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1、神奇的纳米纸？一种滤纸微流体芯片（μPADs）快速可视化测定方法卜继国，陈登云通用电气（GE）医疗集团生命科学部关键词：Whatman，微流体芯片，模板，光刻法，纳米纸，μPADs快速而简单地检测目标物的种类和成分是当代分析测试技术发展的目标。众所周知，像HPLC，AES,AAS,AFS,ICP-MS等传统方法不适合现场分析，对于非专业人士而言，检测原理相对深奥难懂，设备都昂贵，还需复杂的样品前处理。自从2007年Whitesides等首次提出“基于滤纸”微流体芯片技术（μPADs），它便引起了业界的极大兴趣，比起用硅、玻璃、高分子膜等传统微流体芯片，纸上微流体
2、芯片具有低成本、生物相容、使用简单、无需动力系统、一次性的优势，各种μPADs在过去5年里迅速成为研究热点并用于医疗诊断、食品分析和环境监测，Whatman滤纸（如WhatmanNo.1滤纸）也从此成为科学家的理想化学模板。只需在一张Whatman滤纸或其他功能试纸上固定某种化学染料分子/功能团，然后与待测目标物接触而显示不同的颜色，整个可视化的检测过程便可在瞬间完成，还可利用现代半导体光刻法集成更多检测通道于一身制成真正的微流体芯片，甚至可至微纳米量级。早在上个世纪初，英国科学家ArcherJ.P.Martin和RichardL.M.Synge曾运用Whamt
3、an1号滤纸做了大量层析实验，完整提出“气-液分配色谱理论和方法"而获1952年诺贝尔化学奖。总而言之，Whatman以数百年积淀的无数滤纸品种、滤膜和滤器，为微流体芯片技术的研究者提供了史上最丰富的“功能模板”，而Whatman1号滤纸至今已超过100年历史。实验流程文献来源1：WeiXiao,YanLuo,XuehaiZhang,JianguoHuang.Highlysensitivecolourimetricanionchemosensorsfabricatedbyfunctionalsurfacemodificationofnaturalcellulos
4、esubstance,RSCAdv.,2013,3,5318-5323DOI:10.1039/C3RA00074E利用二氧化钛溶胶-凝胶法浸润化学分析滤纸（如Whatman1号滤纸），在二氧化钛上固定化学染料分子，即得到显色检测功能的“纳米纸纤维”。模板选用化学分析滤纸，因滤纸由无数纤维素纤维组成，自然形成的三维精细结构成为二氧化钛包覆的模板，二氧化钛薄膜水解后表面富含羟基，有足够化学活性，能够和绝大多数分子结合，即“百搭”。上述模板可搭接萘胺、茜素氨羧络合剂、碳氟链化合物等通过显色或比色测定NO2-,F-等有毒离子。常见功能染料：萘胺（naphthylamin
5、e）、茜素氨羧络合剂（Alizarincomplexone）、碳氟链化合物、罗丹明类、苯并噻错、恶嗪硫酮、偶氮苯硫醚等。一张滤纸图片来源于RSCAdv.,2013,3,5318-5323纳米纸如果固定了萘胺可用于检测亚硝酸根离子；纳米纸如果固定了茜素氨羧络合剂可用于检测氟离子；纳米纸如果固定了碳氟链化合物则不亲油也不亲水，可做抑菌的食品保鲜与包装材料；纳米纸如果固定罗丹明类，则可用于检测水中的汞离子（检测限可达2ppb或10nM），该项成果来自中科院大连化物所分析化学研究室。文献来源2：QiaohongHe,CuicuiMa,XianqiaoHu,HengwuC
6、hen.MethodforFabricationofPaper-BasedMicrofluidicDevicesbyAlkylsilaneSelf-AssemblingandUV/O3‑Patterning.dx.doi.org/10.1021/ac303138x
7、Anal.Chem.2013,85,1327−1331将Whatman1号滤纸浸入OTS-n-己烷溶液5min，亲水性滤纸即刻成为高度疏水的滤纸（水接触角约125o），由于疏水的OTS分子偶联在滤纸纤维上，将疏水处理的滤纸置于深紫外光（UV），借助一张含有设计图案的石英掩膜，经紫外光照射的区域转变为高
8、度亲水性，而掩盖的地方则保持原状。亲水通道空间分辨率可达233微米，疏水通道可小至137微米。这样一张“集成芯片式”的微流体芯片可用于检测亚硝酸根离子。微流体芯片的合成过程示意图左图是疏水性和亲水性区域的对比，一滴5uL的染料滴在未掩盖区域（蓝色区域），而染料在右侧区域因高度疏水而无法散开，不同颜色的等分染料在亲水区可形成面积相等的圆圈，红色区域则是芯片浸入罗丹明B溶液之后干燥的状态。右图是运用该μPAD通过Griess颜色反应来检测亚硝酸根离子，通过显色深浅程度可以标定亚硝酸根离子的浓度，最小接近1mM。一张过滤介质，引领分离技术的发展Whatman代表了当今
9、过滤分离应用领域的领先水
