纖維素纖維製成的紙是天然親水的，可以允許水基溶劑自由穿梭。這一特性為紙質基底微流體系統奠定了基礎。
據報導，紙基微流體器件可以通過疏水聚合物來建立疏水通道壁。在這一原則下,Martinez研究了利用光刻技術在紙基體中製作疏水屏障壁，從而在紙上形成微流體通道。疏水性光刻膠聚合物提供了一個非常好的物理屏障，它限制了液體進入紙張的流經途徑。液體樣品可以直接進入多個檢測區域，而在這些區域中的指示劑可被標定，達到分析傳感的目的。
圖1、SU-8光刻溝道製備過程與晶片功能化過程
Bruzewicz等人利用改進的繪圖儀在紙上列印聚二甲基矽氧烷(PDMS)來創建屏障圖案，克服了上面介紹的光刻法製備過程中，基底不能彎曲的缺點。然而，這種疏水通道壁也是有缺點的，PDMS在紙上的滲透不能被很好地控制，導致屏障壁不能夠垂直分布。這種方法因此也不能用於大規模批量化生產。
圖2、列印圖形化PDMS的器械結構組成
Lu等人使用蠟印機來生成紙上的微流控圖形。然後加熱這個圖案，使蠟擴散到紙上，形成微流體通道的屏障。
圖3、利用蠟作為通道壁材料
（1）單獨使用蠟筆（2）蠟筆配合噴墨列印技術（3）單獨使用噴墨印表機
Abe等人採用聚合物(聚苯乙烯)溶液浸漬的方法將疏水性引入紙基。然後，他們使用噴墨列印將溶劑列印到浸漬過聚苯乙烯的紙上，溶解聚合物，形成精細的液體滲透通道。這些研究人員還將化學傳感劑列印到他們的圖案中，形成一個用於生物醫學檢測的功能裝置。這些製造概念與屏障概念相似，因為它們依賴於紙上的纖維素纖維被一層疏水材料物理覆蓋。
圖4、通過浸漬聚苯乙烯並配合噴墨列印製備溝道的過程
另外，還有報導通過噴墨列印來製備微流體晶片的，首先，使用噴墨印表機列印纖維素疏水劑，通過定點化學修飾，可以成功改變紙表面的疏水性能，從而形成圖形化的列印通道。
圖5、噴墨列印纖維素疏水劑用於改性紙張進而形成溝道
這項工作提出了一個新的概念用來創造微流體模塊和通道，從而產生親水-疏水對比的紙張表面，而不是使用物理聚合物屏障建立模式。
紙基微流控的製備，使用噴墨列印的方式，擺脫了傳統方法中，製備複雜，成本居高的缺點，為大規模快速製備奠定了一定的基礎，相信在不久的將來，紙基微流控晶片將得到長足的發展和應用。
參考資料
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