微流控设计：在纸基设备中的控制流体流动的新方法

ITL创新器械开发

发展中国家往往难以负担昂贵的实验室设备以及专业的操作人员。为了帮助这些地区的患者进行医疗诊断，科学家们希望将大型设备的功能通过简单廉价的纸质设备得以实现。

国外研究人员发布了一种扩展这些小型分析工具功能的方法。他们将一种可溶解的糖桥整合到纸制微流控装置中，起到阀门的作用，使研究人员能够控制从纸的各个部分流入和流出的液体的量。

横向流动试验是一种在纸基上实现的测试，其工作原理类似于基本的家庭妊娠试验。用户将液体样本添加到设备上，然后液体通过毛细管作用，沿着纸带向下流动到另一个含有试剂的位置。分析物和试剂之间的反应产生颜色变化，表明分析物的存在。

然而，横向流动装置在分析方面的能力非常有限。俄勒冈州立大学的研究团队希望为这些设备增加新的功能，比如利用传统微流控装置中使用的泵和阀门控制。通过增加一些功能，使研究人员能够控制液体输送的时间和体积，纸质设备可以在一个样品中检测到一种以上的分析物，或者执行多步骤分析。例如，由于具有处理多个步骤的能力，研究人员可通过放大检测信号的方法，进行更敏感的测试，如酶联免疫吸附试验（ELISA）。

现在，研究团队想开发一种自动开关用于控制纸设备中的液体流动，以最小化用户干预实现液体的定量。

研究团队最终在超市里找到了解决办法：一块方糖。他们认为，用方糖制成的糖桥可在纸设备的两个部分之间，随着液体的通过而溶解，从而切断流动。通过改变桥的大小和组成，研究人员可以控制输送的液体量。

为了验证这一想法，研究人员制作了一种折叠起来像贺卡的纸质设备。在设备的一端，安装一个储液罐和一个由间隙隔开的纸带渠道。他们把糖桥放在装置的另一端。折叠卡片将桥梁跨越渠道和连接到储液罐的输送带之间的间隙。

研究团队测试了两种糖，海藻糖和甘露糖，以制作 3 毫米和 6 毫米两种宽度的桥。他们使用的另一个变量是用来制造储液罐输送带的材料，它将液体从储液罐输送到桥上。他们测试了硝化纤维、玻璃纤维和聚酯。通过这三个变量的不同组合，研究人员发现它们可以在溶解之前输送 10 到 80 μl 的液体。所有的糖桥都在大约五分钟内溶解了。

随着原理验证测试的完成，团队下一步计划是将糖桥整合到可以检测疾病的纸质设备中。

麦克马斯特大学的研究者报道了一种带有“可侵蚀聚合物的桥梁”的纸装置。他的桥梁使用了不同的材料，但设计的目标相似。

这两项研究都为自供电、非电气开关的设计难题提供了非常有趣的解决方案。同时促进了纸质微流控研究的快速发展。

ITL集团作为领先的医疗诊断微流控设计研发解决方案的供应商，从21世纪初期开始研究微流控技术的开发和应用，对于微流控芯片设计和应用，包括取样方式，液体流动和控制，试剂储存，混合，阀门，加热技术，检测技术到最后的废液收集，都有深刻的认识和丰富的经验。目前为止已成功地设计并制造多种高性能微流控芯片，用于分子诊断，免疫分析，液体活检等体外诊断领域。

参考资料：

【1】A Sweet Solution For Controlling Fluidics In Paper Devices- Erika Gebel Berg. Chemical

& Engineering

News ISSN 0009-2347