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、比表面積大、體積小以及可儲存反應(yīng)試劑的特點。紙基微流控芯片近年來發(fā)展迅速，在醫(yī)學(xué)檢測、分析化學(xué)、食品安全、環(huán)境監(jiān)測等領(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。

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)量檢測或藥品藥效監(jiān)測的功能。如在控制血糖的藥物包裝盒上整合葡萄糖檢測微流控芯片可以即時監(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金黃色葡萄球菌等，通過包裝盒實現(xiàn)實時現(xiàn)場檢測。

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。

2.整合包裝盒內(nèi)的紙基微流控芯片設(shè)計

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個體板上。在包裝盒反面微流控芯片的設(shè)計上，采用了星型分布的流道設(shè)計，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)對微流控芯片進(jìn)行矢量設(shè)計并噴蠟打印輸出；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)，即浸透了整個紙張的厚度，完整地在紙基材料中圍繞形成了流體流動的微通道。流體的流動借助液體在紙纖維間的毛細(xì)作用自主完成。

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

將芯片四角的儲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，請聯(lián)系刪除）