數(shù)字微流控（DMF）是一種新興的液體處理技術(shù)，在各種生物和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中顯示出廣闊的潛力。然而，傳統(tǒng)DMF芯片的制造通常復(fù)雜、耗時(shí)且成本高昂，這嚴(yán)重限制了其廣泛應(yīng)用，特別是在即時(shí)檢測(cè)（POCT）領(lǐng)域。盡管基于紙張或薄膜的DMF器件可以提供一種廉價(jià)且方便的替代方案，但它們?nèi)匀皇艿狡矫鎸ぶ方Y(jié)構(gòu)的影響，因此電極數(shù)量有限。

為解決上述問(wèn)題，近期，浙江大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)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(dǎo)石墨烯（LIG）的數(shù)字微流控芯片（gDMF）的開(kāi)發(fā)情況。該研究提出的gDMF可以通過(guò)計(jì)算機(jī)控制的激光劃線工藝輕松制成（10分鐘內(nèi)，環(huán)境條件下，無(wú)需昂貴的材料或潔凈室的技術(shù)）。此外，平面尋址DMF（pgDMF）和垂直尋址DMF（vgDMF）都很容易實(shí)現(xiàn)，后者有可能提供更高的電極密度。

圖1 （A）激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）制造示意圖；（B）激光誘導(dǎo)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(shí)驗(yàn)還表明，pgDMF和vgDMF的性能與傳統(tǒng)的DMF器件相當(dāng)，在vgDMF上進(jìn)行的比色測(cè)定證明了它們的適用性。鑒于gDMF制作簡(jiǎn)單、成本低廉、功能齊全，而且可以根據(jù)不同的應(yīng)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(tái)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(duì)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(qū)動(dòng)電壓（100 Hz）下的液滴移動(dòng)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(qū)動(dòng)電壓（100 Hz）下的液滴移動(dòng)速度。

圖4 gDMF器件的應(yīng)用

綜上所述，本文報(bào)告了一種基于激光誘導(dǎo)石墨烯（LIG）的DMF器件（gDMF），該器件具有以下顯著優(yōu)勢(shì)：加工方法簡(jiǎn)單（計(jì)算機(jī)控制的激光劃線）、易于實(shí)現(xiàn)的條件（環(huán)境、無(wú)需昂貴的材料或潔凈室的技術(shù)）和較短的制造時(shí)間（10分鐘內(nèi)）。此外，平面尋址和垂直尋址DMF（pgDMF和vgDMF）均可輕松實(shí)現(xiàn)，電極圖案可在需要時(shí)輕松更改，因此在各種應(yīng)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(jīng)證明與傳統(tǒng)芯片相當(dāng)，滿足了DMF技術(shù)對(duì)功能性和經(jīng)濟(jì)性的要求。

因此，我們有理由相信，gDMF可能會(huì)在生物和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，尤其是作為經(jīng)濟(jì)型一次性消耗品應(yīng)用于POCT領(lǐng)域。不過(guò)，在實(shí)際應(yīng)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(chǎn)以及LIG圖案的多種材料選擇，以適應(yīng)各種情況。此外，各種POCT應(yīng)用（如檢測(cè)核酸、蛋白質(zhì)檢測(cè)和細(xì)胞分析）仍有待在gDMF上開(kāi)發(fā)。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1039/D4LC00258J

審核編輯：劉清