紙張作為微流控芯片的載體材料，具有成本低廉、流體通過毛細(xì)現(xiàn)象自我驅(qū)動(dòng)、比表面積大、體積小以及可儲(chǔ)存反應(yīng)試劑的特點(diǎn)。紙基微流控芯片近年來發(fā)展迅速，在醫(yī)學(xué)檢測(cè)、分析化學(xué)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用并擁有巨大的商業(yè)化潛力。

在基于環(huán)保因素的綠色包裝被充分重視的大環(huán)境下，回收率極高的紙包裝未來將迎來更大的發(fā)展機(jī)遇，以紙代木、以紙代塑、以紙代玻璃、以紙代金屬將成為未來包裝業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。

將紙包裝與紙基微流控芯片結(jié)合起來，將紙基微流控芯片整合在紙質(zhì)包裝盒中，提供相應(yīng)的食品質(zhì)量檢測(cè)或藥品藥效監(jiān)測(cè)的功能。如在控制血糖的藥物包裝盒上整合葡萄糖檢測(cè)微流控芯片可以即時(shí)監(jiān)控藥物的作用效果，在食品的紙包裝上整合微流控芯片用以檢測(cè)金黃色葡萄球菌等，通過包裝盒實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。

1.紙基微流控芯片基本原理

使用蠟打印加工紙基微流控芯片的方法，其基本原理見圖1。

首先，蠟打印機(jī)將設(shè)計(jì)完成的圖案打印在紙質(zhì)的基底上，自然冷卻后使用加熱板對(duì)紙質(zhì)基底進(jìn)行加熱，蠟逐漸融化后滲透到紙質(zhì)纖維的縫隙中，冷卻后在紙基底上形成親疏水的壁壘，流體則可以通過毛細(xì)作用在疏水材料圍成的親水紙質(zhì)纖維中自主運(yùn)動(dòng)。

2.整合包裝盒內(nèi)的紙基微流控芯片設(shè)計(jì)

紙質(zhì)包裝盒與紙基微流控芯片的整合應(yīng)用示例見圖2。

反面使用噴蠟打印機(jī)，將紙基微流控芯片的圖案打印在紙盒的4個(gè)體板上。在包裝盒反面微流控芯片的設(shè)計(jì)上，采用了星型分布的流道設(shè)計(jì)，流道外壁寬度為0.2mm，流道寬度為1mm 。

3.整合包裝盒內(nèi)的紙基微流控芯片加工與測(cè)試

主要儀器：紙盒反面印刷采用富士施樂Color Qube 8580噴蠟打印機(jī)，蠟層厚度約為50μm；加熱板型號(hào)為ThermoFisher Cimarec+。

制作：把紙裝入富士施樂Color Qube 8580噴蠟打印機(jī)，使用Core1DRAW(Corel Corporation)對(duì)微流控芯片進(jìn)行矢量設(shè)計(jì)并噴蠟打印輸出；打印后的素描紙使用加熱板進(jìn)行蠟的熔化浸潤處理，溫度為120℃，時(shí)間為5min。附著在素描紙內(nèi)側(cè)的蠟經(jīng)過加熱滲透浸潤到了紙張的外側(cè)，即浸透了整個(gè)紙張的厚度，完整地在紙基材料中圍繞形成了流體流動(dòng)的微通道。流體的流動(dòng)借助液體在紙纖維間的毛細(xì)作用自主完成。

為了驗(yàn)證紙包裝與紙基微流控芯片的整合技術(shù)，在紙盒的4個(gè)體板上分別制作了4個(gè)微流控芯片，該紙基芯片在pH值檢測(cè)中的應(yīng)用示例見圖5。

將芯片四角的儲(chǔ)液槽中使用移液槍添加30uL酚酞指示劑(1g酚酞溶于100mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95%乙醇溶液)，5 min后在芯片的中心儲(chǔ)液槽位置添加200uL飽和碳酸鈉溶液(pH值約為12)，飽和碳酸鈉溶液在蠟圍繞形成的流體通道里通過毛細(xì)現(xiàn)象逐漸擴(kuò)散，5min后到達(dá)四角的指示劑區(qū)域，發(fā)生顯色反應(yīng)(指示劑區(qū)域顏色變深)。（文章來源作者：范一強(qiáng) 劉士成 金玉潔 張亞軍轉(zhuǎn)載僅供參考學(xué)習(xí)及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請(qǐng)聯(lián)系刪除）