文献综述(或调研报告):
2019年底爆发的新冠病毒疫情是如今的热点问题,在疫情防控的工作中快速对疑似病例的快速排查工作尤为重要,能够快速且准确完成分析的试剂盒需求量巨大,其中主要的检测方法如基因芯片,免疫色谱试纸条等方法都涉及到纸芯片技术。
图1:免疫色谱试纸原理示意图[6]
纸芯片的发展可追溯到 17 世纪,英国化学家罗伯特·波义耳偶然发现石蕊地衣中提取的紫色浸液遇酸变红色,遇碱变蓝色,并利用这一特点制成了酸碱试纸———石蕊试纸。1949 年,Muuml;ller 及其同事用石蜡浸渍滤纸形成一定的通道,发明了用于洗脱色素的纸上薄层色谱 。从此以纸为载体的分析诊断设备开始出现[1]。2007年,Whitesides研究组首次提出了纸芯片微流控设备(Paper based microfluidics),纸芯片由于其微型化,试剂用量少,实验条件和操作人员要求低,检测背景低,有利于光度法检测,造价低等优点被广泛应用于环境监测,化学分析,医疗诊断等领域。将这种技术应用于新冠病毒的检测可以减少试样的消耗量,且没有昂贵的仪器需求,多数可以使用肉眼鉴定,是一种极具发展潜力的检测设备。
液体在纸中的流动属于毛细流,是由于液体的表面张力而产生的液体在多孔介质中的流动。液体在多孔介质中的流动遵循的基本关系式为达西定律:
若不考虑重力,达西定律可以化简为:
可见流量Q与压差呈线性关系,在相同压差和截面积渗流的前提下,影响阻力的因素两个方面,一是流体的黏度,二是介质的渗透率[7]。本课题中截面积会发生变化,达西定律将不再适合直接对整条纸带进行计算,需要借助计算机仿真来模拟液体在纸芯片中的流动。
图2:纸芯片制作方法原理图
纸芯片制作通常是采用能固化的疏水性材料形成通道来限制和引导流体,这些材料包括
蜡、聚二甲基硅氧烷(poly (dimethylsiloxane) ,PDMS)、SU-8 、聚苯乙烯、烷基烯酮二聚体(AKD)、聚甲基丙烯酸甲酰胺 (PoNBMA)等,方法有光刻、手绘 、打印等,也有的采用
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