基于纸基微流控的快速诊断和药物递送

在绘画大师手里,一张纸蕴涵着无穷斑斓世界;在手工匠人眼里,一张纸是妙手生花不可或缺的原材料。但如今,环境学者利用简单的纸张构建了用于快速诊断和药物传输的纸基微流控芯片,纸被赋予了新的传感使命。近期,来自中国科学院地球化学研究所张华研究员和英国克兰菲尔德大学(CranfieldUniversity)杨竹根教授合作的“环境健康诊断与污染修复”国际交叉创新团队在《JournalofControlledRelease》期刊年第期上发表综述文章[1],对基于纸基微流控的快速诊断和药物递送研究领域进行了总结和展望。纸张具有来源广泛、易于运输储存、可操作性强、生物样品相容性较好、过滤特性好、可降解等卓越性能,常被用作承载分析诊断测试的基底材料。自年起,纸基微流控技术逐渐成为研究的热点。在本综述中,作者总结了近年来基于纸基微流控技术的研究进展,重点介绍了基于纸基微流控技术平台的设计、制备、优化和应用,特别是在医学即时诊断和药物递送方面的应用。新的进展集中在纸基芯片与核酸检测,或等温扩增技术相结合的现场快速的样品应答检测。其中,环介导等温扩增(LAMP)是一种极为灵敏的核酸检测方法,在含有超低浓度DNA或RNA的实际样品检测中被大力开发应用。本综述文章前半部分详细阐述了基于LAMP技术的快检传感设备在传染病诊断、食源性致病菌分析、兽医学诊断、植物诊断和环境公共卫生评测等领域的发展与应用(图1)。图1、纸基微流控芯片在快速诊断和药物控释中的应用在可控药物传递领域,微流控技术具有精确给药、理想的靶向释放、持续可控释放、多次给药和轻微副作用等特点。通过进一步对微流控装置各项参数的集成、植入、定位、自动化和精确控制,使药物能够以设定的速率、良好的控制方式更有效地传递到靶部位。因此,这些特性使得可重复、按需和可调的药物递送成为可能。与其他常用材料(聚二甲基硅氧烷、玻璃、硅、熔融二氧化硅、水凝胶和聚四氟乙烯等)相比,纸基微流体用于药物筛选和传递具有独特的优势和巨大的应用潜力,尤其是在微观储层药物无载体输送系统、药物无载体集成微流控输送系统和药物载体集成微流控输送系统。在本综述文章后半部分中,讨论了基于纸张的微流控技术在药物传递系统中的最新进展,包括高通量筛选药物、药物载体和药物传递系统的制备,但是目前该领域研究较少,鉴于纸基微流控芯片独特的优势,未来可能是一个新的研究方向。随着微流体和纳米技术的发展,微流控技术已逐步应用于药物载体的制备、高通量筛选以及药物的固定等方面。纸基微流控作为一种有潜力的受控药物传递系统的候选技术,在明确临床动力学以有效治疗不同病理的患者,减少副作用,增加患者的便利性等方面仍有很多工作要做。未来,纸基微流控芯片在医学诊断和药物传递的发展将更趋向于集成度高和易于批量生产、灵敏度高和易于精确控制方面,并终将完成从实验向临床应用这一令人兴奋的转变。

一种不依赖于精密实验分析仪器和能够在复杂现场简单操作的快检设备,在发展中国家或资源匮乏偏远地区是有着迫切需求的。基于这一重大需求,团队近年来致力于低成本、便携式现场快速诊断平台的研发工作。通过利用纸基微流控装置、环介导等温扩增(LAMP)技术以及快速的可视化方法,在传染病的快速诊断、食品安全分析、农业和农场物质评测、环境公共卫生评价等领域做出重大突破,受到相关领域学者广泛


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