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基于纸张的微流控分析设备（μPAD）是一种用于流体分析的技术，利用纸张和微流体通道的特性。这些设备的主要优点是成本低、便携性和易用性，这使得它们特别适合现场测试，特别是在资源有限的环境中。它们能够进行总（生物）化学分析，从而提高其在各个领域的实用性。
μPAD的操作基于纸张的自然毛细作用，允许流体通过小通道输送，而无需外部泵。这种毛细管作用可以通过在纸张上形成疏水屏障来引导和控制，通常通过蜡印、光刻或等离子处理等方法。这允许形成引导流体流动的微通道。
μPAD领域的最新进展是将电子元件集成到这些器件中。例如，电极的结合为μPAD开辟了新的功能，实现了定量电化学检测、检测小型化和通过近场无线通信实现的高级连接。然而，由于纤维素材料的粗糙和不均匀性，纸电极制造带来了重大挑战。
为了应对这些挑战，已经开发和改进了各种技术，包括喷墨印刷、丝网印刷、金属溅射、热塑性成型和铅笔绘图。尽管取得了这些进步，但沉积的电极仍然存在局限性。它们通常是疏水性的，这会阻碍毛细管流动，并且它们可能与纸张孔内的流体接触有限。
一旦将流体引入设备，它就可以与预加载到纸张上的各种试剂相互作用。然后，这些试剂可以根据流体中特定分析物的存在引起颜色变化或其他可观察到的现象，从而可以检测和测量这些分析物。
μPAD的应用范围很广，包括环境监测、食品安全测试和生物医学诊断。例如，在医疗保健领域，已经开发了μPAD用于检测各种疾病，包括糖尿病，疟疾和艾滋病毒。
即使有了这些进步和应用，重要的是要注意μPAD仍然面临一些挑战。这些问题包括制造技术的成本和复杂性，其读数的定性或半定量性质，以及试剂在纸上的稳定性和储存问题。然而，正在进行的研究旨在克服这些挑战并进一步改进技术。
在快速诊断测试的重大突破中，苏黎世联邦理工学院化学与生物工程研究所的一个研究小组开发了一种创新技术，用于创建带有内置电极的诊断测试。这些测试可实现数字结果读数，通过电子信号提供准确和定量的结果。
科学家们在Advanced Materials（“基于纸张的激光热解电流体：毛细管驱动诊断生物测定的电化学平台”）中报告了他们的发现。
“该平台有可能提高现有测试分析的诊断准确性，或者能够开发新的测试功能，这些功能目前在依赖彩色测试线的技术中是不可行的，”苏黎世联邦理工学院最后一年的博士生Leonard Bezinge和这项工作的第一作者告诉Nanowerk。
该团队发现的核心在于将电极集成到纸基试纸中的新方法。他们通过一种称为激光诱导纤维素纸热解的过程来实现这一点，该过程将纤维素分子转化为导电石墨烯样材料。以这种方式形成的电极保留了纸张的多孔性和纤维性，这对于毛细管驱动的测定（如快速诊断测试）至关重要。
“将电子元件无缝集成到基于纸张的微流体中，可以在简单且经济高效的平台上应用先进的测量技术，”Bezinge评论道。“它通过提高快速检测的速度、灵敏度和准确性，促进可靠和高效的化学、生物和医学分析，推动了该领域的发展。
这一发展提供了一种将电子元件集成到纸张中的新方法，当与毛细管驱动的微流体相结合时，开辟了新的可能性。以前的电极制造方法涉及用导电墨水或金属涂覆纸张的顶面，导致纤维素纸网络中的集成度差，并对检测效率产生负面影响。
“我们的动机源于将现有快速诊断测试的简单性与电化学信号和数字读数的优势相结合的愿望，”Bezinge指出。
该技术提供了一种将电极集成到纸基微流体中的解决方案，使某些类型的测定（如流通装置）与电化学读数相结合。正如研究人员指出的那样，这一成就尤其重要，因为某些类型的测定以前无法与电化学读数相结合。
该团队的工作主要集中在医疗诊断中的应用。他们设想将这项技术用作在家中检测核酸、抗原或抗体生物标志物的快速检测技术，并从智能手机以数字方式读取结果。此外，他们看到了该平台在单个设备上对多个样品进行高通量分析的潜力，其中试纸条可以作为一次性柱集成在便携式分析仪中。
该制造平台的一般性质和可负担性预计广泛的应用需要定量电化学读数以及廉价的一次性试纸。Bezinge预测：“我们希望看到在医疗诊断和健康监测，环境测试和食品分析领域看到新的方法来构建电极并将其集成到复杂的三维流体结构中，用于样品处理和检测。
展望未来，研究人员的目标是扩大疾病诊断的潜在应用领域，并探索可以与这些电极结合使用的新标记化学和检测途径。
“未来的主要挑战是开发真正的样品到答案设备，将所有这些步骤集成到一个用户友好的设备中，”Bezinge总结道。“这项工作极具挑战性，需要多学科的方法。我们鼓励来自不同领域的研究人员分享他们的设计和施工文件，特别是在我们向数字制造工具过渡时，以促进该领域的合作和进一步发展。
