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一、微流控纸芯片的发展
石蕊试纸是常用的试纸，是检验溶液的酸碱性最古老的一种方式。它是17世纪英国化学家罗伯特波义耳通过一个有趣的实验发现而发明创造的,一直沿用至今[1]。基于这一启发，2007年Whitesides组[2]提出了纸芯片这个概念，微流控纸芯片又称纸上微型实验室，是一种在纸基底上构建亲疏水的通道网络以进行分析检测的新型微流控分析器件。纸芯片因其原料廉价易得、易加工、生物兼容性好、无需外力驱动液流、检测较灵敏[3]等优点受到了科研工作者极大的关注，广泛应用于血液、尿液和唾液中多种临床分析物的检测[4]、对水体中重金属的检测[5]、对葡萄糖和亚硝酸盐的分析[6]、研究乳腺癌组织的微环境酸化[7,8]以及乙醇含量测定[9]等方面。
作为微流控芯片的一个重要分支[10]，相比较于传统的微流控芯片（石英、玻璃、硅和高聚物等为芯片基底），基于纸的微型实验室结合了微流控的优点（系统微型化、试样、试剂消耗低、污染少、自动化、集成化程度高等）和纸的优点，实现分析实验室的微型化、集成化与便捷化，为当前微全分析系统提供了一个新的技术平台[10]。目前，纸微流控芯片的研究主要包括：寻找合适的图案化材料，即具有疏水、疏油等特性；发展简易高效且低廉的图案化加工技术；通过各种功能器件的配合实现各种分析检测的应用等。
二、图案化材料选择
现有纸芯片加工技术中采用的通道图案化材料主要有蜡，光刻胶，松香等，这些材料具有一定的疏水性，然而对表面活性剂溶液或有机溶剂的阻隔能力十分有限，而且易受溶解、溶剂扩散以及有机溶剂膨胀的影响。
为了避免这些因素的影响，研究者试图对传统方法加以改良，寻找更具适应性的材料。含氟聚合物作为阻隔材料具有理想化的特性，包括良好的机械性、化学稳定性等，其中，氟系低表面能材料卓越的憎水憎油性尤为突出，即不仅对亲水溶液具有很好的阻隔能力，对有机溶剂等也有显著的阻隔作用。尽管含氟聚合物具有良好的憎水憎油特性和其他特殊性能，其生产成本较高。然而，含氟聚合物可与很多不含氟的物质配合使用，由于协同效应，不仅增强使用效果，还使含氟聚合物的使用总浓度降低，这对降低实际使用成本具有重大意义。Benny Chen[11]等人的最新研究成果表明，引发化学气相沉积可将含氟聚合物沉积到微流控设备中作为憎油屏障，能够有效地阻隔有机溶剂的扩散。因此，含氟聚合物图案化在生物传感、光学设备制造等领域占有绝对优势。Ratmir Derda[12]等人用蜡印制成图案并滴加蔗糖保持亲水/油性，将特氟隆溶液沉积到剩余区域形成疏水/油性，待氢氟醚（HFE）溶剂蒸发后，将蔗糖洗掉（如图1-1）。研究表明特氟隆图案化与有机溶剂、有机基团（如哌啶）和强酸（如三氟乙酸）接触能保持长久稳定性（如图1-2）；大多数溶剂和反应物在特氟隆修饰的纸上表现出较大的接触角；特氟隆图案化适用于生物和细胞分析，因为它既不是荧光物质也无毒性。
图1-1 特氟隆图案化
图1-2 a）无修饰图案、蜡修饰图案和特氟隆图案化DMF的扩散 b,c）特氟隆图案化阻隔乙醇、DMF（N,N-二甲基甲酰胺）和NMP（N-甲基吡咯烷酮）的例子 d） SDS（十二烷基硫酸钠）水溶液不受蜡图案阻隔，但同样的溶剂能很好地被限制在特氟隆修饰的图案中 e）评价扩散与限制性能的图示
综上，本课题拟采用含氟聚合物取代传统的蜡介质，即用氟聚合物绘制图案阻隔有机溶剂与亲水溶液，在微流控纸芯片上实现液体的阻隔。其中，含氟聚合物浓度大小对芯片功能的影响将是我们所要重点研究的内容之一。
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