一張紙快速疾病診斷、食品安全和環(huán)境污染檢測

  紙基微流控是分析檢測領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新辦法，僅需一張紙，就可輕對松疾病診斷、食品安全和環(huán)境污染進行快速檢測。為實現(xiàn)這一檢測方法在我國檢測領(lǐng)域的高效應(yīng)用，濟南大學(xué)于京華教授科研團隊建立了多功能的紙芯片檢測系統(tǒng)，并取得了多項原創(chuàng)性和開拓性研究成果。

 

　　該科研團隊研發(fā)的 “基于結(jié)構(gòu)調(diào)控和光電性能的紙芯片微流控基礎(chǔ)研究與傳感機制”項目獲2016年度山東省自然科學(xué)獎一等獎。

 

　　疾病診斷、食品安全和環(huán)境污染直接影響人民的身體健康，三大問題解決的根本在于基層源頭的控制。因此，快速準(zhǔn)確的現(xiàn)場即時檢測方法已成為國家和社會發(fā)展的重大需求。

 

　　紙基微流控是分析檢測領(lǐng)域出現(xiàn)的一種新方法，因其可低成本廣泛應(yīng)用的突出特點，成為最具潛力的普及化的即時分析方法之一。但要在一張紙上完成快速檢測，還有許多問題需要解決，如紙的組成、結(jié)構(gòu)調(diào)控機理不清楚，只能定性不能定量;缺乏紙微流控理論，高靈敏方法無法引入;受物理處理技術(shù)單一和局限性，不能完成多功能紙芯片全分析系統(tǒng)的建立。

 

　　濟南大學(xué)于京華教授科研團隊圍繞上述亟待發(fā)展與解決的問題，成功解決紙上復(fù)雜體系化學(xué)反應(yīng)，在國際上率先實現(xiàn)在紙上由定性到定量分析的突破;解決紙上信號的轉(zhuǎn)換問題，提出紙上高靈敏檢測方法的新思想;解決紙上的化學(xué)處理方法，發(fā)現(xiàn)紙纖維的結(jié)構(gòu)形貌調(diào)控規(guī)律及納米材料生長方法，建立多功能的紙芯片檢測系統(tǒng)，取得了多項原創(chuàng)性和開拓性研究成果。

 

　　主要提出四大創(chuàng)新點：

 

　　——提出三維高性能紙纖維金屬電極的設(shè)計與制作方法，突破紙芯片上高靈敏分析手段介入的關(guān)鍵難點，引領(lǐng)紙微流控芯片高靈敏檢測的發(fā)展;提出超級紙電容化學(xué)信號可控放大的新原理，開拓了生物傳感器超靈敏放大的新途徑。

 

　　——利用時間與空間差異控制紙上復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，提出了紙芯片多組分化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控技術(shù)，完成紙上由定性到定量分析的突破。在國際上率先實現(xiàn)微流控紙芯片上的定量檢測，闡明紙微孔的自驅(qū)動液體通道形成機制與可調(diào)控性。

 

　　——在紙上利用化學(xué)生長法，依據(jù)紙纖維內(nèi)部縱橫交錯的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)及紙的多孔性相連制備大比表面積的紙基多孔納米層，提出紙纖維載體的結(jié)構(gòu)形貌調(diào)控規(guī)律與機制。攻克紙芯片一直以來采用物理改性，無法制作多功能區(qū)的關(guān)鍵技術(shù)難題，為多功能紙芯片的研發(fā)展示了很好的應(yīng)用前景。

 

　　——有效利用空間效應(yīng)，提出多功能三維紙芯片的集成方法，設(shè)計制備集前處理、分離、富集、洗滌、檢測多功能于一體的多功能、高通量、可尋址陣列3D紙芯片，建立高效檢測方法，易于實現(xiàn)微型化和自動化。發(fā)展了紙芯片的微流控基礎(chǔ)理論并推動了現(xiàn)場即時檢測技術(shù)的進步。

 

　　該科研團隊自2011年以來，在《自然—生物化學(xué)》《先進功能材料》《生物材料》等期刊上發(fā)表SCI 收錄論文200余篇(其中紙基材料的論文160余篇)，12篇論文在ESI全球排名Top0.1%，1篇論文在ESI全球排名Top 0.01%，影響因子5以上的論文100余篇，獲SCI 他引4000余次，H因子36。有14篇紙芯片的工作受邀作為影響因子5以上期刊的封面文章發(fā)表。研究成果多次以研究熱點和新聞形式分別被《芯片實驗室》、WILEY-VCH出版集團旗下《化學(xué)觀點》和美國化學(xué)會《化工快訊》等專題報道;省級鑒定研究成果達到國際領(lǐng)先水平。于京華教授入選2014年度英國皇家化學(xué)會期刊“高被引中國學(xué)者”榜單。

 

　　目前，該科研團隊圍繞紙芯片研究取得了一系列重要科研成果，推動了紙基微流控基礎(chǔ)理論的發(fā)展，同時推動了分析化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，期待為我國疾病診斷、食品安全和環(huán)境污染即時檢測作出重要貢獻。

 

　　疾病診斷、食品安全和環(huán)境污染這三大問題是關(guān)乎國計民生的頭等大事，要想實現(xiàn)對其整治，必須采用快速、精確的檢測方法，紙芯片檢測方法簡單、快速，將對我國檢測領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。