激光誘導石墨烯基數(shù)字微流控平臺，可用于低成本即時檢測

數(shù)字微流控（DMF）是一種新興的液體處理技術，在各種生物和生物醫(yī)學應用中顯示出廣闊的潛力。然而，傳統(tǒng)DMF芯片的制造通常復雜、耗時且成本高昂，這嚴重限制了其廣泛應用，特別是在即時檢測（POCT）領域。盡管基于紙張或薄膜的DMF器件可以提供一種廉價且方便的替代方案，但它們仍然受到平面尋址結構的影響，因此電極數(shù)量有限。

為解決上述問題，近期，浙江大學研究團隊在Lab on a Chip期刊上發(fā)表題為“Laser-induced graphene-based digital microfluidics (gDMF): a versatile platform with sub-one-dollar cost”的論文，介紹了基于激光誘導石墨烯（LIG）的數(shù)字微流控芯片（gDMF）的開發(fā)情況。該研究提出的gDMF可以通過計算機控制的激光劃線工藝輕松制成（10分鐘內，環(huán)境條件下，無需昂貴的材料或潔凈室的技術）。此外，平面尋址DMF（pgDMF）和垂直尋址DMF（vgDMF）都很容易實現(xiàn)，后者有可能提供更高的電極密度。

圖1 （A）激光誘導石墨烯（LIG）制造示意圖；（B）激光誘導石墨烯（LIG）的掃描電鏡圖像；（C）gDMF（pgDMF）平面尋址的照片和剖視圖；（E）gDMF（vgDMF）垂直尋址的照片和（F）剖視圖。

此外，提出的gDMF的制造成本很低，總體成本低于1美元（其中，pgDMF為0.85美元，vgDMF為0.59美元），令人印象深刻。實驗還表明，pgDMF和vgDMF的性能與傳統(tǒng)的DMF器件相當，在vgDMF上進行的比色測定證明了它們的適用性。鑒于gDMF制作簡單、成本低廉、功能齊全，而且可以根據(jù)不同的應用修改電極圖案，因此有理由期待所提出的gDMF可以作為POCT的多功能平臺提供另一種選擇。

圖2 （A）pgDMF芯片制造示意圖；（B）摻雜不同F(xiàn)AA濃度的硫醇-烯薄膜的接觸角；（C）常規(guī)介電薄膜和CHD薄膜的相對介電常數(shù)比較；（D） pgDMF芯片上液滴操作的視頻圖像；（E）pgDMF上不同驅動電壓（100 Hz）下的液滴移動速度。

圖3 （A）vgDMF芯片制造示意圖；（B）vgDMF芯片上液滴操作的視頻圖像；（C）vgDMF上不同驅動電壓（100 Hz）下的液滴移動速度。

圖4 gDMF器件的應用

綜上所述，本文報告了一種基于激光誘導石墨烯（LIG）的DMF器件（gDMF），該器件具有以下顯著優(yōu)勢：加工方法簡單（計算機控制的激光劃線）、易于實現(xiàn)的條件（環(huán)境、無需昂貴的材料或潔凈室的技術）和較短的制造時間（10分鐘內）。此外，平面尋址和垂直尋址DMF（pgDMF和vgDMF）均可輕松實現(xiàn)，電極圖案可在需要時輕松更改，因此在各種應用中都具有很高的靈活性。擬議的gDMF還具有令人印象深刻的低于1美元的低成本（pgDMF為0.85美元，vgDMF為0.59美元），而且液滴操作性能經證明與傳統(tǒng)芯片相當，滿足了DMF技術對功能性和經濟性的要求。

因此，我們有理由相信，gDMF可能會在生物和生物醫(yī)學領域得到廣泛應用，尤其是作為經濟型一次性消耗品應用于POCT領域。不過，在實際應用之前，仍有一些挑戰(zhàn)有待解決，例如更高效的激光劃線、批量生產以及LIG圖案的多種材料選擇，以適應各種情況。此外，各種POCT應用（如檢測核酸、蛋白質檢測和細胞分析）仍有待在gDMF上開發(fā)。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D4LC00258J

審核編輯：劉清