纸张作为微流控技术芯片的结构性能与优势

微流控技术指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体的系统所涉及的科学和技术,是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。本文简单介绍了纸基微流控芯片的起源和发展过程,阐述了纸张作为芯片的结构特性与优势、机理及其影响因素,简述了纸基微流控芯片的加工技术与方法。最后,希望深入研究纸张的表面性能、毛细管作用动力学等因素对微流控技术的作用和影响,以提高纸基微流控芯片的准确度和灵敏度。     

微纳米纤维素材料的微流控制备技术研究进展

为深入分析微流控技术制备微纳米纤维素材料的研究现状,促进其在各领域应用,综述了以纤维素及纳米纤维素为原料,以微流控技术为基础,结合快速冷冻法、原位界面络合法等技术,制备纤维素及纳米纤维素微球和微胶囊、纤维长丝、薄膜、微管、水凝胶的最新研究进展;针对微流控技术制备微纳米纤维素材料存在的挑战,提出了克服材料缺陷,提升微通道...     

微流控纸芯片在食品安全快速检测中的应用

微流控纸芯片,又称纸芯片,是用纸张代替了传统的微流控基底材料并将生化反应微缩于几平方厘米大小的纸上,构成的微型实验室分析系统。由于其低成本、便携性、热稳定性等优势,在质量控制与快速检测领域展现出了独特的创新和潜力。本文综述了纸芯片近几年在食品质量安全快速检测方面的研究进展,主要介绍了传统二维纸芯片制备过程中选择的纸质基材、微流控芯片亲水/疏水材料与技术和表面改性,深入三维结构纸芯片的流体通道构造,通道微阀、折叠等流体控制方式;重点介绍了2016—2022年纸芯片在食品质量安全快速检测方面（农兽药残留检测、致病菌检测、农药残留检测和食品掺假鉴别）的最新应用进展,并讨论其在未来的发展趋势与目前所面临的挑战,以期为纸芯片在食品安全检测领域的发展提供有效参考。     

表面张力驱动下挡板对微通道混合效果的影响

微流控系统由于微通道尺寸变得越来越小,所以原先传统的外力驱动方式遇到了很大的困难。而表面张力驱动微流体不需要任何外部能量源,对于设备小型化和集成化非常有优势。课题组通过对微混合通道内设置挡板,改变挡板的结构参数,通过数值模拟来研究表面张力驱动下挡板结构参数对混合效果的影响。研究结果表明:设置了挡板后微通道的混合效果显著提高;同时随着挡板结构参数的改变,微通道的混合效果也随之呈现出一定的变化规律。挡板的设置扰乱了微流体的流动,使得流体间的界面接触变多,混合效果得到提高。     

微流控线芯片的研发

文章将线作为微流控芯片管道的工艺,直接使用亲水性的线构建微流控芯片的通道,研发出了一种微流控线芯片,解决了微流控芯片中微通道的制作问题,大大降低了获得微流控管道的难度。而且微流控线芯片的材料易得、成本低,制作出的模型易携带,具有良好的发展前景。     

用于水产品中甲醛、双氧水和二氧化硫同时快速检测的微流控芯片系统研制

基于微流控技术与分光光度法,研制了一套用于水产品中甲醛、双氧水和SO_2快速检测的微流控芯片系统。该系统在一次性扇形微流控芯片上集成了进样、显色反应及检测单元,每张芯片可同时检测甲醛、双氧水和SO_2三种指标。结果显示,微流控芯片系统能够在5 min内实现对水产品中甲醛、双氧水、SO_2三种指标的准确检测,检出限分别可达到0.3、0.4、0.2 mg/L,回收率在92.38%～107.98%,相对标准偏差均低于4%。微流控芯片系统能够实现对水产品中甲醛、双氧水和SO_2进行现场、快速、全自动、高通量检测,适合基层非专业人员开展筛选需求,体现了微流控芯片在食品快速检测应用中的巨大潜力。     

纸基微流控芯片技术在食品安全检测中的应用

食品安全关系到全人类的生存和发展。食品分析检测是保证食品安全的重要途径。传统的食品安全监测体系主要依赖于专业的仪器设备和操作,昂贵且费时,寻求简单、快捷、大众型的食品安全检测方法具有重大的现实意义。纸基微流控芯片技术作为一种简便、高效、低成本的检测手段,可以实现从样品处理到检测的微型化、自动化、集成化及便携化,因而在食品安全快速检测领域展现出强大的发展活力。本文着重介绍了纸质微流控芯片技术在食品成分、农药残留、致病菌、重金属、食品添加剂等食品安全检测方面已取得的一系列重要进展,并展望了其在食品安全分析中的应用前景。     

微流控纺丝及其在生物质纤维开发中的应用

微流控纺丝技术,可精确控制和操作微通道内微尺度液体的流动,具有高精确度和自由度,打破了现有纺丝方法难以对纤维进行微观操控的局限性,在新型生物质纤维及功能性纤维开发方面有良好的应用前景。介绍了微流控纺丝技术的原理、装置及优势,列举了微流控纺丝技术在海藻酸盐、再生丝素蛋白、壳聚糖等生物质纤维中的应用及优势,并对微流体纺丝技术的发展前景进行总结与展望。     

微流控技术制备多种结构纤维材料概述

微流控技术因其在微尺寸的通道中可对微量液体进行精确操控而被广泛关注。在制备功能性微纤维方面,微流控技术通过改变微管道的结构设计、微流体的流动状态、多相层流间的剪切关系等,可以实现多种不同结构微纤维的可控制备。概述了微流控技术在制备实心、中空、螺旋、Janus/多组分、带状/沟槽、竹节状/纺锤结状等结构微纤维的研究进展,分析了微流控技术在制备多种结构功能性微纤维材料方面的发展前景,为今后微流控技术的应用提供参考借鉴。     

搭载微混合芯片的食品内亚硝酸盐含量光电检测方法研究

目的：提出一种基于光电探测原理的食品中亚硝酸盐高精度、低成本的定量快速检测方法,并构建搭载微混合芯片的便携式亚硝酸盐检测仪。方法：设计微混合芯片以实现检测样品的快速混合,并通过流体仿真验证芯片混合效率;分析光固化工艺参数对芯片通道打印精度的影响规律并制备了微混合芯片;设计并搭建了亚硝酸盐光电检测系统,分析亚硝酸盐含量与诱导电压的对应关系,并确定系统的检验灵敏度。结果：设计的微混合芯片可以实现检测试剂的高效混合,当置信因子为3时,光电检测系统检测质量浓度极限可达95.7 μg/L,系统线性指数的拟合误差为0.996 7,平均检测时间可达3 min。结论：光固化技术可实现混合微流控芯片的高精度制备,自主搭建的光电检测系统的检测精度和灵敏性可满足食品中亚硝酸盐的检测需求。     

用于农残快速检测的离心式微流控芯片研制

基于酶抑制原理结合光度分析方法,研制一种预存储生化试剂的离心式微流控芯片。设计制作的一次性微流控CD芯片集成进样、酶抑制反应、显色反应及检测单元,结合自行研制的便携式分析装置,可以同时检测12个样品,能够实现对大批量农产品中有机磷和氨基甲酸酯类农药残留进行现场、快速、高通量检测。结果表明:与传统农残快速测定仪比较,微流控芯片农残速测系统操作单元集成度高,可以实现农残检测流程的自动化,样品及试剂消耗量降至传统速测方法的约1/20,同时检测灵敏度、重复性和准确性整体优于传统农残快速测定仪,可以满足基层非专业人员针对大批量样品农药残留的筛查需求。     

微流控纸质芯片研究综述

综述了纸质微流控芯片的应用进展。对目前微流控技术的文献报道进行分析,总结出主要的研究热点和方向。对微流控纸质芯片的制造进行了系统总结,主要的纸质芯片集中在2D和3D纸质芯片的制造上。由于3D纸质芯片能够实现高通量、多样品以及多检测等优点,目前备受学界的关注。与此同时,打印与刻蚀技术将可能是未来微流控纸质芯片的主流制造手段。在众多的应用中,生理生化的应用将成为主流,通过LAMP反应与DNA或RNA检测相耦合,微流控纸质芯片将有极其宽广的应用前景。通过文献比照我们发现,目前学者普遍只使用Whatman公司(英国)制造出的特种纸(色谱纸、滤纸)等进行纸质芯片的开发。这也可以看出目前我们国内造纸企业主要生产产品在生理医学类高端检测市场的竞争力非常薄弱。这对于国内的研究学者而言也存在非常大的潜在风险。因为特种纸类是微流控纸质芯片的核心部件,如果没有高质量和稳定的理化性能的优质纸张(色谱纸、硝酸纤维纸、滤纸、玻璃纤维纸等)的生产和销售,国内学者开发出的好的微流控纸质芯片将无法得到稳定和大量的工业化生产。最后,笔者还对国内滤纸企业概况进行了探讨,以期为滤纸企业提供微流控纸质芯片的研发进展,从而更好地为国内滤纸企业在这个新兴市场上找到产品增长点提供思路。     

纸基微流控芯片的加工及其应用

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。     

用于农药残留现场快速检测的微流控芯片研制

研制一种用于农药残留现场快速检测的微流控芯片。设计制作的一次性高聚物微流控芯片集成进样、酶抑制反应、显色反应及检测单元,结合自制的手持式光度分析检测装置,可以实现对有机磷、氨基甲酸酯类农药的现场、低成本、快速、准确的检测。结果表明：通过在芯片内部固定存储生化试剂,只需一次进样,7 min内即可实现对克百威和乐果的快速检测,最低检出限分别为0.02、0.6 mg/L,对克百威加标回收率为95.0%～103.3%,制作的芯片在1 个月内的稳定性较好。使用微流控农药残留快速检测芯片系统,有望实现全自动检测流程,特别适合于基层非专业人员开展现场、快速、高通量的农药残留筛查。     

The use of “lab-on-a-chip” microfluidic SDS electrophoresis technology for the separation and quantification of milk proteins

The use of a microfluidic “lab-on-a-chip” technique for the separation and quantification of milk proteins is described and compared with traditional sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The microfluidic chip technique could separate all major milk proteins when standard protein solutions were used. In a milk system, α-lactalbumin, β-lactoglobulin, α_s-casein, β-casein and κ-casein were readily separated; the resolution was comparable with SDS-PAGE. However, the immunoglobulins, lactoferrin and bovine serum albumin could not be resolved from the background in the microfluidic chip technique, but were easily resolved by SDS-PAGE. Standard curves for the major whey proteins were linear with both techniques and the calculated concentrations of the major proteins in a milk sample were comparable using both microfluidic chip and SDS-PAGE techniques. These results indicate that the microfluidic chip technology may be a rapid alternative for the separation and quantification of proteins in milk protein based systems.     

Loop‐Mediated Isothermal Amplification (LAMP): A Rapid and Sensitive Tool for Quality Assessment of Meat Products

Loop‐mediated isothermal amplification (LAMP) is a novel method that amplifies target nucleic acids under isothermal conditions. It is a rapid, specific, and sensitive method, which does not require costly thermal cyclers for the detection of nucleic acids. Thus, it is suitable for on‐site detection assays under low‐resource settings. It can also be integrated on compact lab‐on‐a‐chip devices for the development of micro‐total analysis systems. This review discusses LAMP‐based methods, as well as LAMP‐based centrifugal, microfluidic, and other fluid‐handling devices, which have been developed for the assessment of meat quality parameters that are related to the presence or absence of nucleic acids, for example, animal species identification and microbiological quality. Advances in improving the rapidity, specificity, and sensitivity of LAMP techniques for the assessment of these meat quality parameters are also discussed in this review.     

基于微流控芯片的毕赤酵母微胶囊收集系统构建

微流控技术已成为目前发酵工程中筛选和表征微生物性能的重要方法.本研究从微流控技术的理论出发,将计算流体力学、颗粒-流体两相流动和牛顿运动定律理论用于粒子追踪模型,建立了毕赤酵母微胶囊收集过程的数学模型.借助仿真软件模拟了毕赤酵母微胶囊的收集过程,设计了微流控芯片中收集器结构,并进行了进一步的数值模型模拟,最后搭建了用于...     

重组酶聚合酶扩增检测产志贺毒素大肠埃希菌的微流控芯片技术

采用重组酶聚合酶扩增技术（recombinase polymerase amplification,RPA）,开发产志贺毒素大肠埃希菌（Shiga toxin-producing Escherichia coli,STEC）的等温检测方法,结合圆盘式微流控芯片快速检测目标微生物。以stx1和stx2基因为靶点,设计和筛选适宜的RPA检测引物和探针序列,验证了19 株STEC菌株（含9 种stx基因亚型）和21 株非STEC菌株,并采用人工污染的牛肉样品对集成化的微流控芯片进行评价。筛选出检测stx1和stx2基因的高特异性引物、探针组合,与美国农业部微生物实验室技术指南中STEC定量聚合酶链式反应（real-time polymerase chain reaction,real-time PCR）方法相比,目标基因检测的包容性和排他性均为100%。荧光RPA微流控芯片法在20 min内可同时进行32 个反应,可检测STEC菌体灵敏度为9.5×103 CFU/mL。根据GB 4789.6—2016《食品微生物学检验 致泻大肠埃希氏菌检验》的规定经增菌培养后在人工污染牛肉样品中可检测1 CFU/25 g的STEC污染,方法的相对正确度和相对检出水平均为100%。本研究开发了一种荧光RPA微流控芯片检测方法,可检测常见stx基因亚型STEC菌株,操作简单、反应速度快,适用于STEC的高通量快速检测。