作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 ASP法制作μPADs的分辨率测试
亲水通道的结构图
疏水屏障的结构图
用蓝色染料测试的亲水通道
用蓝色染料测试疏水屏障
亲水通道理论宽度和实际宽度的比较
疏水屏障的理论宽度和实际宽度的比较
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0123-9 微流控纸基分析装置是近年来发展迅速的一个有前途的概念
在《自然:微系统与纳米工程》杂志上发表的一项新研究中，由中国机电工程领域的关艳芳和孙百川领导的团队开发了一种设计PADs的新技术，称为原子邮票印刷(ASP)
该方法成本低，操作简单，生产效率高，分辨率高
作为概念的证明，他们使用通过ASP方法设计的PADs通过比色法检测不同浓度的铜(Cu2+)
该装置的Cu2+检测限为1毫克/升
关等
还创建了一个新的纸基固液萃取设备(PSED)，使用三维(3-D) PAD，具有“3+2”结构和可回收萃取模式
由于纸过滤和毛细管力的特性，该装置可以有效地完成固液萃取过程中的多个萃取和过滤步骤
PSED平台允许在护理点进行简单、经济且快速的重金属离子检测
这项工作在资源有限地区的食品安全和环境污染方面有很大的应用前景
20世纪90年代，生物工程学家首次提出了一种基于微流体技术的概念性“芯片实验室”(LOC)设备
此后，研究人员提出了基于纸张的微流体分析设备(PADs)，以取代传统的微流体，包括基于玻璃和硅的芯片
优点包括制造简单、成本低、便于携带和便于处理，可广泛应用于现场检测
许多方法被用来制造PADs，包括光刻，蜡印，剪纸和冲压
原子邮票或机器雕刻的穿透邮票可以手工雕刻，尽管这种做法需要技能和经验
激光雕刻机可以与普通绘图软件(包括AutoCAD和CorelDraw)一起工作，形成一个印章，由于其微孔结构，印章可以吸收墨水
关等
使用这种新的方法，通过自动包装印刷(ASP)生产包装衬垫，他们将所需图案的邮票浸泡在PDMS溶剂中，印在纸上，然后放在真空干燥箱中完成制作
然后他们选择比色法来检测Cu2+
铜离子和DDTC在不同浓度下的显色效应
(8)Cu2+浓度的灰度趋势
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0123-9 该团队通过引入纸基土壤-液体提取集成设备，展示了PADs的多功能性
该设备利用纸张的优势，包括其低成本、便携性和可过滤性，在实验提取过程中表现出优异的性能
他们分析了PADs的分辨率，这是调节其性能的一个重要指标，决定了纸张上流体流动通道的最小通道宽度，以及防止流体流动的疏水(憎水)屏障的最小通道宽度
研究小组用蓝色染料观察了水流
先前通过激光切割构建的PADs以最小的亲水(亲水)通道宽度提供了最高的分辨率
然而，与以前生产PADs的技术相比，ASP效率更高
在比色分析过程中，含Cu2+的μPADs由白色变为黄色，颜色随Cu2+浓度的增加而增加
使用图像分析软件量化
该小组随后确定了基于距离的Cu2+溶液检测，因为不同浓度的溶液流经μPAD通道
黄色带的长度随着Cu2+溶液的增加而增加，他们观察到一个高于100毫克/升的常数，他们将其确定为装置的上限
关等
根据世界卫生组织(世卫组织)和美国食品和药物管理局(U
S
美国环境保护署(EPA)，饮用水中Cu2+的最大污染浓度为2和1
分别为3毫克/升
基于距离检测法的Cu2+浓度检测
溶液在通道上的流动随着Cu2+浓度的增加而增加
Cu2+浓度(0-100毫克/升)与通道中流动距离之间的线性关系
1-6毫克/升Cu2+浓度下的流动长度
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0123-9 关等
展示了纸基固液萃取装置(PSED)的工作原理，该装置包括一个微型泵和滤纸的微孔特性来完成固液萃取和过滤
在此过程中，他们将土壤样品储存在三维垫的顶部，并提取与从微型泵出口管流出的土壤混合的溶剂
萃取溶剂伴随着溶解重金属离子，并通过入口管将其吸入，然后在萃取循环中再次将其抽出
最后，他们通过微型泵的连续供应和泵送循环从土壤样品中提取重金属离子，包括铜、锌、镉和铅
从PSED萃取过程中获得的重金属离子浓度与传统方法相似——证明了PSED的有效性
提取体积需要优化和关等人
结果使用了超过30毫升的萃取剂
研究小组优化了时间，发现20分钟足以完全提取重金属离子
每个3-D PAD可以容纳2克土壤，整个提取过程需要40分钟才能完成
PSED法与传统提取法的工作原理及重金属离子浓度检测比较
PSED工作原理示意图
土壤中重金属离子的浓度结果分别为(1)、(2)和(3)
在不同固液比下通过PSED萃取获得的重金属离子浓度的比较
信用:微系统公司。纳米工程，doi: 10
1038/s 14378-019-0123-9 与传统的提取模式相比，三维垫技术省略了过滤过程，操作更简单，提取精度更高
三维掌上电脑是便携式的，廉价的和简单的提取协议
科学家可以调整设备的大小以满足不同的需求，为现实世界的应用提供灵活性
通过这种方式，关艳芳和孙百川开发了一种新型的检测设备，称为原子印章印刷的PAD
它们获得了高分辨率，形成了装置的亲水通道和疏水屏障
与传统方法相比，ASP技术成本低，活性时间短，样品制备时间短，分辨率高，灵敏度高
集成土壤-液体提取设备的图片
3D μPAD的物理图片
3D μPAD的结构图
PDMS层的大小
μPAD的夹具
顶盖
微型泵的夹具
水库
微型泵的物理图像
(一)微型泵的组成
组装的PSED
PSED实验平台
PSED的内部结构
PSED的实验原则
火焰原子吸收光谱仪(FASS)
(0)传统土液萃取的实验原理
ASP制造的PADs检测Cu2+作为概念证明，使用比色方法结合基于距离的检测，以获得浓度为1毫克/毫升的Cu2+
该团队提出PSED作为一种新的固液提取设备，从土壤中提取重金属离子
该设备需要更少的实验样品来满足现场检测的需要，并减少样品损失
该装置提取效率高、成本低、无污染，满足固液萃取的要求
这种简单的结构可以用低成本的三维印刷来生产，并且不限于测试土壤样品
该团队希望改进该设备的使用，以生产高通量的现场检测产品
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