開發全新的思路，以制作液體流速更快、更少吸附、具有定量分析大分子能力的紙芯片。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于紙芯片快速物質輸運的新型紙毛細管快速導流結構及其制備方法，以滿足大分子定量分析等應用的需求。

本發明的技術方案如下：

一種紙基-透明塑料膠帶復合微流控芯片，它是以物理方法或化學方法在基材紙上構建微流道，從而使待分析流體按照設定的親水通道流動，其特征是：它是基材紙上主微流道位置形成寬0.2–1mm和深0.1–1mm的凹槽，凹槽上貼合透明塑料膠帶，構成毛細管的紙芯片。