生化、制药专业毕业论文文献综述综述

微污染物-微生物活性的微流控芯片直接检测1. 研究的目的和意义

环境监控已越来越为人们所需要，这就要求有合适的实时检测设备。微流控芯片（Microfluidic Chip）将化学、生物、医学等领域所涉及的样品的选择、制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一个几平方厘米（甚至更小）的微芯片上，通过微通道结构来控制流体流动，从而完成不同的化学或生物反应过程，并对其产物进行分析，它为生化分析新局面的开创提供了一个新的研究平台。通俗点，就是将实验室搬到微芯片上，微流控芯片为环境监控提供了一种合适的分析监测设备。本文介绍了以色谱纸为基材制作了纸基微流控芯片的基本概况、芯片的发展现状、芯片的制作、芯片检测方法，并将纸基微流控和微污染物-微生物的活性相结合，对微污染物-微生物活性的微流控芯片直接检测进行了初步研究。

2. 微流控芯片的基本概况

一种新兴的芯片技术——微流控芯片技术以其快速分析、低消耗、微型化和自动化等特点发展非常迅速。微流控芯片（又称芯片实验室）是一种以在微米尺度空间对流体进行操控为主要特征的科学技术。它具有将化学和生物实验室的基本功能微缩到一个几平方厘米芯片上的能力，已经显示了重要的应用前景。该技术是在分析化学领域发展起来的，它以分析化学为基础，以微机电加工技术、微流体驱动或者控制、检测技术为依托，以微通道网路为结构特征，以化学和生命科学为主要应用对象，把整个实验室的功能集成到芯片上，而且制作简便，作为一种新兴的科学技术，微流控研究已经涉及化学、生物学、工程学和物理学等诸多领域，学科交叉性强，分析化学则是其第一轮也是最直接的一个应用领域[1]。近年来，微流控研究发展迅速，技术创新层出不穷，应用领域不断拓宽。

3. 微流控芯片的发展现状

微型全分析系统（Miniaturized Total Analysis Systems,μ-TAS）的概念是1990年Manz和Widmer等人首次提出来的，目前已经发展为世界上最先进的科学技术之一。微型全分析系统（Miniaturized Total Analysis Systems,μ-TAS）或称芯片实验室（Laboratory-on-a-Chip，简称LOC）是一个跨学科的新领域，其目标是通过分析化学、微机电加工（MEMS）、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学的交叉实现化学分析系统从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化。微流控芯片（Microfluidic Chip）、生物芯片（Biochip）和芯片实验室（Lab-On-Chip,LOC）都属于片μ-TAS的范畴[2-3]。以微流控技术（Microfluidics）为基础的微流控芯片是其核心技术。

微流控分析芯片最初只是作为纳米技术革命的一个补充，在经历了大肆宣传及冷落的不同时期后，最终却实现了商业化生产。微流控分析芯片最初在美国被称为“芯片实验室”（Lab-On-Chip），在欧洲被称为“微整合分析芯片”（Micrototal Analytical Systems），随着材料科学、微纳米加工技术和微电子学所取得的突破性进展，微流控芯片也得到了迅速发展，但还是远不及“摩尔定律”所预测的半导体发展速度[4]。今天阻碍微流控技术发展的瓶颈仍然是早期限制其发展的制造加工和应用方面的问题。芯片与任何远程的东西交互存在一定问题，更不用说将具有全功能样品前处理、检测和微流控技术都集成在同一基质中。由于微流控技术的微小通道及其所需部件，在设计时所遇到的喷射问题，与大尺度的液相色谱相比，更加困难。上世纪80年代末至90年代末，尤其是在研究芯片衬底的材料科学和微通道的流体移动技术得到发展后，微流控技术也取得了较大的进步。为适应时代的需求，现今的研究集中在集成方面，特别是生物传感器的研究，开发制造具有超强运行能力的多功能芯[5-6]片。

4.微流控芯片制作目前的现状

微流控芯片的制作就是在所选用的芯片材料上制作出微通道，然后在制作好的微流控芯片上进行样品的前处理、分离、反应和检测，因此需要采用

特定的微细加工技术。微加工技术就是将设计好的图形高精度的转移到芯片上的技术，由于用于微流控芯片制作的材料比较多，它们的化学性质也千差万别，因此加工微流控芯片的方法也就比较多[7]。其中纸质微流控芯片是近期发展起来的一种新的微流控芯片形式。与普通意义上的微流控芯片基材相比，它具有成本低、制备简单、无需复杂外围设备等特点，非常适用于发展资源匮乏条件下的生化检测新方法。由于色谱纸是由纤维素组成的，是亲水性的，允许水溶液通过纤维层，这样的性质就为用色谱纸来制作微流控装置提供了基础。纸基微流控就是以色谱纸作为芯片材料，使用光刻技术、喷墨印刷技术、蜡印刷技术、打印PDMS和等离子体氧化等技术制作而成。这种低成本的纸基微流控诊断和分析装置对于一些发展中国家、偏远地区或者是家庭式的床前检验是很有帮助和吸引力的。由于它具有携带方便、可一次性使用、成本低廉、所需样品的体积小、分析速度快、可以进行多种物质同时检测等优点，已经被越来越多地应用于化学、生物、医学等领域，而且有着很好的发展前景[8]。

4.1光刻法

光刻法[9]就是在纸上形成微通道来制作纸基微流控，主要包括以下步骤：

（1）首先将SU-8光刻胶均匀涂覆于色谱纸上（使用旋转涂胶仪涂覆或者将色谱纸浸入SU-8光刻胶中进行涂覆）；

（2）其次将涂好光刻胶的色谱纸在95℃下烘干大约10 min（不同的文献中根据实验要求采用的烘干温度也有所不同）；

（3）然后将一张已经制作好的光掩膜覆盖于色谱纸上，在紫外灯照射下进行曝光处理，于95℃下再次烘干1-3 min，将曝光后未聚合的光刻胶用丙酮除去，从而在色谱纸上形成微流控通道；

（4）最后将制作好的纸基微流控在室温条件下干燥lh即可进行实验。

光刻法虽然是应用最多的制作纸基微流控芯片的方法，但是它存在两个缺点：

（l）坚硬的光刻胶憎水区容易受到弯曲、折叠而被破坏；

（2）光刻技术需要昂贵的仪器设备，且光刻胶本身的价格也较贵，整