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美国科学家用木板做微流控芯片

时间:2019-09-23 阅读:
激光切割机在木板上刻下沟槽,再涂覆聚合物以抵抗芯吸效应。当通过表面等离子体耦合荧光增强用于蛋白质检测时,这种木质芯片的性能或将优于塑料材质的微流控芯片。

由桦木胶合板制成的微流控芯片已得到概念验证。激光切割机在木板上刻下沟槽,再涂覆聚合物以抵抗芯吸效应。当通过表面等离子体耦合荧光增强用于蛋白质检测时,这种木质芯片的性能或将优于塑料材质的微流控芯片。另一种木质芯片则可以快速检测微生物细胞,因此可用于食品安全检测。据研究人员介绍,这些木质芯片是一种经济高效且环保的检测装置,可快速保护各种诊断和治疗应用中的蛋白质。

美国马里兰大学巴尔的摩分校(University of Maryland, Baltimore)的生物化学工程师Govind Rao回忆说,使用木材的想法始于一次在学校走廊上的谈话,同事佩戴的一块木质手表引起了他的注意。由此,从成本方面考虑,Rao认为木材具有成为微流控芯片原型可用材料的潜力。

“我们跑到一家五金商店,购买了一些木质地板作为样本,然后把它们放进激光切割机,”Rao说道,“果然,我们在木板上成功刻出了沟槽,那一刻着实令人兴奋。”研究小组最初的想法只是创建木制的微流控芯片模型,但没想到这个木质芯片可以让整个系统都正常运行。

在选择特氟龙(Teflon)之前,研究小组试用了各种涂层,如聚甲基丙烯酸甲酯和醋酸纤维素。他们现在正尝试使用更环保的疏水性涂层,如天然植物油和蜂蜡。

Rao希望高中生可以通过使用艺术家和雕刻师所用的那种价格低廉的激光划线器或铣床制作木质微流控芯片,以作为他们进入微流控研究领域的一个契机。

Rao的下一个目标是创建更复杂的装置。“我们目前所展示的木质微流控装置以单层和两层为主,但是有一些装置的架构是多层的,这就需要相当精准的技术来对它们进行分层并粘合在一起。”他解释道。

Rao说:“各种木材的特性创造了一个‘尚未开发的功能世界’。如同炭化木材造就了一种炭化表面,可作为其它官能团的附属物。而在这个领域,我们也确实才开始触及其‘表面’。”

瑞典林雪平大学(Linköping University)的化学工程师Nathaniel Robinson指出,许多非木材成分的材料不可生物降解,所采用的试剂也不环保。他预测说,微流控装置所产生的固体堆肥残留物很可能要作为危险废物来处理。Robinson补充道:“不具备透明度也使木材不适合在某些检测和分析环境中使用,譬如通过显微镜观察细胞或细菌所需用到的高品质玻璃就无法以木材取代。”

英国剑桥大学(University of Cambridge)的生物技术专家Chris Lowe表示,虽然对木质微流控芯片用于诊断的想法表示赞赏,但在临床实验之前还是有大量的工作需要开展。他补充说:“桦木的化学成分变化极大,激光蚀刻产生的炭化和特氟隆涂覆过程中的不一致性可能会加剧这种情况。”

Lowe警告说,即使在温和的水介质中,桦木也会释放出各种糖分、氨基酸和芳香族化合物,这些都可能对临床检测产生影响。在确保使用木材等天然材料制造芯片的再现性上虽然存在困难,但研究人员也不能因此而放弃继续研究的热情,尤其是在可生物降解的涂层将可能取代特氟龙等的前提下。

至于微流控装置在临床方面的潜在用途,Rao说:“这是一个受到高度监管的行业,所以没有人想成为‘第一个吃螃蟹的人’。”但他仍然乐观地认为,一旦有一个研究团队在木质微流控芯片领域取得成功,其他团队也会相继投入研究。

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