基于微流控的即时检验诊断(POCT)的材料、工艺、优缺点全..-1
基于微流控的即时检验诊断(POCT)的材料、工艺、优缺点全总结
写在文章前面的话
文末你能找到国内唯一专注于微流控产业化研发的专业技术群，覆盖地球上微流控领域的国内外著名和非著名教授、工程师、专家、网红微流控老板、睿智学者、激情科研人员，当然也有偷发小广告被时不时禁言的suppliers让他们不要忘了，我们是一个中性立场非盈利兴趣小组，也是八卦集中营（不敢大声说，怕打草惊蛇
）。但是这线下抱真团申真项目捞真金砸真钱合作搞真开发的事儿此起彼伏。
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“我们拼尽全力，
不是为了做成别人想要的芯片”
“用自己打磨的一枚真芯片，
回敬所有人说的不可能”
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已经有很多报道即时护理（POCT）诊断设备为医疗保健，特别是在疾病的诊断和检测方面提供了很大的帮助，也已经发现POCT设备具有许多优点，诸如快速和精确的响应，便携性，低成本以及对非专用设备的需求。 POCT诊断研究的主要目标是开发一种基于芯片的自包含小型化装置，可用于检查复杂样品中的不同分析物。此外，微流控（MICROFLUIDICS）与先进的生物传感器技术的集成可能导至POCT诊断的改进。本文介绍了不同材料（玻璃，硅，聚合物，纸张）的概述以及制造基于MICROFLUIDICS的POCT设备的技术以及其广泛的生物传感器应用。除此之外，作者简要介绍了MICROFLUIDICS目前所面临的挑战以及可能的解决方案，这些解决方案可能导至可用的，可靠的和具有成本效益的技术。这些设备的开发需要将开发的MICROFLUIDICS元件组合到POCT设备中，这些设备是用户友好的，灵敏的，稳定的，准确的，低成本和微创的。这些基于MICROFLUIDICS的POCT设备在提供改善的医疗保健方面具有巨大的潜力，包括易于监测，疾病的早期发现以及增加的个性化。
关键词：微流控，生物传感器，硅，聚合物，非侵入性，纸基微流控，POCT诊断
专用名词解释：[L]，线性检测范围; [LOD]，检测下限;[S]，灵敏度;2D，二维; 3D，三维; cTnI，心肌肌钙蛋白I; DPV，差分脉冲伏安法; EIS，电化学阻抗谱; IgG抗体，免疫球蛋白; IL，白细胞介素; K2O，氧化钾;MICROFLUIDICS，微流控;氧化镁，氧化镁; MMP9，金属蛋白酶;PDMS，聚二甲基硅氧烷; PETG，聚对苯二甲酸乙二醇酯;PMMA，聚甲基丙烯酸甲酯; POCT，即时检验诊断; PS，聚苯乙烯; PTFE，聚四氟乙烯; PVC，聚氯乙烯; SAM，自组装单分子层;二氧化硅，二氧化硅; SO3，三氧化硫; TGF-B1，转化生长因子-β1;二氧化钛，二氧化钛; TSH，甲状腺刺激素; TSH，促甲状腺素; ZnO-CH，氧化锌-壳聚糖;
1、即时检验诊断(POCT)不可替代的定位
随着人口的大幅度增长，世界范围内非传染性疾病（糖尿病，心血管疾病，癌症）和传染病的发病率迅速上升，研究人员正在努力应对疾病的挑战与可治疗。诊断一直被认为在医疗保健中发挥着至关重要的作用，为患者提供适当和及时的护理，用于紧急公共卫生干预和长期公共卫生战略。然而，大多数市售的疾病检测诊断工具并不能满足有限的资源设置和基本医疗保健基础设施等迫切需求。缺点包括延长测试时间，这经常导至延迟诊断的数据可用性。尽管诊断的作用至关重要，但对于现场应用来说，迫切需要现场护理（POCT）诊断。
POCT测试是全球医疗保健的必要组成部分，应该可以负担得起，可以在病人附近进行快速测试的历史定位和不可取代性。它可以用在有限的资源或附近不存在医疗机构，没有医疗设施的地方直接就地可用。使用这些快速POCT诊断的主要前景包括便携性，用户友好性，耐用性，便宜和能够产生快速结果。
POCT设备大致分为两类，即手持式和大型台式装置。小型便携式设备正在开发使用最先进的微制造技术，利用自动化的样品制备，分析，化验步骤和信号检测。大型台式设备是小型化的大型机中央实验室设备，既复杂又减小尺寸。而且，POCT诊断的严格要求为生物传感器制造提出了许多挑战。例如，高灵敏度和特异性的目标分析物的检测是POCT诊断中的关键方面，因为需要使用微量的样本。另一个挑战是将检测部件与其他流体调节元件结合到一个平台上。这些挑战或许可以通过微流控（MICROFLUIDICS）技术实现POCT设备的开发来克服。
基于MICROFLUIDICS的POCT设备被广泛用于在细胞生长和分析平台上的分子生物学反应实验。MICROFLUIDICS的优点在于对样品和试剂的数量和流速的精确控制，使分析物的分离和检测具有高精度和高灵敏度。基于MICROFLUIDICS的POCT由于其易于制造，试剂使用量低，响应时间短，传感参数改善以及对所需分析物的连续监测等优点而为期望的生化和化学分析提供了强大的平台。
MICROFLUIDICS系统需要一系列组件，包括试剂，样品，通道设计，底物选择，组合和混合。许多材料如硅，玻璃，弹性体，塑料，水凝胶，纸等正用于制造MICROFLUIDICS器件。因此，根据具体应用，可以通过选择合适的材料来制造具有不同化学兼容性，表面特性，导热性和导电性的微系统（图1，在下面）。本综述概述了基于MICROFLUIDICS的POCT设备领域的最新进展（截止到2017年11月），这些设备正在与生物识别系统集成在一起，用于复杂流体处理步骤的小型化以及复用的简便性。
2、基于玻璃的MICROFLUIDICS设备
制备MICROFLUIDICS装置的材料的选择取决于各种因素，如所需的功能，整合的程度，缓冲液的相容性，优异的理化性质及其潜在的应用。在这方面，玻璃有被认为是高效MICROFLUIDICS器件开发的基板的选择，因为它符合大多数提到的先决条件特征。
玻璃是一种非结晶的无定形固体，通常是透明的，具有稳定性，化学惰性，透明度，表面稳定性和溶剂相容性等特性。此外，它是已知的生物相容性，亲水性，并提供了一个统一的涂层，使其在生物医疗设备使用。在下一节中，已经讨论了用于制造玻璃基MICROFLUIDICS器件的不同技术及其在生物传感方面的前景。
2.1玻璃基MICROFLUIDICS器件的制造
基于玻璃的MICROFLUIDICS器件的开发可以使用包括光刻，薄膜金属化和玻璃衬底的蚀刻的MEMS工艺来执行。玻璃基底的制造取决于基底的成分，这进一步决定了掩模层和蚀刻剂的选择（图2，在下面）。常用的玻璃基板是派热克斯玻璃，硼硅酸盐（BSG）和钠钙玻璃。其中，BSG由于具有良好的光学性能（透明度从350nm到700nm）和物理特性（退火温度：640℃;耐大多数化学品），因此是用于制造MICROFLUIDICS器件的最广泛使用的基板。使用BSG的另一个优点是可以快速与PDMS，硅和BSG结合。对于MICROFLUIDICS零件的设计，低热膨胀系数（a）是必需的，BSG在20°C时提供约3×10-6 /℃的选择。 Srivastava等人基于传统的三电极系统，采用氧化铟锡作为玻璃基板制作了一个MICROFLUIDICS芯片。利马（Lima）等最近展示了SU-8键合的新方法，即用于制造玻璃微流控芯片的牺牲粘合剂键合。这种新技术依赖于不可逆地结合两个载玻片的传统方法和仅从微通道中去除SU-8的附加步骤。而且，这种方法具有成本低，超大规模可行性等诸多优点整合，克服材料粘附的挑战，去除附着力强的气泡。
2.2基于玻璃的MICROFLUIDICS设备的应用
已经报道了基于玻璃的MICROFLUIDICS在检测酶，抗体和全细胞中的许多应用，是的，你没有看错，绝大部分IVD指标都可以移植过来。在这种情况下，已经开发了用于免疫传感抗原IgG和cTnI（心肌梗塞的特异性生物标志物）的3D交叉指型电极阵列。玻璃基板与其他聚合物基板的融合已经显示出许多生物医学应用的有希望的结果。 Matharu等人制作了一个细胞培养/生物传感器平台组成的适配子修改金电极结构的玻璃基板与MICROFLUIDICS通道和PDMS作为控制/驱动通道。这种小型适体修饰的MICROFLUIDICS装置被用于监测肝细胞的TGF-B1释放。王（Wang）等人展示了一种新型的基于MICROFLUIDICS芯片的DNA生物传感器，用于在玻璃基板上使用单个T-MICROFLUIDICS芯片（50 μ m ×10 μm × 1 5 m m)快速和序列特异性检测口腔癌患者唾液样品中的DNA。陈（Chen）等人开发了一个多阵列LSPR芯片检测法，通过CTAB涂层AuNR到O2等离子体处理的玻璃基板上，通过带正电的AuNRs和带负电的玻璃表面之间的静电相互作用进行MICROFLUIDICS图案化。然而，脆性，成本，非灵活性和生物相容性是目前预示着玻璃基MICROFLUIDICS器件发展的一些缺点。
