前言

在过去的十年中，微流体技术已经发展成为一个非常复杂的领域，允许多种多样的应用，包括通过研究单细胞行为的基础生物学研究，以及药物筛选应用，和通过开发芯片上器官模型的疾病建模。更强大的应用之一是(生物)传感平台的开发。通过使用微流体，可以将多个单元操作集成到单个芯片中，从而实现广泛的检测可能性。大多数生物分析需要一定程度的样品制备，从简单的样品稀释或离心到更复杂的清洗或浓缩步骤。在基于微流体的分析的情况下，根据应用，样品处理可以在芯片上或芯片外进行，或者两者混合进行。在临床环境中，芯片外样品制备的某些步骤可能是合理的，因为大多数医院将拥有基本的实验室设备。然而，如果考虑缺乏设备的环境，样品制备应在芯片上进行，或者在没有实验室设备的情况下非常容易进行。样品引入和液体处理在便携式系统中至关重要。一些微流体生物传感系统将依赖于庞大的台式泵系统和样品/试剂插入设备，这损害了小型化所获得的优势。在某些情况下，将一滴待分析样品放在芯片的特定区域，通过毛细作用驱动液体。一种常用的方法是使用光电传感器来转换光学事件(反射、吸收、荧光等)。)转换成电信号。其他转导方法包括使用磁阻传感器、阻抗传感器、和电化学传感器。然而，关于这些类型的方法的大多数报告仍然依赖于庞大的电子设备或计算机来进行最终的读出和数据处理，并且不是能够在需要时使用的完全集成的便携式设备的演示。

研究内容

南昆士兰大学的研究人员展示了一种具有多种读出和驱动可能性的便携式系统，可在需要时用于进行基于光学的分析。该原型具有移液管尖端形式的简单样品插入以及自动液体驱动。作为一种模型分析，他们使用酶法检测葡萄中的壬二酸(AzA)，正如之前使用一次性微流控芯片所报道的那样。AzA是植物中存在的生物标记，是系统性获得性抗性免疫反应的一部分。当植物面临病原体时，如真菌桉树脑，这种有机酸的产量增加，这将诱导水杨酸的产生，以抵抗感染。

实验方法

在这项工作中，光学转换是由微制造氢化非晶硅光电二极管。这些传感器在别处有广泛的讨论。光电二极管是通过在玻璃衬底上通过直流溅射沉积2000ȧ铝的底部触点来制造的。这一层以及随后的材料层是通过直写平面印刷形成图案的。然后通过射频等离子体化学气相沉积法沉积非晶硅的p-i-n叠层，其中掺杂层厚100ȧ，本征层厚5000ȧ。然后使用反应离子蚀刻来蚀刻p-i-n台面，并用由rf-PECVD沉积的1000ȧ厚的SiNx层钝化。通过剥离在SiNx层中打开200×200 um的通孔，并通过PVD沉积铟锡氧化物的透明顶部接触。该顶部触点自身延伸出传感器的孔区域，然后以与底部触点相同的方式用铝层部分覆盖，以便于器件的引线键合。然后用SiNx钝化整个器件，在接触焊盘处形成开口。然后将单个芯片切割并引线键合到开发的印刷电路板上。

传感系统示意图。

用于检测AzA的微流体装置的图示。

检测输出的实时采集数据。蓝线是实验室光学装置获得的结果(在右轴上读取)，而红色和粉色曲线是从便携式装置获得的

结论

该文展示了一种简单、通用和用户友好的便携式微流体装置读出系统，可在需要时使用。作为概念的证明，原型被用于检测壬二酸，一种植物真菌感染的生物标志物。通过包括4个驱动和4个放大电路，可以执行多路复用分析，并且可以实现诸如加热或冷却以及液体泵送的其他功能。该系统通过使用薄膜非晶硅光电二极管的透射测量的光学转换工作，并且在便携式装置中演示了低至10-13 A的电流测量。该原型设计为通过改变电路中几个易于更换的电阻，使传感器读数适应高亮度和低亮度。该系统还允许控制一个发光二极管光源和一个蠕动泵，用于通道内的液体处理。作为概念的证明，原型被用于便携式检测植物中真菌感染的生物测定。便携式样机产生的结果在质量上与实验室台架装置获得的结果相似，证实了该样机作为植物健康筛查工具的潜力。

DOI：10.1109 / JSEN.2020.3007023。