微流控芯片技術(shù)及其在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用進(jìn)展

姜慧蕓，孫 冰，金 艷，馮俊杰，田松柏

(1.中國(guó)石化青島安全工程研究院，山東 青島 266071；2.化學(xué)品安全控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.中國(guó)石化石油化工科學(xué)研究院)

微流控芯片又稱為微全分析系統(tǒng)或芯片實(shí)驗(yàn)室，其概念由Manz等[1]提出，目的是在一個(gè)幾平方厘米大小的芯片上實(shí)現(xiàn)整個(gè)分析過(guò)程或全部目標(biāo)物的分析，具有分析速度快、樣品用量少、集成化和自動(dòng)化潛力高的特點(diǎn)。因此，微流控芯片技術(shù)天然與便攜化、現(xiàn)場(chǎng)分析相適應(yīng)，在生物醫(yī)藥及環(huán)境領(lǐng)域均得到了熱切關(guān)注。水質(zhì)污染問(wèn)題由于水源分布廣泛、污染物種類繁多、濃度隨水體流動(dòng)變化迅速等特點(diǎn)，對(duì)于檢測(cè)儀器的便攜高效集成方面有較高要求，近年來(lái)研究者們將微流控芯片技術(shù)引入水質(zhì)檢測(cè)中，在此過(guò)程中做了很多努力，也取得了很多成果，以下主要介紹微流控芯片技術(shù)及其在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用。

1 微流控芯片技術(shù)

1.1 微流控芯片的材質(zhì)及加工方法

由于微流控芯片起源于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，因而其最早的材料和加工方式也沿用了MEMS，即采用光刻、蝕刻等在硅片上構(gòu)造需要的微通道。雖然精度較高，但是過(guò)程相對(duì)繁瑣，成本高，而且也存在透光性差、電絕緣性差、易碎、表面處理難等缺點(diǎn)。之后人們嘗試用玻璃代替石英進(jìn)行微流控芯片的研究，因?yàn)椴ＡУ墓鈱W(xué)性能和絕緣性好，表面改性相對(duì)容易，材料價(jià)格低廉[2]。玻璃芯片的加工仍然采用光刻和蝕刻的方法[3]。Qi Zhenbang等[4]通過(guò)減小芯片面積、增大單硅片上芯片的數(shù)目來(lái)降低單個(gè)芯片的成本。同時(shí)有研究將飛秒激光、皮秒脈沖激光技術(shù)引入玻璃芯片的制造，提高了芯片的制造速度[5-6]。

考慮到玻璃的易碎、加工難度大等問(wèn)題，聚二甲基硅氧烷(PDMS)憑借其優(yōu)良的透光性、生物兼容性、彈性以及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)引發(fā)了人們關(guān)注[7]。由于PDMS具有彈性，其芯片能與其他芯片之間更緊密地鍵合，而且能重復(fù)可逆變形，因此PDMS被廣泛應(yīng)用于微流控芯片的制造中，且至今仍是微流控芯片最主要的材料。PDMS芯片的加工一般是將液態(tài)的PDMS預(yù)聚物涂到以SU-8為代表的光刻膠模板上，加熱固化后脫模得到，雖然模板的加工仍采用光刻，但模板可以重復(fù)利用多次。Ayoib等[8]將SU-8沉積在玻璃基板上，部分曝光交聯(lián)后洗去未硬化部分，以此為模板進(jìn)行微通道塑造，提供了一種簡(jiǎn)便實(shí)用的PDMS芯片制造方法。但PDMS芯片也存在著表面改性困難、不易批量加工、長(zhǎng)時(shí)間使用易老化等缺點(diǎn)。

便于大規(guī)模注塑加工的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯、聚苯乙烯等高分子被嘗試用于制造微流控芯片。高分子芯片的加工主要采用雕刻、熱壓、注塑等方法。雕刻法是使用精雕機(jī)等直接進(jìn)行雕刻，得到帶有特定通道的微流控芯片，不需要模具，成本低，一般不用于大批量加工；熱壓法則是先加熱聚合物使其軟化，利用模具在聚合物基底上壓制出所需的通道，冷卻脫模后得到芯片，加工過(guò)程中芯片變形較大；注塑法是機(jī)械加工等方式得到模具，將材料加熱液化后注入模具，冷卻脫模得到芯片，此方法能夠?qū)崿F(xiàn)快速、大批量加工，但模具成本較高，且需要注塑機(jī)。高分子材料價(jià)格低廉，透光性能好，加工和改性較容易，但與大多數(shù)有機(jī)溶劑不相容。另外，由于高分子材料硬度較低，加工易變形，目前高分子芯片的加工精度還較低，且批量加工的模具成本較高。

隨著研究者對(duì)芯片體積減小、自驅(qū)動(dòng)等方面的探索，紙芯片也逐漸成為一大研究熱點(diǎn)。紙芯片的加工最初也采用的光刻法[9-11]，后來(lái)人們又進(jìn)行了其他方法的嘗試和探索。例如，將紙芯片以浸泡等方式處理成疏水材料，然后在特定位置用等離子體處理成親水通道[12-13]，用噴墨、噴蠟、熔融、印刷等方法將疏水材料分布到紙上，冷卻、加熱、光照等方式使之固化，在紙芯片上構(gòu)造疏水圖案[14-15]，用剪刀或激光等方式對(duì)紙進(jìn)行裁切[16]等。紙芯片具有價(jià)格低廉、便攜性強(qiáng)、易于制作和使用等優(yōu)良性質(zhì)，適用于即時(shí)檢測(cè)，但在液體輸送、非特異性吸附、靈敏度等方面存在不足。

隨著3D打印技術(shù)的興起和微流控芯片構(gòu)型的復(fù)雜化要求，有較多研究者進(jìn)行了3D打印微流控芯片的嘗試。3D打印的材料一般是聚合物、金屬、光敏性材料等，對(duì)于聚合物和金屬，一般采用加熱熔融使之變?yōu)橐后w，經(jīng)噴嘴噴出后冷卻固化形成所需結(jié)構(gòu)[17]。光敏材料則是將材料用光照進(jìn)行固化，有的是將薄層的光敏材料按設(shè)定程序打印在一定位置，在紫外等光的作用下固化成型，然后一層一層漲上去，非打印區(qū)域常通過(guò)支撐材料支撐，在打印后洗掉[18]；也有的是充滿光敏材料的池子層層下沉，每一層在特定位置進(jìn)行光照使之固化[19]。近年來(lái)還發(fā)展了雙光子打印技術(shù)，根據(jù)雙光子吸收的三階非線性效應(yīng)，只有激光聚焦能量達(dá)到一定值時(shí)才會(huì)使材料固化，因而控制激光的焦點(diǎn)位置，即可實(shí)現(xiàn)特定形狀的芯片打印[20]。與傳統(tǒng)方法相比，3D打印更容易實(shí)現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，價(jià)格低廉，操作簡(jiǎn)便。但由于材料種類和打印技術(shù)的限制，這種芯片表面性質(zhì)不易控制，大多數(shù)芯片的精密度還有待進(jìn)一步提高。

因此，目前的芯片材料在性質(zhì)、加工、使用、價(jià)格等方面各有所長(zhǎng)，新材料的出現(xiàn)在部分性能方面有所改進(jìn)，但也在其他性能方面存在不足，并沒(méi)有完全替代前期的材料。水質(zhì)檢測(cè)芯片考慮到消耗量大、抗污染以及輕便易攜帶等方面的要求，高分子和紙質(zhì)材料目前研究和使用較多，未來(lái)芯片材料的發(fā)展將仍然會(huì)與加工技術(shù)的精度和加工成本協(xié)同發(fā)展。

1.2 微流控芯片檢測(cè)的驅(qū)動(dòng)與控制

微流控芯片分析時(shí)通常是驅(qū)動(dòng)力與微閥、通道結(jié)構(gòu)及表面力相互配合，控制流體在芯片不同位置的流動(dòng)或到達(dá)，以完成相應(yīng)的反應(yīng)。常用的驅(qū)動(dòng)力有電滲驅(qū)動(dòng)、壓力驅(qū)動(dòng)、離心力驅(qū)動(dòng)、毛細(xì)驅(qū)動(dòng)等。

電滲驅(qū)動(dòng)是基于電滲原理，在電場(chǎng)作用下，通過(guò)對(duì)通道表面及液體性質(zhì)、溫度、電場(chǎng)強(qiáng)度等因素的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)方向、流動(dòng)速度、到達(dá)位置等的控制。與電滲驅(qū)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的是電泳，不同的是電滲驅(qū)動(dòng)的是分散介質(zhì)(流體)，而電泳驅(qū)動(dòng)的是液體內(nèi)部懸浮或溶解的離子，并且不同離子由于帶電量、質(zhì)量、大小的不同會(huì)產(chǎn)生不同的速度，從而能夠通過(guò)電泳對(duì)不同的離子進(jìn)行分離[21-23]。

壓力驅(qū)動(dòng)即通過(guò)對(duì)流體施加壓力使進(jìn)口壓力大于出口壓力從而使液體在壓力差的驅(qū)動(dòng)下流動(dòng)，一般有恒壓和恒流兩種模式。壓力驅(qū)動(dòng)一般是通過(guò)連接外部設(shè)備如恒壓泵、注射泵、蠕動(dòng)泵等來(lái)實(shí)現(xiàn)，除了控制源頭的壓力大小和施加壓力的時(shí)間，還可以搭配微泵、微閥、真空等方法控制微通道不同位置的壓力。壓力驅(qū)動(dòng)的方式較容易實(shí)現(xiàn)，并能進(jìn)行多通路控制，但附加設(shè)備體積大，人們又進(jìn)行了微閥、微泵的有關(guān)研究[24-31]，一方面減少泵的使用，另一方面減小泵的體積。

離心力驅(qū)動(dòng)是利用離心機(jī)帶動(dòng)芯片轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)離心力的方向、大小(轉(zhuǎn)速)及液體位置來(lái)控制液體流動(dòng)。由離心力驅(qū)動(dòng)的芯片稱為“Lab CD”，其概念由Mandou等[32]提出。由于離心力在圓周上相同，此類芯片一般為圓形，多個(gè)重復(fù)單元在芯片上呈輻射狀分布。研究者們隨后使用這種芯片在血液分析、分子診斷、食品檢測(cè)等方面進(jìn)行了研究[33-36]。離心驅(qū)動(dòng)避免了多個(gè)機(jī)械泵的使用，在便攜和集成方面有了很大的進(jìn)步。

毛細(xì)驅(qū)動(dòng)通過(guò)微通道對(duì)液體的毛細(xì)作用力驅(qū)使液體前進(jìn)，是紙芯片最主要的驅(qū)動(dòng)方式。毛細(xì)作用力的產(chǎn)生主要是因?yàn)榻?rùn)液體在細(xì)通道內(nèi)受到的表面張力引起的。紙芯片的構(gòu)造通常是親疏水區(qū)域的劃分，即在親水的紙上刻畫(huà)疏水屏障，或者先將其整體處理成疏水，然后通過(guò)等離子體等方式將特定位置進(jìn)行親水處理[37-39]。Potter等[40]對(duì)不同墨水(蠟)進(jìn)行了研究，指出墨水顏色不同，紙芯片的疏水性能也會(huì)有所差別。由于構(gòu)建疏水屏障不易，Zhang Liming等[41]還研究了無(wú)疏水屏障的“無(wú)障礙式紙芯片”，即在不建立疏水邊界的情況下，在低體積和中厚紙基板上以生成沉淀的反應(yīng)進(jìn)行檢測(cè)。

目前采用最多的驅(qū)動(dòng)力仍然是電滲驅(qū)動(dòng)和壓力驅(qū)動(dòng)，但隨著微流控技術(shù)在集成性、便攜性的發(fā)展需要，結(jié)合在芯片材料成本及加工成本方面的考慮，離心力驅(qū)動(dòng)、毛細(xì)驅(qū)動(dòng)及一些新的驅(qū)動(dòng)方式如重力[42-43]、光[44-45]、熱[46-47]等引起研究者的廣泛關(guān)注。

1.3 基于微流控芯片的檢測(cè)方法

由于微流控芯片技術(shù)進(jìn)樣量少、檢測(cè)池小、分離分析速度快，因而對(duì)檢測(cè)器的靈敏性、準(zhǔn)確性、響應(yīng)速度及體積提出了要求。目前與微流控芯片結(jié)合使用的檢測(cè)方法有光學(xué)檢測(cè)、電化學(xué)檢測(cè)和質(zhì)譜檢測(cè)等。

1.3.1 光學(xué)檢測(cè)光學(xué)檢測(cè)即利用物質(zhì)或溶液的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，包括激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)、電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)、比色分析等。

激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)是對(duì)直接對(duì)具有熒光效應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)或?qū)⑽镔|(zhì)進(jìn)行熒光衍生后進(jìn)行檢測(cè)。Peng Guilong等[48]以磁性多壁碳納米管提取和富集水樣中痕量Cr(Ⅱ)，采用在線熒光衍生化和激光誘導(dǎo)熒光(LIF)光譜檢測(cè)的流動(dòng)注射微流控芯片進(jìn)行Cr(Ⅲ)分析。Liu等[49]在紙芯片上植入乙酰乙酰苯胺，通過(guò)其與甲醛生成的絡(luò)合物熒光效應(yīng)對(duì)甲醛濃度進(jìn)行檢測(cè)，研發(fā)了一種快速測(cè)定甲醛的方法。熒光檢測(cè)的檢出限低，靈敏度高，選擇性好，但是對(duì)于沒(méi)有熒光的物質(zhì)，衍生會(huì)大大增加整體時(shí)間，且導(dǎo)致分析步驟復(fù)雜化。

電化學(xué)發(fā)光檢測(cè)法是基于檢測(cè)物在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中發(fā)光，并根據(jù)強(qiáng)度大小進(jìn)行定量。Su Yan等[50]基于碳墨絲網(wǎng)印刷微流控技術(shù)、近源雜交技術(shù)和電化學(xué)技術(shù)研制了一種新型DNA生物傳感器。增強(qiáng)了多壁碳納米管的發(fā)光效果，具有高的靈敏度、好的特異性和可接受的通用性。

比色法是一種古老的方法，通過(guò)比較或測(cè)量有色物質(zhì)溶液顏色深度來(lái)確定待測(cè)組分含量，又分為色度法和分光光度計(jì)法，前者通常是通過(guò)目視將待測(cè)溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液比對(duì)定量，后者則是基于朗伯比爾定律定量。相比于目視比色法，分光光度法的準(zhǔn)確性具有較大的提高。由于色度法易受到主觀、分辨率等因素限制，逐漸被分光光度法所取代。近年來(lái)，隨著照相技術(shù)的不斷進(jìn)步和軟件功能的發(fā)展，尤其是內(nèi)置于智能手機(jī)中攝像頭的方便性，基于拍照比色分析的方法又逐漸回歸到人們的視野[51-53]。Kudo等[54]研發(fā)了微流控紙芯片，利用顏色強(qiáng)度和距離法實(shí)現(xiàn)了人體體液中乳鐵蛋白的檢測(cè)。Deng Muhan等[55]研發(fā)了一種噴漆法制備紙芯片的技術(shù)，并通過(guò)比色分析實(shí)現(xiàn)了鐵的定量分析。Wongwilai等[56]以紙芯片為分析平臺(tái)，通過(guò)對(duì)反應(yīng)性磷酸鹽進(jìn)行比色測(cè)定，對(duì)移動(dòng)電話、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、平板掃描儀和手持掃描儀作為圖像捕獲裝置對(duì)定量的結(jié)果影響進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

1.3.2 電化學(xué)檢測(cè)電化學(xué)檢測(cè)(ECD)是以電極作為傳感器，將溶液中的目標(biāo)待測(cè)物的化學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)的一種分析檢測(cè)方法，是微流控芯片檢測(cè)的常用方法。目前根據(jù)電化學(xué)檢測(cè)原理的區(qū)別可分為安培檢測(cè)、電位檢測(cè)、電導(dǎo)檢測(cè)等。

安培檢測(cè)(AD)是選擇具有電活性的分析物在恒電位工作電極上發(fā)生氧化還原反應(yīng)，同時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的電流信號(hào)，且電流信號(hào)的大小與需要檢測(cè)樣品物質(zhì)的濃度呈成正比關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)分析樣品物定量檢測(cè)的一種分析方法[57-59]。安培檢測(cè)法是對(duì)在電極上具有活性物質(zhì)的檢測(cè)，因而這種方法靈敏度較高但選擇性較差，且易受噪音影響，在一定程度上制約了其使用的廣泛性。

電導(dǎo)檢測(cè)(CD)是基于帶電組分在溶液中呈現(xiàn)的電導(dǎo)率的差異而進(jìn)行檢測(cè)的方法，待測(cè)物無(wú)須電化學(xué)活性的基團(tuán)，只要組分是離子型的都可以被檢測(cè)到，所以CD是一種較好的通用型檢測(cè)器。電導(dǎo)檢測(cè)法是一種通用型檢測(cè)方式，待測(cè)物無(wú)須具有生色基團(tuán)、熒光基團(tuán)或電化學(xué)活性基團(tuán)。按照工作電極與待測(cè)液接觸與否，電導(dǎo)檢測(cè)法主要分為接觸式與非接觸式兩種。Quero等[60]基于毛細(xì)管電泳分離和電容耦合非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)法對(duì)鉀離子、鈉離子和鋰離子進(jìn)行了分離檢測(cè)，檢出限接近1 μmolL。Duarte等[61]將基于電容耦合非接觸電導(dǎo)率檢測(cè)的集成電極的3D打印微流控裝置用于大腸桿菌細(xì)胞的無(wú)標(biāo)簽計(jì)數(shù)。

1.3.3 質(zhì)譜檢測(cè)質(zhì)譜檢測(cè)是基于樣品具有不同的質(zhì)荷比(mz)而定性和定量檢測(cè)目標(biāo)分析物。質(zhì)譜具有較高的靈敏度，目前主要用于對(duì)蛋白質(zhì)和多肽的分離檢測(cè)。Xue Qifeng等[62]在1997年第一次報(bào)道了芯片與質(zhì)譜的電噴霧接口。Jin Diqiong等[63]將設(shè)計(jì)的毛細(xì)管探頭與微液滴陣列芯片及電噴霧電離質(zhì)譜串聯(lián)，用于乙酰膽堿酯酶的藥物篩選，通過(guò)自動(dòng)控制在90 min內(nèi)完成了256個(gè)樣品的順序檢測(cè)。Zhao Yaju等[64]開(kāi)發(fā)了一種能夠同時(shí)進(jìn)行樣品提取、免疫親和富集、磁分離和在線洗脫的高度集成多功能微流控芯片，與質(zhì)譜耦合用于在線分析牛奶樣品中的7種不同的喹諾酮。

2 微流控芯片技術(shù)在水質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 水中有機(jī)物檢測(cè)

有機(jī)物是水的主要污染物，水體中的有機(jī)物污染一方面來(lái)自于人類生活及生產(chǎn)活動(dòng)的排放，如農(nóng)藥、化肥、生活污水、工業(yè)廢水等，另一方面來(lái)自于水體自身生物群體的釋放，如水體富營(yíng)養(yǎng)化。

衡量有機(jī)物的一個(gè)重要指標(biāo)是化學(xué)需氧量(COD)，指水中的還原性物質(zhì)在強(qiáng)氧化劑的作用下，發(fā)生氧化還原反應(yīng)時(shí)消耗氧的量。傳統(tǒng)COD的測(cè)定方法主要是在高溫條件下以強(qiáng)氧化性物質(zhì)(重鉻酸鉀、高錳酸鉀)對(duì)水體進(jìn)行氧化處理，通過(guò)滴定或吸光度衡量產(chǎn)物濃度，計(jì)算體系消耗的氧含量。由于存在耗時(shí)久、需要高溫以及鉻的使用帶來(lái)二次污染等問(wèn)題，人們一直在不斷進(jìn)行新方法探索。近年來(lái)，隨著催化技術(shù)的發(fā)展，TiO2被用于COD檢測(cè)過(guò)程的催化，并得到了較好的效果[65-66]。Mu Qinghui和Heng Weixin等[67-68]分別采用無(wú)模板法和水熱法制備了一維、二維二氧化鈦納米纖維(TNFs)大陣列，并將其作為工作電極置于由PDMS和PMMA制成的微流控裝置中，利用光電催化快速、無(wú)污染地測(cè)定COD。

除綜合性指標(biāo)COD外，其他一些對(duì)環(huán)境影響較大的單分子有機(jī)物也被重點(diǎn)關(guān)注。Foan等[69]以納米多孔有機(jī)硅酸鹽作為微流控芯片中的固相萃取劑，用于提取天然水體中的有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)了20 min內(nèi)對(duì)多環(huán)芳烴的檢測(cè)。Lee等[70]制備了一種表面吸附金納米粒子的紙質(zhì)微流控芯片，并用表面增強(qiáng)拉曼光譜對(duì)廢水中對(duì)氨基苯甲酸、鄰苯二酚兩種物質(zhì)進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果表明，對(duì)兩種物質(zhì)的檢出限分別可以達(dá)到1×10-9molL和1×10-5molL。

2.2 水中氮磷類營(yíng)養(yǎng)鹽檢測(cè)

2.3 水中重金屬檢測(cè)

重金屬如鉻(Cr)、鎳(Ni)、銅(Cu)、汞(Hg)、鉛(Pb)、釩(V)等，能使人體內(nèi)的酶等蛋白質(zhì)失去作用，如果超過(guò)人體所能耐受的限度，會(huì)造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等，對(duì)人體會(huì)造成很大的危害。例如，日本發(fā)生的水俁病(汞污染)和骨痛病(鎘污染)等公害病，都是由重金屬污染引起的。重金屬不可生物降解，并且可以在生物鏈中累積，因而重金屬污染具有不可逆轉(zhuǎn)性，受到了人們?cè)絹?lái)越高的重視。

除了前文中提到的Cr[48]、Fe[55]等金屬的測(cè)定，Peng Guilong等[78]以羅丹明衍生物為熒光化學(xué)傳感器，通過(guò)微流控芯片在線絡(luò)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)Hg(Ⅱ)的測(cè)定。Quinn等[79]將固相萃取預(yù)濃縮與紙芯片相耦合，開(kāi)發(fā)了一種低成本、可現(xiàn)場(chǎng)使用的檢測(cè)飲用水中痕量銅的方法和固相萃取預(yù)濃縮用紙芯片，并對(duì)采自柯林斯堡的自來(lái)水樣本進(jìn)行了測(cè)試，并通過(guò)ICP-MS進(jìn)行了驗(yàn)證，在0.5～20 mgg范圍內(nèi)誤差小于30%。Meredith等[80]基于微流控紙芯片和比色法建立了Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)兩種重金屬離子的檢測(cè)方法，在Fe(Ⅱ)，F(xiàn)e(Ⅲ)，Ni(Ⅱ)存在的情況下實(shí)現(xiàn)了對(duì)Mn(Ⅱ)、Co(Ⅱ)的定量分析。

2.4 水中細(xì)菌微生物檢測(cè)

水中存在的一些細(xì)菌、微生物等物質(zhì)可能會(huì)引起人類及動(dòng)物疾病，也是水質(zhì)檢測(cè)的一個(gè)重要因素。對(duì)于細(xì)菌及微生物的分析，大多數(shù)研究是采用免疫測(cè)定的方法，即將相應(yīng)的檢測(cè)蛋白質(zhì)置于微流控芯片上，通過(guò)特異性吸附后產(chǎn)生的熒光、顏色、電信號(hào)等變化對(duì)其進(jìn)行定量分析。

Badu-Tawiah等[81]制備了艾爾紙質(zhì)，結(jié)合比色法用于對(duì)瘧疾的免疫測(cè)定。Altintas等[82]利用納米材料在微流控芯片上進(jìn)行增強(qiáng)免疫測(cè)定，結(jié)合電化學(xué)傳感器和電腦軟件，實(shí)現(xiàn)了水中大腸桿菌的自動(dòng)化定量分析，傳感器表面還可以再生后重復(fù)利用。Khan等[83]在濾紙上涂覆聚(N-異丙基丙烯酰胺)聚合物和石墨烯納米薄層，構(gòu)建了電-熱響應(yīng)微流控芯片，根據(jù)細(xì)菌與復(fù)合涂層相互作用引起的電阻變化，編寫(xiě)MATLAB算法轉(zhuǎn)化為細(xì)菌個(gè)數(shù)，成功對(duì)革蘭氏陽(yáng)性、陰性細(xì)菌進(jìn)行了定量測(cè)定。Xu Peifeng等[84]基于微環(huán)境中氣溶膠粒子運(yùn)動(dòng)的原理，設(shè)計(jì)了一種平行聚焦徑向加速度的微流控功能芯片，對(duì)真菌類微生物進(jìn)行分離捕捉，實(shí)現(xiàn)了6 μm和10 μm的霉菌孢子和草莓灰霉菌孢子的提取凈化。

3 展 望

由于微流控芯片分析技術(shù)具有消耗試劑少、價(jià)格低廉、反應(yīng)速度快、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，在發(fā)展成為便攜式裝置方面潛力巨大。近年來(lái)，研究者們?cè)谙蛑⑿突?、自?dòng)化、集成化的目標(biāo)不斷前進(jìn)，在微流控芯片的材質(zhì)、構(gòu)型、流路控制方面進(jìn)行了較多嘗試，但目前大多數(shù)情況仍無(wú)法真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)分析過(guò)程的芯片化，在分析的準(zhǔn)確度方面也有待提高。近年來(lái)人們?cè)诩訌?qiáng)芯片的集成能力方面做了較多的努力，例如，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Owens[85]、加州大學(xué)的Vittayarukskul等[86]、浙江大學(xué)賀永教授團(tuán)隊(duì)的Nie Jing等[87]等先后報(bào)道了樂(lè)高式的模塊化微流控系統(tǒng)，通過(guò)不同模塊的多種組合實(shí)現(xiàn)多種不同的功能，加強(qiáng)了微流控芯片分析系統(tǒng)的集成性。未來(lái)微流控芯片技術(shù)在分析檢測(cè)方面的發(fā)展將朝著以下幾個(gè)方面進(jìn)行：一是適用于微流控芯片系統(tǒng)的預(yù)處理系統(tǒng)及微型器件的研發(fā)，使得系統(tǒng)的微型化和高度集成化成為可能；二是適用于微流控芯片技術(shù)的定量方法、試劑及系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，促進(jìn)微流控芯片技術(shù)等在檢測(cè)準(zhǔn)確度、抗干擾等方面達(dá)到要求；三是分析學(xué)、材料學(xué)、光學(xué)、電子機(jī)械等多學(xué)科跨領(lǐng)域的協(xié)同發(fā)展，使得微流控芯片技術(shù)的各方面功能更加完善。