基于荧光法纸基器件在体外疾病检测中的应用进展

在发展中国家的贫困地区,由于缺乏医疗设备,很多疾病的诊断只能依靠医疗工作者根据病人的症状进行估诊,往往延误了治疗。每年仍有多达五亿的疟疾患者由于未显示出病症而没能在感染早期被诊断出来,导致更多人被传染。因此,这些地区的居民亟需操作简单、廉价实用、可随身携带、无需辅助器材(如电、泵、光学器件等)的纸基器件检测常见疾病。纸基器件常用的检测方法有比色法、荧光法、化学发光法、电化学法、电化学发光法等。不同的检测方法可实现疾病的早期诊断以及食品质量检测和环境监测。因此,纸基器件的高检测速率、高选择性、高灵敏性,以及相对较低的成本和无污染优势,使其受到体外检测及相关应用检测的青睐。然而,纸基器件检测仍存在一些问题,尚待突破。例如,如何提高纸基器件检测的多样性、稳定性、重复性以及检测设备的便携性等。在不同的检测方法中比色法是最直观、最常用的一种方法,该方法通过显色反应,利用肉眼观察进行半定量分析,但通常会因为检测者的视觉感官不同而产生误差。该方法的局限性在于易受光线的影响,灵敏度和选择性不及电化学法。荧光法的选择性好、检出限低,但是在检测器件的便携性上还有很大的发展空间。化学发光法、电化学法以及电化学发光法在检测灵敏性、选择性上有一定的优势,但是限于电极易污染以及背景信燥比高等原因不能得到广泛应用。因此,近年来,除了对纸基器件的材料性质和器件性能有所研究外,研究者在高通量快速检测多种疾病检测应用中也取得了较好的成果。本文归纳了建立在荧光纸基器件方法上的发展应用,分别对荧光材料包括有机染料、量子点、金属纳米簇、上转换纳米颗粒、碳点等进行介绍,举例说明其在体外检测中的应用。例如,核酸检测、蛋白检测、细胞检测等,同时也指出了其在应用中的不足。因此,设计新型的稳定型、高量子产率、抗漂白性、低毒、生物相容性好、斯托克位移较大的光学材料,需要更多研究者的参与。最后,本文展望了作为疾病早期预防诊断的荧光纸基器件的应用前景。

基于声表面波纸基微流器件研究

研制了压电基片上能实现样品前处理的纸基微流器件。在128°YX-LiNbO3基片上制作了1个叉指换能器和1个反射栅;亲水性纸用来制作微流器件的微通道,浸有指示剂滤纸作为微反应器,一同粘附于透明胶带上,并采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)贴合于压电基片上。叉指换能器激发的声表面波驱动压电基片上的样品,使其输运到纸基微通道,并在纸基微反应器进行微流分析。在研制的纸基微流器件上实现了NO2-浓度的快速检测。

一种快速廉价纸基微流器件制作方法

提出了一种纸基微流器件的制作方法。焊锡丝构建微通道图案,并放入存有聚二甲基硅氧烷(PDMS)器皿中,固化后移除焊锡丝,棉线填入相应区域,制作内嵌棉线的PDMS图案母版。棉线吸收未固化的PDMS,轻压PDMS母版,棉线中未固化PDMS转移到其下的纸基片上,形成疏水性通道壁。在直径0.8mm焊锡丝构建的图案下,纸基器件分辨率为1.07mm。应用所制作的纸基微流器件进行了红墨水溶液输运及淀粉显色反应。该工作对纸基微流分析器件研究具有一定的参考价值。

声表面波辅助实现纸基微流分析

纸基微流器件往往难以实现样品前处理操作。提出了一种简单的纸基微通道制作方法及兼具有前处理操作功能的纸基微流分析方法。采用Protel设计微通道图案,采用印刷电路技术制作铜模板,并涂覆石蜡、覆盖滤纸,而后用电烙铁加热铜模板另一侧,熔融石蜡渗透入滤纸形成纸基微通道。制作的纸基器件放置于128°YX-LiNbO3压电基片上,当其上的叉指换能器在电信号作用下激发声表面波,输运待测微流体到达纸基微通道入口,并进而与其检测区中指示剂进行反应,实现微流分析。应用所提出的方法实现了葡萄糖和蛋白质的并行检测。该工作为纸基微流分析提供了一种新的纸基微通道的制作方法,同时,也为其解决了样品前处理操作难的问题,具有一定的参考价值。

铅笔导线的电路特性浅析

纸基器件以其低成本、高便携性、安全环保和工艺简单等特点,逐渐成为研究的热点。本文选题来自于2020年国际青年物理学家锦标赛第十题,“Conducting Lines”。在本文中,我们设计实验方案,搭建了控制压力变量的画线实验装置,用铅笔制作了不同类型的电阻和电容型纸基器件。对铅笔画出的“导线”构建的纸基器件进行测试,并从等效电路原理出发分析,测量了相关电学参数并探究其直流和交流特性。实验结果与理论分析符合较好。本文工作提供了一种简单易行的基于纸基器件的电路特性的教学实验方法,适用于本科实验教学。