微流控系统新进展:微空间中三维网络结构构筑与痕量蛋白质高效分离

微流控系统(Microfluidic System)可以实现微米级通道内纳升乃至皮升体积流体的操纵,已经引起了科学界和工业界的广泛关注,在材料合成、微能源系统、临床诊断及生物分析等领域具有巨大的应用前景。微通道内部微纳米结构的构筑是实现其功能化的主要路径,也是扩展其应用范围的重要研究方向。目前,在微空间中构建微纳米结构主要是通过激光刻蚀、微机械系统以及喷墨打印等方法来实现,制作工艺复杂、仪器设备要求高,更重要的是其难以在封闭的微空间系统内进行操作。

通过化学的方法来实现微流控系统内部微纳米结构快速、简便的构筑已经成为一个热点方向,已有研究者成功地将纳米棒阵列、纳米薄膜等结构构建在封闭微通道内部。但是,这些结构同流体的接触面积较小,并且缺乏流体冲刷状态下的结构稳定性。因此,将三维网络结构(3D networks)整合到微流控系统内部来实现流体有效接触面积的最大化,并获得良好的结构稳定性就显得重要而迫切。

东华大学材料学院和纤维材料改性国家重点实验室王宏志教授课题组在这一方面开展了深入细致的工作,提出了一种简便、无需模版、连续流的方法,实现了中空玻璃纤维微通道内部3D networks的可控构筑。相关结果发表在Advanced Functional Materials上。所构筑的三维鸟巢状网络结构由于包含了大量的微孔/纳孔,可以获得充分的流体有效接触面积,并且易于功能化修饰。通过有限元模拟和循环吸附实验,证明了其具有良好的结构稳定性。进一步通过原位化学改性实现了表面功能化修饰,Ag纳米颗粒包覆的3D networks作为表面增强拉曼(SERS)基底,得益于其特殊的3D结构所产生的三种类型的“hot spots”的协同作用,在痕量的生物分子检测中表现出了优异的性能。

通过平行排列的方法所制备出的柔性微流控器件不仅可以实现复杂生物样品中目标蛋白质的连续、高通量分离,而且在SERS检测领域也展示出了巨大的应用前景。该工作中构筑的三维稳定鸟巢状网络结构,作为一种普适方法,不仅可以用于微流燃料电池、临床诊断以及大规模生物分离检测等领域,而且由于中空玻璃纤维可编制的特点,将在可穿戴光电纺织品领域具有广泛的应用前景。该项工作获得了国家自然科学基金、上海市“东方学者”等计划的支持。

Speak Your Mind

*