微流控芯片在环境监测上的应用以及问题分析
环境污染问题日益突出，简单、快速、灵银答敏、便携的环境监测技术倍受青睐。传统的监测方法需经采样-储运-测定等过程，监测成本高，操作者需具备较高的技能和丰富的经验；现有的传感器监测分析的样品范围相对较小，干扰因素较多，使其远不能满足现代环境监测的需求。20世纪90年代，瑞士Ciba-Geigy分析 实验室 的Widmer和Manz等提出的微全分析系统（MicroTotalAnalysisSystems，μTAS）为现代环境监测技术的发展提供了一个全新的技术平台。μTAS的目标是把整个实验室的功能，包括采样、稀释、加试剂、反应、分离、检测等集成在数cm2的微芯片上，实现被分析物的快速、实时、在线和便携式分析检测。
以下是基于 微流控芯片 的环境监测应用研究的几个例子：
利用毛细管电泳 微流控 芯片系统来检测饮用水中高氯酸盐含量。该装置能够在较大的线性范围内检测出高氯酸盐的含量，检测的最低浓度为5.6 μg/L。此外，其检测时间缩短至如离子色谱（IC）、电导检测法以及质谱法的1/15～1/30。
金纳米粒子探针可用于如汞、铅和铜等重金属离子的检测。采用微流控芯片与光学检测相结合的装置，可使砷离子的检出限低至10～50 μg/L。基于荧光金纳米离子（AuNPs）的微流控芯片可对农药实时、快速检测。通过测量荧光强度分析出所测物质中农药的含搜弊量，如对二硫代氨基甲酸农药福美锌的检出浓度可低至6 μg/L。
而另一种基于电化学检测方法，将微流控装置与样品注射系统（FIA）相结合的平台可实现快速、高灵敏度且有选择性的检测出河水样品中炔雌醇（EE2）的含量。该系统锋漏慧采用直接竞争性免疫检测法，其中EE2多克隆抗体被固定在经3－氨基丙基改性的磁性微球体上，使用该微球体不仅增加了反应的表面积而且降低了扩散距离。
部分基于微流控纸芯片检测的装置设备用于环境污染物的检测，则更能体现其快速、简便的特性，如各类化学污染物和重金属等。根据比色机理，基于微流控纸芯片的聚二乙炔（PDA）比色传感器可用于检测挥发性有机化合物（VOCs）。
在气相条件下，通过测量RGB色值变化，可分辨出多达18种挥发性有机物。基于免疫色谱电化学的试纸条生物传感器（IEB）可以实现对三氯吡啶（TCP）的检出浓度低至0.1 ng/mL，且在浓度范围在0.1~100 ng／mL内保持良好的线性度。
在检测重金属方面，一种基于固相生物活性的微流控纸芯片能够在10min内通过比色检测以下各金属的含量：汞（II）＝0.001 mg/L；银（I）＝0.002 mg/L；铜（II）＝0.020 mg/L；镉（II）＝0.020 mg/L；铅（II）＝0.140 mg/L；铬（VI）＝0.150 mg/L；镍（II）＝0.230 mg/L。
微流控芯片应用于实际环境样品分析时，虽然采样体积小，样品不具备代表性，但可利用其快速分析的特点，进行网络布点采样，从而在时间和空间上获得大量数据，避免不具备代表性采样的问题。迄今为止，微流控分析检测系统应用于实际环境样品的分析十分有限，这主要是由于存在一些尚未解决好或有待解决的理论和技术问题：（1）目前绝大多数微流控芯片还不具备分析复杂试样的能力；（2）μTAS的分离和分析的可靠性问题；（3）微流控芯片装置制备的重现性问题；（4）实时在线分析时，微流控芯片装置与环境之间应有良好接口问题等等。
因此，以下几个方面将会成为未来微全分析系统在环境监测方面的研究热点：
（1）集成包括吸收、净化、浓缩、稀释、衍生等试样预处理单元，使微流控芯片逐步具备处理分析复杂试样的能力；
（2）在微流控芯片装置与环境之间有良好接口，包括具备好的过滤系统，避免样品引入系统中导致生物有机体的生长，具备重现性较好的自动进样系统，以实现原位实时检测；
（3）无线通信与微流控芯片装置的集成化，即低功率无线集成网络传感器，可生成自动网络工作站，提供大量信息，避免环境检测繁琐取样的限制。
艾辉旺团队
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基于荧光蛋白的生物传感器是必不可少的研究工具。尽管近些年科学家陆续进化出个别基于红色荧光蛋白的生物传感器，但大多数现有荧光蛋白生物况回银物运苗杆传感器的发射波长都落在绿色或黄色光谱区域中。它们的光谱重叠会阻碍，很难实现答计一双通道荧光监测。此外，红色荧光蛋白生物传感器有望减少光毒性和自发荧光，并增加光子渗透和成像深度。但是，现有的红色荧光蛋白生陆校范关害侵便友快格律物传感器通常动态范围小，在细胞内易聚集，以及存在光转化等问题。因此，现有的红色荧光探针普遍在功能上不如其对应的绿色荧光版本。因此，开发功能上更好的红色荧光传感器成为荧光显影学界的研究重点。
相比传统的定向进化手段，遗传密码子扩展技术是将蛋白质定工提倒向进化的一种有效工具。该技术能够将非天然氨基酸定点插入到目标蛋白中，继而改消地病列获附变目标蛋白原有的理化性质。2020年9月14日，美国弗吉尼亚大学 （University of Virginia） 艾辉旺 （Hui-wang Ai） 课题组在 Nature Chemical Biology 杂几部温毫言搞吸志上发表文章 A general strategy to red-shift green fluorescent protein based biosensors 的文章， 将3-氨基酪氨酸（倒都翻罗七法后3-amino tyrosine，aY）插入到绿色、黄色、青色荧光蛋白的发色团酪氨酸残基位置，将原本的荧光发射光红移近100纳米。该课题组进一步将这项技术应用于多种黄，绿色画器承厂独存荧光蛋白生物传感器中，使其荧光发射光红移以减少其光号毒性并实现了多荧光通道多检测物的同时监测。
课题烟底若燃剧磁斗应财组信息： https://med.***.edu/ai-lab/
原文链接：
https://www.***.com/arti杨深cles/s41589-02县啊许向0-0641-7
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微流控技术的材料和微加工方法
制作微流控芯片的主要材料有硅片、玻璃、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯和纸基等。其中PDMS的使用范围最为广泛。这种材料不仅加工简单、光学透明，而且具有一定的弹性，可以制作功能性的部件，如微阀和微蠕动泵等。PDMS微阀的密度可以达到30个/cm。但是PDMS材料容易吸附疏水性小分子，导致背景升高和检测偏差。为了克服非特异性吸附的问题，表面惰性且抗黏附的聚四氟乙烯材料开始被用于制作微流控芯片。纸基通常指的具有三维交错纤维结构的薄层材料，但是硝酸纤维素膜一般也常用于纸基微流控芯片的制作。因为纸基具有价格便宜、比表面积大和亲水毛细作用力等特点，通过结合疏水性图案化和纵向堆积等步骤，具有多元检测和多步操作集成等优点，非常适合制作便携易用的微流控芯片。
不同的材料特性决定了不同的微加工方法。但是微流控芯片最主要的加工方法是来自于微电子行业的光刻技术和来自于表面图案化的软光刻技术。在上述两种技术的基础上，为了制作完整的微流控微通道，一般还需要对两片材料进行键合。玻璃和硅片等材料通过高温、高压或高电压等方法键合，而PDMS材料通过氧等离子处理进行键合。
