在繪畫大師手里，一張紙?zhí)N涵著無窮斑斕世界；在手工匠人眼里，一張紙是妙手生花不可或缺的原材料。但如今，環(huán)境學(xué)者利用簡單的紙張構(gòu)建了用于快速診斷和藥物傳輸?shù)募埢?a title='微流控芯片' target='_blank' href='http://ikhwaa.com/yiqi/' class='seolabel'>微流控芯片，紙被賦予了新的傳感使命。

近期，來自中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所張華研究員和英國克蘭菲爾德大學(xué) (Cranfield University) 楊竹根教授合作的“環(huán)境健康診斷與污染修復(fù)”國際交叉創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在《Journal of Controlled Release》期刊2020年第322期上發(fā)表綜述文章[1]，對(duì)基于紙基微流控的快速診斷和藥物遞送研究領(lǐng)域進(jìn)行了總結(jié)和展望。

紙張具有來源廣泛、易于運(yùn)輸儲(chǔ)存、可操作性強(qiáng)、生物樣品相容性較好、過濾特性好、可降解等卓越性能，常被用作承載分析診斷測試的基底材料。自2007年起，紙基微流控技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

在本綜述中，作者總結(jié)了近年來基于紙基微流控技術(shù)的研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了基于紙基微流控技術(shù)平臺(tái)的設(shè)計(jì)、制備、優(yōu)化和應(yīng)用，特別是在醫(yī)學(xué)即時(shí)診斷和藥物遞送方面的應(yīng)用。
新的進(jìn)展集中在紙基芯片與核酸檢測，或等溫?cái)U(kuò)增技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)場快速的樣品應(yīng)答檢測。其中，環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增(LAMP)是一種極為靈敏的核酸檢測方法，在含有超低濃度DNA或RNA的實(shí)際樣品檢測中被大力開發(fā)應(yīng)用。本綜述文章前半部分詳細(xì)闡述了基于LAMP技術(shù)的快檢傳感設(shè)備在傳染病診斷、食源性致病菌分析、獸醫(yī)學(xué)診斷、植物診斷和環(huán)境公共衛(wèi)生評(píng)測等領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用（圖1）。

圖1、紙基微流控芯片在快速診斷和藥物控釋中的應(yīng)用

在可控藥物傳遞領(lǐng)域，微流控技術(shù)具有精確給藥、理想的靶向釋放、持續(xù)可控釋放、多次給藥和輕微副作用等特點(diǎn)。通過進(jìn)一步對(duì)微流控裝置各項(xiàng)參數(shù)的集成、植入、定位、自動(dòng)化和精確控制，使藥物能夠以設(shè)定的速率、良好的控制方式更有效地傳遞到靶部位。因此，這些特性使得可重復(fù)、按需和可調(diào)的藥物遞送成為可能。與其他常用材料（聚二甲基硅氧烷、玻璃、硅、熔融二氧化硅、水凝膠和聚四氟乙烯等）相比，紙基微流體用于藥物篩選和傳遞具有獨(dú)特的優(yōu)勢和巨大的應(yīng)用潛力，尤其是在微觀儲(chǔ)層藥物無載體輸送系統(tǒng)、藥物無載體集成微流控輸送系統(tǒng)和藥物載體集成微流控輸送系統(tǒng)。
在本綜述文章后半部分中，討論了基于紙張的微流控技術(shù)在藥物傳遞系統(tǒng)中的最新進(jìn)展，包括高通量篩選藥物、藥物載體和藥物傳遞系統(tǒng)的制備，但是目前該領(lǐng)域研究較少，鑒于紙基微流控芯片獨(dú)特的優(yōu)勢，未來可能是一個(gè)新的研究方向。
隨著微流體和納米技術(shù)的發(fā)展，微流控技術(shù)已逐步應(yīng)用于藥物載體的制備、高通量篩選以及藥物的固定等方面。紙基微流控作為一種有潛力的受控藥物傳遞系統(tǒng)的候選技術(shù)，在明確臨床動(dòng)力學(xué)以有效治療不同病理的患者，減少副作用，增加患者的便利性等方面仍有很多工作要做。未來，紙基微流控芯片在醫(yī)學(xué)診斷和藥物傳遞的發(fā)展將更趨向于集成度高和易于批量生產(chǎn)、靈敏度高和易于精確控制方面，并終將完成從實(shí)驗(yàn)向臨床應(yīng)用這一令人興奮的轉(zhuǎn)變。

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一種不依賴于精密實(shí)驗(yàn)分析儀器和能夠在復(fù)雜現(xiàn)場簡單操作的快檢設(shè)備，在發(fā)展中國家或資源匱乏偏遠(yuǎn)地區(qū)是有著迫切需求的。基于這一重大需求，團(tuán)隊(duì)近年來致力于低成本、便攜式現(xiàn)場快速診斷平臺(tái)的研發(fā)工作。通過利用紙基微流控裝置、環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增（LAMP）技術(shù)以及快速的可視化方法，在傳染病的快速診斷、食品安全分析、農(nóng)業(yè)和農(nóng)場物質(zhì)評(píng)測、環(huán)境公共衛(wèi)生評(píng)價(jià)等領(lǐng)域做出重大突破，受到相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者廣泛關(guān)注。

研發(fā)的傳感設(shè)備被成功應(yīng)用于印度農(nóng)場傳染病檢測，現(xiàn)場檢測了農(nóng)場奶牛傳染病所涉及的3種病原體（布魯氏桿菌病，鉤端螺旋體病和牛皰疹病毒）[2], 引起了多個(gè)國際媒體（如Phys. Org，My Science等）的報(bào)道；該折疊紙?jiān)O(shè)備經(jīng)過進(jìn)一步改進(jìn)被用于非洲烏干達(dá)的當(dāng)?shù)匦W(xué)現(xiàn)場檢測傳染?。ǒ懠膊。┑陌l(fā)病情況，成果發(fā)表于國際著名雜志美國科學(xué)院院刊[3]。這表明了紙折疊技術(shù)在資源有限地區(qū)實(shí)現(xiàn)病原微生物核酸現(xiàn)場檢測的巨大潛力。

此外，該國際合作團(tuán)隊(duì)最近提出了利用社區(qū)污水傳感器來評(píng)價(jià)公共衛(wèi)生的概念，并開發(fā)了一種基于LAMP的試紙條檢測裝置，用于社區(qū)污水基因標(biāo)志物的檢測[4]。廢水中包含有一個(gè)地區(qū)的生活方式和健康風(fēng)險(xiǎn)的有效信息。在該研究中，成功的將核酸提取與富集功能集成到一個(gè)廉價(jià)的基于試紙條檢測的裝置中，從而使采樣應(yīng)答技術(shù)成為了可能。

通過檢測疾病相關(guān)的生物標(biāo)記物，然后獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在公共衛(wèi)生廢水生物標(biāo)志物和病原體的現(xiàn)場分析中發(fā)揮重要作用。這為利用廢水流行病學(xué)的檢測來評(píng)估社區(qū)健康提供了可能。例如，針對(duì)目前正在全球范圍內(nèi)肆虐的新冠病毒疫情，該團(tuán)隊(duì)還提出了利用基于污水流行病學(xué)的紙折疊分析技術(shù)來篩查潛在的新冠病毒患者這一創(chuàng)新性的重要觀點(diǎn)，這一技術(shù)克服了傳統(tǒng)檢測方法無法快速大規(guī)模篩查潛在新冠病毒患者，和在資源有限的地區(qū)無法通過PCR檢測確診等缺陷，對(duì)于我國及全球新冠病毒的及時(shí)診斷和預(yù)警具有非常重要的指導(dǎo)性意義[5]，相關(guān)成果被EurekAlert、ScienceDaily、Yahoo、BBC等全球50余個(gè)知名媒體報(bào)道。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2020.03.010

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