纸微流控芯片定量分析基础及其在血液分析中的应用

This project will focus on the study of the realization of quantitative analysis on paper microfluidic chip. To realize this aim, the factors that impact the quantitative analysis on paper microfluidic chip will be first researched. New quantitative analysis based on paper microfluidic chip will be developed, and then applied on the on-site and quantitative detection of alcohol in finger blood. In this study, new fabrication method for full enclosed paper chip based on laser beam will be established. The factors that correlate with the accuracy of quantitative analysis, including the volume of injection, adsorption, maintenance of activity of preloaded reagent, environment and evaporation and the relation between the surface material and capillary force. In this study, the methods for the separation of plasma from micro-volume blood will be developed based on centrifugation and paper filter, to realize the automatic quantitative injection. New methods for the transformation of color signal to naked-eye reading dip-stick and signal collection by portable device will be developed for the quantitation of signal. The methods will be used in the application of on-site quantitative detection of alcohol in whole blood. We believe that progressed achieved in this project will help us to understand the fundamentals of quantitative analysis based on paper microfluidic chip and promote the development of the on-site quantitative detection of the alcohol concentration of drunken drinking people.

本项目拟以实现纸基微流控芯片定量分析为出发点，研究影响纸基微流控芯片定量分析的因素，发展纸基微流控定量分析新方法，并应用于血液中乙醇含量的即时定量检测。根据拟定的研究目标，发展纸基微流控芯片加工新方法，利用激光加工等技术，构建封闭式纸基微流控芯片。研究进样体积、吸附、负载试剂生物活性保持、环境条件与蒸发、封闭界面材料性质与毛细作用力大小等因素对纸基微流控芯片定量检测的影响。发展纸芯片上直接过滤式微量血浆分离方法，实现样品自动定量进样。基于乙醇氧化酶法，结合便携设备进行信号采集分析，建立纸基微流控芯片即时定量分析血中乙醇含量的方法。研究成果将对纸基微流控芯片定量分析方法提供理论基础，同时为现场定量检测醉驾者末梢血中乙醇含量的应用起到重要的推动作用。

发展通用、廉价、易用的生物传感器是应对目前的生物传感器普遍存在成本高、需要中心实验室条件支撑和经过专业培训的人员操作等生物传感器普及的限制因素的必然道路。纸材料的廉价易得、适合作为反应基底等优点，成为最具有潜力的生物传感器发展方向之一，并出现了各种快速检测试剂条。基于纸材料的微流控分析器件（μPADs）是一种新的生物传感器形式，更有可能实现多目标分析和定量检测。基于新型生物传感器对定量和便携性的要求，本课题重点关注便携易用的纸基微流控芯片的加工制作，影响分析检测能力的关键因素，分析方法的建立，以及分析器件定量检测能力。发展并实现了多种新颖的纸微流控芯片加工技术；发展纸芯片功能器件和分析平台及在重要的生化分析对象的检测应用。.1、研发了三种简单、低成本、便携以及快速制备微流控纸芯片分析器件（μPADs）的技术。包括使用热压印转移的蜡纸芯片，基于光敏印章的快速印刷式芯片加工，自制疏水材料图案化绘制设备，利用制得的微流控纸芯片进行比色测定葡萄糖和蛋白质。该技术与传统喷蜡打印技术制备纸芯片相比，成本更低，制作更简单。.2、利用全氟材料低表面能和疏水疏油的性能，使用含氟高分子固体材料作溶质，氢氟醚溶液作溶剂配制的溶液作为墨水，自制绘制设备，制得具有疏水疏油性能的微流控纸芯片，并使用该方法制备的纸芯片应用于有表面活性剂和有机溶剂参与的检测。.3、发展了丝网印刷保护转移技术，实现超低表面能材料对纸芯片进行疏水疏油化修饰。首先将目标亲水区域保护试剂印刷到芯片基材上，然后再通过简单浸泡方法，对目标疏水区域进行氟系材料的修饰，最后洗去目标亲水区域的保护试剂，该方法可以快速、批量化制作疏水疏油性能的纸芯片。.4、研究了酶等生物活性试剂负载的稳定性和活性保持问题；研究生物大分子活性的固定化修饰保护方法。热封条件下试剂活性的保持良好，色原等物质具有较强的抗氧化能力，解决试剂负载活性保持问题。