纸芯片
低成本、多反应区域的纸基芯片_概述及解释说明
低成本、多反应区域的纸基芯片概述及解释说明1. 引言1.1 概述：本篇文章将介绍低成本、多反应区域的纸基芯片的概念、原理以及其在生化分析中的应用。
纸基芯片是一种基于纸张材料制造的微型化实验室平台，能够实现多种生物反应和样品处理。
由于其低成本、简单制备和易携带等优势，纸基芯片逐渐受到科研人员和工程师的关注，并在生化领域展示出巨大潜力。
1.2 文章结构：本文将分为五个部分进行阐述。
首先，在引言部分我们将对纸基芯片进行简要介绍并阐述文章结构。
接下来，在第二部分，我们会详细探讨纸基芯片的概念与原理，包括其定义、多反应区域设计原理以及制备技术。
随后，在第三部分，我们会介绍纸基芯片在生化分析中的应用情况，涵盖血液检测以及环境监测相关内容。
紧接着，在第四部分，我们将重点讨论纸基芯片的优势与挑战，包括低成本优势解释说明、多反应区域带来的便利性和灵活性，以及面临的技术和商业化挑战。
最后，在第五部分，我们将对纸基芯片的发展前景进行展望，并进行总结。
1.3 目的：本文旨在为读者提供对低成本、多反应区域的纸基芯片有一个全面的了解。
通过阅读本文，读者将了解纸基芯片的概念和原理，并了解其在生化分析领域中的各种应用。
同时，本文还将讨论纸基芯片所具备的优势与挑战，以及其未来发展的前景。
通过深入了解纸基芯片，读者可以更好地理解该技术并探索其在其他领域中的潜力。
2. 纸基芯片的概念与原理:2.1 纸基芯片的定义:纸基芯片是一种以纸张作为基底材料，并在上面集成微型反应器用于生化分析的微型系统。
它采用了纸张的吸液性和渗透性，在其表面构筑了多个微小通道和反应区域，用于进行生物样品的处理和分析。
2.2 多反应区域的设计原理:纸基芯片采用了多反应区域的设计，即在纸张上划分出不同的区域用于进行不同的生化反应或测试。
这些反应区域可以根据需要进行定制，既可以是线性形状，也可以是点状、环状等。
每个反应区域通常包含有特定功能的试剂或探针，用于检测目标分子或进行特定生化过程。
纸基微流控芯片的加工及其应用
纸基微流控芯片的加工及其应用闫宇;许长华;谷东陈【摘要】As the core of the miniaturized total analysis system,microfluidic chip has the characteristics of high efficiency separation,rapid analysis,low reagent consumption and miniaturization,provides a new platform for rapid detection analysis.With the development of microfluidic technology,paper based microfluidic chip has been widely used because of its low cost,easy fabrication and convenient carrying.This paper mainly introduces the processing technology of paper based microfluidicchip,including wax printing meth od,UV lithography and plasma processing technology,inkjet printing technology and wax dipping technology,cutting technology and the application of paper-based microfluidic chip.%纸基微流控芯片以其低成本、制作简易、方便携带可以实现现场实时检测等优点得到了广泛的应用.文章主要介绍纸基微流控芯片的加工技术,包括蜡印法、紫外光刻法、等离子体处理技术、喷墨印刷技术、融蜡浸透技术、切纸技术以及纸基微流控芯片的应用,以期为食品快速检测提供更先进的方法和更高效的途径,加速纸基微流控芯片的发展.【期刊名称】《食品与机械》【年(卷),期】2017(033)008【总页数】6页(P204-209)【关键词】微流控纸芯片;微加工技术;检测技术;应用【作者】闫宇;许长华;谷东陈【作者单位】上海海洋大学食品学院,上海201306;上海海洋大学食品学院,上海201306;上海海洋大学食品学院,上海201306【正文语种】中文Abstract： As the core of the miniaturized total analysis system, microfluidic chip has the characteristics of high efficiency separation, rapid analysis, low reagent consumption and miniaturization, provides a new platform for rapid detection analysis. With the development of microfluidic technology, paper based microfluidic chip has been widely used because of its low cost, easy fabrication and convenient carrying. This paper mainly introduces the processing technology of paper based microfluidic chip, including wax printing method, UV lithography and plasma processing technology, inkjet printing technology and wax dipping technology, cutting technology and the application of paper-based microfluidic chip. Keywords： microfluidic paper chip; microfabrication technology; detection technology; application微流控芯片技术又称芯片实验室(Lab-on-a-chip)，它以微机电加工技术为基础，综合生物学、化学、计算机、材料学等多学科将样品的制备、稀释、分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的芯片上。
微流控多层纸芯片研究乳腺癌组织的微环境酸化
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微流控多层纸芯片研究乳腺癌组织的微环境酸化
作者：严伟张琼陈斌梁广铁李伟萱周小棉刘大渔
来源：《分析化学》2013年第06期
摘要将多层纸芯片技术用于肿瘤微环境酸化研究。
将种植有乳腺癌细胞的8层硝酸纤维
素薄膜叠放行封装于芯片中，用以模拟3D乳腺癌组织。
灌流培养多层纸芯片乳腺癌组织数天后拆分多层纸芯片，以检测各层薄膜上细胞生存、增殖和胞内乳酸含量，解析不同深度下肿瘤细胞微环境酸化程度。
实验表明，细胞酸化程度受灌流速度影响，高灌流速度可以增加纸层上细胞密度，酸性代谢产物排出增加。
缺氧也是导致微环境酸化的重要因素。
随着氧气扩散距离的增加，酸化程度加重，并且肿瘤细胞生存率和增殖率相应降低。
关键词微流控芯片；乳腺癌；微环境酸化；三维细胞培养；纸芯片细胞培养。
纸基芯片构建方法
纸基芯片构建方法纸基芯片是一种新兴的电子器件，它的基底是纸张，可以用于制造各种电子元件和模块。
纸基芯片具有重量轻、柔韧性好、低成本等优势，可以应用于可穿戴设备、传感器等领域。
纸基芯片的构建方法主要包括以下几个步骤：1.准备基础材料要构建纸基芯片，首先需要准备一些基础材料，包括纸张、导电材料、绝缘层等。
纸张可以选择常见的办公用纸或特种纸，导电材料可以选择金属薄膜、碳纳米管等，绝缘层可以选择聚乙烯薄膜等。
2.制备导电纸张将纸张表面涂覆导电材料，可以使用刷子、喷涂或浸渍等方法。
涂覆导电材料的目的是为了提高纸张的电导性能，使其可以传导电流。
3.制备绝缘层纸基芯片中的导电层和非导电层需要通过绝缘层进行隔离，以防止短路。
制备绝缘层的方法可以使用涂覆、层叠或覆膜等方法，在纸张表面形成一层绝缘层。
4.制备电路图案根据设计的电路图案，在纸张上绘制电路。
可以使用传统的绘图工具如铅笔、钢笔等，也可以使用印刷技术如丝网印刷、喷墨印刷等。
5.添加电子元件根据设计的电路图案，将相应的电子元件添加到纸张上。
可以使用印刷技术将导线、电阻、晶体管等元件印刷在纸张上，也可以将已经制备好的电子元件直接粘贴或焊接在纸张上。
6.封装和保护纸基芯片在制备完成后需要进行封装和保护，以提高其稳定性和耐久性。
可以使用覆膜或涂覆保护层的方法对纸基芯片进行封装和保护。
7.测试和调试完成纸基芯片的制备和封装后，需要进行测试和调试，以确保其功能正常。
可以使用测试仪器对纸基芯片的电路连接和电性能进行测试，如电阻、电容、电流等。
总结：纸基芯片的构建方法包括准备基础材料、制备导电纸张、制备绝缘层、制备电路图案、添加电子元件、封装和保护、测试和调试等步骤。
这些步骤可以根据具体的需求和设计进行调整和改进，以满足纸基芯片的制备要求。
纸基芯片作为一种新兴的电子器件，具有重要的应用价值，相信随着技术的发展和进步，纸基芯片将会有更广泛的应用。
图解纸芯片制作及应用进展
图解纸芯片制作及应用进展作者：齐云龙丁永胜来源：《现代仪器与医疗》2013年第03期摘要纸可以作为分离和快速检测技术的支撑材料，采用纸质微流控芯片可实现传统试纸所无法实现的对多组分目标物的同时、定量分析，满足对样品中临床疾病标志物和食品、环境中重要污染物的快速、廉价和便携式分析的需求。
目前已开发许多快速、简便、重复性好、成本低的纸芯片制备方法。
本文以图解方式简要介绍国内外在纸芯片制作及应用方面的研究进展。
关键词图解纸芯片制作应用进展前言微流控芯片（Microfluidic Chip）借鉴半导体微加工技术和（或）微电子工艺在芯片上构建微流路系统（由储液池、微反应室、微通道、微电极、微电路中的一种或几种组成），加载生物样品和反应液后，在压力泵或电场的作用下形成微流路，在芯片上进行一种或连续多种反应，可达到高通量快速分析的目的。
“芯片实验室（Lab-on-a-chip）”或称微全分析系统（Miniaturized Total Analysis System，µ-TAS）意指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单元集成或基本集成到芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析。
功能化芯片实验室大体包括3部分：芯片；分析仪，包括驱动源和信号检测装置；实现芯片功能化方法和试剂盒。
采用微流控芯片分析具有突出优点：（1）系统微型化，芯片面积常为数平方厘米；（2）试样、试剂消耗低，污染少；（3）分析速度快、高通量（通道短，场强高，分离快）；（4）自动化、集成化程度高——反应、分离可控性大大提高，在集成化基础上可制成便携式仪器用于现场分析。
其研究应用日趋广泛，涉及生命科学、化学、材料、生物合成、生化诊断分析、药物筛选等领域[1～9]。
纸芯片（Paper-based microfluidics）或纸芯片分析装置（Microfluidic Paper-based Analytical Devices，μPADs或Lab-on-paper Analytical Systems）是微流控分析系统的新成员，与普通意义上的微流控芯片相比，它成本低、制备简便、无需复杂外围设备，能够进行真正意义上一次性、价格低廉、便携式的分析，已经越来越受到关注[10]，被普遍视为未来现场实时诊断发展趋势之一[11～14]，本文重点介绍纸芯片的制作及应用。
微流控纸芯片专利技术综述
微流控纸芯片专利技术综述作者：张若剑刘俊来源：《科技视界》2018年第24期【摘要】微流控芯片具有样本需求量少、高通量、分析速度快、成本低、集成度高、多元化、可定制等诸多优点，是医药生物以及化学领域的新兴的实验装置和热门的研究方向。
纸芯片是一类新的、具有独特优势的微流控芯片类型，特别适于一次性分析。
本文利用国内外专利数据库对关于微流控纸芯片的专利技术进行了数据分析。
【关键词】微流控；纸芯片；疏水剂；蜡印中图分类号： TN492 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）24-0198-002DOI：10.19694/ki.issn2095-2457.2018.24.0950 引言微流控（Microfluidics）是一种在微米尺度上操作、控制流体的技术。
微流控芯片是微流控技术实现的平台。
通过分析仪器的集成化、微型化，可把实验室中的分析仪器功能集成到几个平方厘米大小的芯片上。
传统的微流控芯片主要以玻璃、硅片、高聚物等材料作为基底，以微通道为网络，将微泵、微阀、微电极、微反应器、检测元件等功能器件像集成电路一样集成在微芯片上。
纸基微流控芯片即“微流控纸分析器件”（microfluidic paper-based analytical devices，μPADs）的概念，通过各种微细加工技术，在滤纸上构建流体通道网络及相关分析器件，建立“纸上微型实验室”（lab-on-paper）[1]。
μPADs将滤纸廉价易得、生物相容性好等特点与微流控芯片的传统优势相结合，一经提出就引起了广泛的关注[2]。
纸基微流控芯片特别适于制作“用后即弃”的一次性分析传感器，具有巨大的应用潜力。
（1）纸基微流控芯片的加工技术纸芯片的加工技术，除了光刻等传统的微电子加工技术之外，还包括纸质的常规加工工艺，如印刷技术等。
滤纸的加工方式丰富，与微流控芯片的技术需求相结合，形成了很多区别于传统微流控芯片加工手段的独特工艺。
纸基微流控芯片的应用及制备方法研究进展
纸基微流控芯片的应用及制备方法研究进展摘要：纸基微流控芯片作为一种新型微型检测平台，由于其制备简单，以滤纸为基底材料在环境中可降解吸收、原料廉价易得、便捷性高、样品消耗量少、无需流体驱动装置，在医疗检测、环境监测、食品安全检测等领域拥有非常广阔的应用前景。
本综述对纸基微流控芯片的制备方法做论述。
关键词：纸；纸基微流控芯片；制备方法纸作为大自然中普遍存在的一种纤维素材料，因其廉价易得、方便处理且实用性强而被广泛地应用于现代社会的众多领域。
此外，由于其具有良好的柔韧性、可变形性、生物可降解性等优点，被用作柔性“绿色电子”材料，在环境监测、食品检测、药品检测等领域有着比较理想的商业化前景。
还有用纸基材料制备的一些电子器件，如传感器和微流控元器件等，说明了纸基材料的应用广泛性。
以纸（如滤纸、层析纸或类似纸的薄层纤维）为芯片基体，通过对其进行折叠剪裁或者化学改性等方式，在纸上加工出具有亲/疏水区域的微通道，从而构建出试剂加载区域和检测区域，实现对微量样品的一种新型微流体分析检测。
相比于传统的聚合物微芯片和玻璃微芯片，μPADs质轻、易制作、易操作、易携带且成本低、便于存放，此外，还具有生物相容性好、毛细管作用强、无动力运输等优点，在医疗诊断、环境监测和食品质量检测等方面具有潜在的应用前景。
1 纸基微流控芯片概述纸基微流控芯片是一种无需外力驱动，根据纸基底本身的毛细效应进行驱动的一种便携式纸基分析设备。
纸基微流控芯片的制备最早可追溯到1949年，Muller和Clegg等人首次利用压印的方法将石蜡以特定的图案印刷在滤纸上，制备了一种亲疏水相间的设备，液体可在滤纸上沿特定通道流动，这一想法为纸基微流控芯片的制备提供了思路。
到目前为止，许多纸基微流控芯片的制备方法，仍然是利用石蜡在滤纸上形成特定疏水屏障。
直到2007年，Whitesides小组提出“微流控纸基分析设备”（Microfluidic Paper-based Analytical Devices, μPADs）的概念，他们利用光刻法，精确地在滤纸上利用光刻胶得到了具有特定疏水屏障的μPADs。
纸芯片教学设计
纸芯片教学设计纸芯片是一种结合了纸质材料与电子芯片技术的新型可编程电子元件。
它具有柔性、环保、低成本等特点，可以在教育领域有很大的应用潜力。
本文将从纸芯片教学设计的背景、教学目标、教学内容、教学方法和评价等方面进行详细阐述。
一、背景随着信息技术的快速发展，电子产品的普及和应用已经成为了当代社会不可或缺的一部分。
然而，学生对电子技术的理解通常停留在理论层面，缺乏实践操作的机会。
为了激发学生对电子技术的兴趣和创造力，我们引入了纸芯片教学设计。
纸芯片作为一种创新的电子元件，可以让学生亲自动手搭建电路并进行编程，以实现各种功能。
通过这种方式，学生可以深入了解电子技术的基本原理，培养解决问题和创新思维的能力，提高学生的实践动手能力。
二、教学目标1.了解纸芯片的基本原理和特点。
2.学会纸芯片的组装和使用方法。
3.培养学生的创造力和问题解决能力。
4.提高学生的团队合作和沟通能力。
三、教学内容1.纸芯片的基本知识介绍教师通过课堂讲解和多媒体展示，介绍纸芯片的基本原理、特点和应用领域。
同时，讲解纸芯片的组成结构、功能和使用方法，为学生的后续实践操作做好准备。
2.纸芯片的实践操作学生在教师的指导下，使用纸质材料和电子元件组装纸芯片电路，并将其连接到计算机或移动设备。
然后，学生根据教师布置的任务，编写代码实现相应的功能。
例如，制作一个发光效果的LED灯，或者制作一个能发出声音的电路等。
3.团队合作项目为了培养学生的团队合作和沟通能力，教师可以将学生分为小组进行纸芯片项目的设计和实施。
每个小组负责一个项目，成员之间需要相互配合和协作完成任务。
例如，设计一个可以播放音乐和控制灯光的纸芯片音响。
四、教学方法1.启发式教学法教师通过提问和讨论的方式，引导学生主动思考和探索纸芯片的原理和应用。
通过启发性问题和案例分析，激发学生的兴趣和好奇心，提高学习的效果。
2.实践操作和演示法学生在教师的指导下进行纸芯片的组装和编程操作，通过实际动手操作来加深理解和记忆。
纸基纳米微流道芯片系统加工
纸基纳米微流道芯片系统加工纸基纳米微流道芯片系统加工是由一种基于纸基微流体技术的微纳米制造系统，用于制造纳米尺度的微小材料和结构。
这种技术提供了一种新的加工方法，可以用来制备复杂而精细的微纳米结构，使用新型微流体芯片技术，可以让制造成本大大降低。
本文将详细描述纸基纳米微流道加工的具体过程：一、基本原理1、纸基纳米微流道技术是一种基于纸（或其他柔性材料）的微流体制造系统，它可以用来制造微纳米尺度的材料和结构，以及相关的微纳米制品。
2、这种系统是由金属纳米线、纳米孔或纳米沟槽组成的复杂结构，可以通过激光转移技术或其他形式的加工处理，形成一种复杂的微纳米结构。
二、过程步骤1、实验准备:首先该技术要求使用一种特殊的柔性材料，如改性纸或其他类似材料，它们必须能够抵抗相关的加工处理步骤中所要承受的扭矩。
2、基材处理：改性纸受热后就可以在上面形成复杂的微纳米结构了，为了形成复杂的微纳米结构，可以采用微刻法，使用小元件、气动刻蚀等周边装置，在基材上形成不同的纳米结构。
3、加工处理：利用这种高精度加工技术可以实现复杂的纳米结构加工，并保证加工精度和质量，可以有效地实现纳米尺度的加工完成，从而形成一种应用于微纳米结构应用的复杂结构、材料。
4、质量检测：为了保证加工质量，必须有力的质量管理机制，要求改性纸在调整、加工处理等步骤过程中，细节不能发生变化。
三、应用前景纸基纳米微流道加工技术有着广阔的应用前景。
它提供了一种新的制造方法，它可以在一定成本内，大幅减低制造成本，实现复杂而精细的纳米微纳米结构加工。
未来这种技术将在生物材料加工、微电子零件制造、药物输送和监测、智能传感器、生物医学、气体传感等领域有广泛应用，可以为实现更复杂传感应用提供有效技术支撑。
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PART THREE
图 9（a）PDMS/纸芯片设计图；（b）-（c）检测病原体的示意图
图10 食物和水中污染物的电化学检测方法
PART FOUR
纸芯片的应用： 1. 临床诊断：经用于尿液、唾液以及血液中多种分 析物的检测，如葡萄糖、蛋白质、尿酸、乳酸、亚 硝酸根、酮类、胆固醇、DNA 等。 2. 食品质量控制：农药残留、亚硝酸盐、防腐剂、 细菌等的检测。
PART TWO
纸芯片的不同制作方法
PART THREE
纸芯片的检测技术：
光度检测 快速、简便、成本低
电化学检测
化及微型化
灵敏度高、选择性好、易于集成 背景低、灵敏度高、线性范 检测限更低
化学发光检测 电化学发光检测
围宽、设备简单和操作简便
PART THREE
图8 （a）单一通道的纸芯片；（b）检测沙门氏菌对应的手机装置
PART ONE
纸芯片的选择： 1.滤纸：吸水性强、生物相容性好、廉价易得等;
2.硝化纤维素：对生物分子有较好的非特异性吸附，
适合固定蛋白质和DNA等生物分子;
3.蜡光纸：韧性好、降解性低、表面光滑，可在其
表面固定纳米粒子;
4.纸巾：吸水性强，固定凝聚血细胞效果好。
PART ONE
分类 整体处理 局部处理
PART ONE
石蕊试纸是最早意义上的纸芯片。 2007 年， Whitesides 组第一次提出了纸芯片实验室（ labon-paper）这个概念，并且在近些年来取得了飞速 的发展。传统材质：玻璃、有机玻璃、有机硅等。 纸芯片优点： （1）成本低 （2）工艺简单，无需外置驱动 （3）易于检测，易于处理 （4）良好的生物相容性 （5）便携性强
PART TWO
图2 基于紫外光降解自组装单分子层方法制备纸芯片的流程图
PART TWO 烷基烯酮二聚体（ADK） 加热 等离子处理 亲水化 浸润 疏水化
图3 （a）使用等离子处理法用于制作纸质芯片的两枚金属掩膜；（b） 使用掩膜制作的六通道图案（用水将其浸润）
PART TWO
图4（a）使用喷墨打印法制作免疫条带的步骤；（b） 最终完成的免疫 条带示意图，包括一个进口，一个共轭区域，以及包括了测试线、控制 线和吸收区域的传感区域
3.环境监测：重金属离子、微囊藻毒素的检测。
PART FOUR
纸芯片的前景：
1. 微流控纸芯片的加工和修饰技术。
2.微流控纸芯片上的流体操控技术。 3.微流控纸芯片上的检测技术。 4.微流控纸芯片的应用。
THANKS FOR YOUR ATTENTION
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
PART TWO
图5 融蜡浸透技术制备纸芯片的流程图
PART TWO
图6 （a）柔印法示意图；（b）印版上的浮雕图案形成纸芯片上的疏水区域
PART TWO
图7 （A）、（B）、（C）激光处理后得到的图案化纸芯片，（B）为放 大图；（D）被液体浸润的图案化纸芯片
PART TWO
图8 制造不同功能和结构的装置的三种方法。（PM，多孔材质；CT， 防水胶带）
原理
先利用物理或者化 学手段对纸做疏水 处理，全部的疏水 化区域进行进步的 亲水处理
一次性对滤纸的局 部进行亲水或疏水 处理，直接形成具 有亲疏水通道相间 的微通道 蜡印 喷墨打印 丝网印刷 柔印 激光刻蚀
应用
紫外光刻 等离子处理 喷墨刻蚀
PART TWO
图1 （a）使用 SU-8 光刻法制作纸芯片；（b）修饰过的纸芯片用于生物检测
微流控纸芯片的设计及应用
CONTENTS
PART ONE
简介 纸芯片的制作工艺 芯片检测技术 应用
PART TWO
PART THREE
PART FOUR
PART ONE
微流控芯片： 又称芯片实验室，是一种以在微 米尺度的空间中对流体进行操控为主要特征的 技术，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大小芯片上的能力。 纸芯片：通过在纸质/类材质上进行精细加工， 可以得到具有目标结构的微通道以及相关分析 单元，在满足分析平台微型化、自动化、集成 化、便携化的基础上，为目前的微流控分析体 系提供了一个全新的技术平台。