開發(fā)一種將所有板堆疊并裝訂成“書”狀結(jié)構(gòu)的電化學(xué)紙微裝置

因紙具有通過毛細(xì)作用自然吸液的能力，紙基微流控技術(shù)消除了對(duì)泵和其它流體流量?jī)x表的需求。

同時(shí)因低成本，易攜帶和一次性使用的優(yōu)點(diǎn)，紙基微流控技術(shù)與核酸檢測(cè)相結(jié)合在病原體 “樣品－答案” 檢測(cè)中贏得廣泛關(guān)注。

紙基微流控芯片相關(guān)文章見：基于紙基微流控的全集成裝置(附視頻)、具備試劑存儲(chǔ)功能和核酸提取的紙基微流控裝置、人工智能+紙基芯片+POCT實(shí)現(xiàn)多靶標(biāo)病原體檢測(cè)

如圖 1 所示，本文開發(fā)一種將所有板堆疊并裝訂成“書”狀結(jié)構(gòu)的電化學(xué)紙微裝置，通過簡(jiǎn)單翻轉(zhuǎn)面板操作可依次完成樣品制備，LAMP 擴(kuò)增和電化學(xué)檢測(cè)。

本文采用蠟印刷濾紙將加熱熔化印刷的蠟形成疏水通道和通孔，采用具有高流速、低蛋白質(zhì)吸附特性的玻璃纖維用于核酸提取。

在核酸提取和純化后，采用商用電爐加熱，在封閉的擴(kuò)增腔內(nèi)進(jìn)行 LAMP 反應(yīng)。

在 LAMP 擴(kuò)增結(jié)束后，將紙基電化學(xué)單元的電極連接至恒電位儀，并測(cè)定氧化還原電流。通過在氧化還原活性分子亞甲基藍(lán)（MB）和雙鏈 LAMP 反應(yīng)產(chǎn)物之間進(jìn)行的電化學(xué)詢問來檢測(cè) LAMP 擴(kuò)增信號(hào)。

電化學(xué)方法、熒光法介紹可參考：常見等溫?cái)U(kuò)增產(chǎn)物檢測(cè)方法、電化學(xué)傳感器在體外診斷中的應(yīng)用。

該電化學(xué)微裝置由以下幾部分組成：

(1) 吸收板 (圖 1, 板 1＆2)

(2) 提取板 (圖 1，板 3)

(3) 擴(kuò)增板

(4) 紙基電化學(xué)單元 (圖 1，板 4＆5) 組成

圖 1 折疊式紙基微流體裝置

圖 1 中深色和灰色區(qū)域印有疏水性蠟。該器件包括五個(gè)面板 (1-5) 和一個(gè)用作 LAMP 反應(yīng)腔的塑料板，以避免反應(yīng)過程中試劑蒸發(fā)。

電化學(xué)紙基微裝置制作

本文采用二維或三維軟件設(shè)計(jì)紙微裝置的蠟打印圖案形狀。只需使用蠟打印機(jī)結(jié)合加熱板 (也可以用于 LAMP 反應(yīng)加熱)，即可在沒有專門設(shè)施或無塵室的情況下進(jìn)行芯片制作。

紙基電化學(xué)單元（圖 1 A，板 4＆5）采用絲網(wǎng)印刷電極結(jié)合蠟打印技術(shù)制作而成。

板 4 的圓形親水區(qū)被用于絲網(wǎng)印刷碳對(duì)電極和 Ag/AgCI 參比電極，板 5 的圓形親水區(qū)被用于制造金納米復(fù)合改性的紙陰極 (Au-PCE)。

裸紙和 Au-PCE 的 SEM 圖像如圖 3 所示，其中 (A) 為裸紙 SEM 圖像，(B) 為裸紙SEM放大圖像，(CD)為Au-PCE圖。

圖3

玻璃纖維圓盤手動(dòng)固定到玻璃纖維盤孔內(nèi) (板 3)和擴(kuò)增腔內(nèi)，以便通過適當(dāng)?shù)恼郫B操作即可輕松的轉(zhuǎn)移試劑與樣品。

最后，使用醋酸膜或保鮮膜密封器件，以防止擴(kuò)增過程中液體的蒸發(fā)。

“書”狀結(jié)構(gòu)如圖 4 所示。

圖4

電化學(xué)紙基微裝置操作流程

圖 5 為“樣品－答案”的整個(gè)檢測(cè)過程。

翻轉(zhuǎn)板 3 和 4 (圖 5A)，將樣品和清洗緩沖液依次滴加到玻璃纖維圓盤 (板 3) 上，以進(jìn)行細(xì)胞裂解和 DNA 提取(圖 5B)。

面板 1 和 2 用于通過毛細(xì)作用吸收細(xì)胞裂解物，純化的 DNA 被吸附在板 3 玻璃纖維圓盤上。

圖 5

為了將吸附的 DNA 從玻璃纖維圓盤轉(zhuǎn)移到擴(kuò)增腔內(nèi)的圓盤中 (塑料板)，將板 3 翻轉(zhuǎn)到板 4 上 (圖 5C)，然后將洗脫緩沖液滴加到玻璃纖維圓盤上 (圖 5D)。

在 DNA 洗脫后，將板 3 翻轉(zhuǎn)到相對(duì)的一側(cè) (圖 5E)，并用密封膜將板 4，塑料板和板 5 密封，以防止溶液在擴(kuò)增過程中蒸發(fā)(圖 5F)。

在 LAMP 反應(yīng)之前，先將紙基電化學(xué)單元(板 4 和 5)的電極連接到電化學(xué)工作站上，在室溫下進(jìn)行 3 次電化學(xué)測(cè)量。

在 LAMP 反應(yīng)結(jié)束時(shí)，將微裝置從電爐中移下來，并在微裝置冷卻至室溫后測(cè)量三次電化學(xué)信號(hào)(圖 5F)。

審核編輯：劉清