一张纸能快速疾病诊断?中国科学家提出四大创新
2017-05-22 10:59来源:科技日报

  “基于结构调控和光电性能的纸芯片微流控基础研究与传感机制”项目获2016年度山东省自然科学奖一等奖。

  疾病诊断、食品安全和环境污染直接影响人民的身体健康,三大问题解决的根本在于基层源头的控制。因此,快速准确的现场即时检测方法已成为国家和社会发展的重大需求。

  纸基微流控是分析检测领域出现的一种新方法,因其可低成本广泛应用的突出特点,成为最具潜力的普及化的即时分析方法之一。但要在一张纸上完成快速检测,还有许多问题需要解决,如纸的组成、结构调控机理不清楚,只能定性不能定量;缺乏纸微流控理论,高灵敏方法无法引入;受物理处理技术单一和局限性,不能完成多功能纸芯片全分析系统的建立。

  济南大学于京华教授科研团队围绕上述亟待发展与解决的问题,成功解决纸上复杂体系化学反应,在国际上率先实现在纸上由定性到定量分析的突破;解决纸上信号的转换问题,提出纸上高灵敏检测方法的新思想;解决纸上的化学处理方法,发现纸纤维的结构形貌调控规律及纳米材料生长方法,建立多功能的纸芯片检测系统,取得了多项原创性和开拓性研究成果。

  主要提出四大创新点:

  ——提出三维高性能纸纤维金属电极的设计与制作方法,突破纸芯片上高灵敏分析手段介入的关键难点,引领纸微流控芯片高灵敏检测的发展;提出超级纸电容化学信号可控放大的新原理,开拓了生物传感器超灵敏放大的新途径。

  ——利用时间与空间差异控制纸上复杂的化学反应,提出了纸芯片多组分化学反应的调控技术,完成纸上由定性到定量分析的突破。在国际上率先实现微流控纸芯片上的定量检测,阐明纸微孔的自驱动液体通道形成机制与可调控性。

  ——在纸上利用化学生长法,依据纸纤维内部纵横交错的三维网状结构及纸的多孔性相连制备大比表面积的纸基多孔纳米层,提出纸纤维载体的结构形貌调控规律与机制。攻克纸芯片一直以来采用物理改性,无法制作多功能区的关键技术难题,为多功能纸芯片的研发展示了很好的应用前景。

  ——有效利用空间效应,提出多功能三维纸芯片的集成方法,设计制备集前处理、分离、富集、洗涤、检测多功能于一体的多功能、高通量、可寻址阵列3D纸芯片,建立高效检测方法,易于实现微型化和自动化。发展了纸芯片的微流控基础理论并推动了现场即时检测技术的进步。

  该科研团队自2011年以来,在《自然—生物化学》《先进功能材料》《生物材料》等期刊上发表SCI收录论文200余篇(其中纸基材料的论文160余篇),12篇论文在ESI全球排名Top 0.1%,1篇论文在ESI全球排名Top 0.01%,影响因子5以上的论文100余篇,获SCI他引4000余次,H因子36。有14篇纸芯片的工作受邀作为影响因子5以上期刊的封面文章发表。研究成果多次以研究热点和新闻形式分别被《芯片实验室》、WILEY-VCH出版集团旗下《化学观点》和美国化学会《化工快讯》等专题报道;省级鉴定研究成果达到国际领先水平。于京华教授入选2014年度英国皇家化学会期刊“高被引中国学者”榜单。

  目前,该科研团队围绕纸芯片研究取得了一系列重要科研成果,推动了纸基微流控基础理论的发展,同时推动了分析化学学科的发展,期待为我国疾病诊断、食品安全和环境污染即时检测作出重要贡献。

  科技日报记者魏 东

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责任编辑:李彬,赖旭华

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