开发一种将所有板堆叠并装订成“书”状结构的电化学纸微装置

因纸具有通过毛细作用自然吸液的能力，纸基微流控技术消除了对泵和其它流体流量仪表的需求。

同时因低成本，易携带和一次性使用的优点，纸基微流控技术与核酸检测相结合在病原体 “样品－答案” 检测中赢得广泛关注。

纸基微流控芯片相关文章见：基于纸基微流控的全集成装置(附视频)、 具备试剂存储功能和核酸提取的纸基微流控装置 、人工智能+纸基芯片+POCT实现多靶标病原体检测

如图 1 所示，本文开发一种将所有板堆叠并装订成“书”状结构的电化学纸微装置，通过简单翻转面板操作可依次完成样品制备，LAMP 扩增和电化学检测。

本文采用蜡印刷滤纸将加热熔化印刷的蜡形成疏水通道和通孔，采用具有高流速、低蛋白质吸附特性的玻璃纤维用于核酸提取。

在核酸提取和纯化后，采用商用电炉加热，在封闭的扩增腔内进行 LAMP 反应。

在 LAMP 扩增结束后，将纸基电化学单元的电极连接至恒电位仪，并测定氧化还原电流。通过在氧化还原活性分子亚甲基蓝（MB）和双链 LAMP 反应产物之间进行的电化学询问来检测 LAMP 扩增信号。

电化学方法、荧光法介绍可参考：常见等温扩增产物检测方法、电化学传感器在体外诊断中的应用。

该电化学微装置由以下几部分组成：

(1) 吸收板 (图 1, 板 1＆2)

(2) 提取板 (图 1，板 3)

(3) 扩增板 

(4) 纸基电化学单元 (图 1，板 4＆5) 组成

图 1 折叠式纸基微流体装置

图 1 中深色和灰色区域印有疏水性蜡。该器件包括五个面板 (1-5) 和一个用作 LAMP 反应腔的塑料板，以避免反应过程中试剂蒸发。

电化学纸基微装置制作

本文采用二维或三维软件设计纸微装置的蜡打印图案形状。只需使用蜡打印机结合加热板 (也可以用于 LAMP 反应加热)，即可在没有专门设施或无尘室的情况下进行芯片制作。

纸基电化学单元（图 1 A，板 4＆5）采用丝网印刷电极结合蜡打印技术制作而成。

板 4 的圆形亲水区被用于丝网印刷碳对电极和 Ag/AgCI 参比电极，板 5 的圆形亲水区被用于制造金纳米复合改性的纸阴极 (Au-PCE)。

裸纸和 Au-PCE  的 SEM 图像如图 3 所示，其中 (A) 为裸纸 SEM 图像，(B) 为裸纸SEM放大图像，(CD) 为 Au-PCE 图。

图 3

玻璃纤维圆盘手动固定到玻璃纤维盘孔内 (板 3) 和扩增腔内，以便通过适当的折叠操作即可轻松的转移试剂与样品。

最后，使用醋酸膜或保鲜膜密封器件，以防止扩增过程中液体的蒸发。

“书”状结构如图 4 所示。

图 4

电化学纸基微装置操作流程

图 5 为“样品－答案”的整个检测过程。

翻转板 3 和 4 (图 5A)，将样品和清洗缓冲液依次滴加到玻璃纤维圆盘 (板 3) 上，以进行细胞裂解和 DNA 提取(图 5B)。

面板 1 和 2 用于通过毛细作用吸收细胞裂解物，纯化的 DNA 被吸附在板 3 玻璃纤维圆盘上。

图 5

为了将吸附的 DNA 从玻璃纤维圆盘转移到扩增腔内的圆盘中 (塑料板)，将板 3 翻转到板 4 上 (图 5C)，然后将洗脱缓冲液滴加到玻璃纤维圆盘上 (图 5D)。

在 DNA 洗脱后，将板 3 翻转到相对的一侧 (图 5E)，并用密封膜将板 4，塑料板和板 5 密封，以防止溶液在扩增过程中蒸发(图 5F)。

在 LAMP 反应之前，先将纸基电化学单元(板 4 和 5)的电极连接到电化学工作站上，在室温下进行 3 次电化学测量。

在 LAMP 反应结束时，将微装置从电炉中移下来，并在微装置冷却至室温后测量三次电化学信号(图 5F)。 

审核编辑：刘清