[发明专利]一种快速导流和物质输运的纸芯片及其制法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片，特别是利用纸和塑料透明胶带的复合构建具有毛细管道微流控芯片。

背景技术

纸芯片(Paper analytical devices(uPADs))自2007年由马丁内斯(Martinez)等人引入微流控领域以来，在芯片使用材料、芯片制作技术、芯片操作方式等方面都获得了极大的发展。传统的纸芯片由纸制成，纸不仅廉价易得，还容易裁剪、渗透、印染，从而适用于各种图案化操作，包括喷墨印刷、雕版印刷、乃至于手写。这些成熟技术为纸芯片的发展奠定了基础。除此之外，纸的多孔结构将纸芯片从根本上与传统的芯片区别开来，这个特点带来了两大优势：第一，由于纸张较大的比表面积，试剂更容易在纸中吸附从而固定在纸中，从而简化了芯片制作的过程；第二，由于纸纤维的毛细作用，液体在纸中可以自行流动，这使得纸芯片摆脱了对外部流体注射装置的依赖，结构更为简单、将更适用非专业领域和普通人群的使用。因此纸芯片在过去的十年间经历了迅猛发展，并被公认为商用化前景最好的一种微流控芯片。

然而，尽管发展迅速，纸芯片与传统微流控系统相比仍然存在一些不足。在这些不足中，系统的液流控制问题最为突出。这一控制包括两个方面：对液流流速的控制和输送范围的控制。在传统的单层纸芯片中，液体的流动所需时间和流动距离的平方成正比，所以随着距离的增加，液体流经整个管道系统的时间也将明显增加。这将导致明显的样品蒸发损耗。故而传统纸芯片一般限制在一个较小的结构单元上(管道总长度一般小于4cm)，不能用于大规模的多样品分析。在传统纸芯片上，可以运输的目标物一般只限于小分子和离子，大分子在纸芯片上会出现吸附、层析，从而出现严重的分配不均匀、堵塞在局部区域等问题。除此以外，传统纸芯片还面临着操纵多路流体困难、难以定量研究、传输过程吸附、样品重现性差的问题。

对于以上的困境，已经有几种初步的解决方法。其中一种是多层结构。Jahanshahi-Anbuhi将蜡图案化得到的纸芯片管道夹在两层塑料薄膜之间(S.Jahanshahi-Anbuhi,P.Chavan,C.Sicard,V.Leung,S.M.Z.Hossain,R.Pelton,J.D.Brennan and C.D.M.Filipe,Lab Chip,2012,12,5079–5085.ISSN：1473-0197)；da Silva et al.使用摩擦生电的聚乙烯对苯二酸酯薄片去封装纸基管道(Everson T.S.G.da Silva,Murilo Santhiago,Fabrício R.de Souza,Wendell K.T.Coltro and Lauro T.Kubota，Lab Chip,2015,15,1651.ISSN：1473-0197)。Martinez et al.直接将两层蜡图案化纸芯片堆叠成一个双层芯片(A.W.Martinez,S.T.Phillips,G.M.Whitesides and E.Carrilho,Anal.Chem.,2010,82,3–10.ISSN：0003-2700)。这种方案会使每层芯片之间形成缝隙，明显加速液体的流动。另外一种解决思路是采用中空管道，Renault et al.首倡这种方案，并利用两层除去管道内纸纤维的蜡图案化纸芯片堆叠，构建出这种中空管道芯片。液体可以在这种中空管道中因为毛细现象以较高的速度定向流动，有较高的使用价值(C.Renault,X.Li,S.E.Fosdick and R.M.Crooks,Anal.Chem.,2013,85,7976–7979.ISSN：0003-2700和C.Renault,M.J.Anderson and R.M.Crooks,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,4616–4623.ISSN 0002-7863)。但是这类蜡基芯片不可弯折，层叠间不牢固，容易漏液，并且不能制备复杂的结构。基于上述认识，本发明着手开发全新的思路，以制作液体流速更快、更少吸附、具有定量分析大分子能力的纸芯片。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于纸芯片快速物质输运的新型纸毛细管快速导流结构及其制备方法，以满足大分子定量分析等应用的需求。

本发明的技术方案如下：

一种纸基-透明塑料胶带复合微流控芯片，它是以物理方法或化学方法在基材纸上构建微流道，从而使待分析流体按照设定的亲水通道流动，其特征是：它是基材纸上主微流道位置形成宽0.2–1mm和深0.1–1mm的凹槽，凹槽上贴合透明塑料胶带，构成毛细管的纸芯片。