前言

鉴于低收入国家95%以上的死亡是由主要传染病和癌症造成的，早期诊断对人类整体健康至关重要。正在广泛研究使用低成本基底和简易制造方法的现场诊断设备。纸比其他聚合物基柔性基材材料具有更大的优势，因为其具有内在毛细管微流体的低成本、易处理和生物相容性、不需要外部泵、低仪器和易于组装。因此，纸张已经成为构建SUPPORTED生物传感平台的流行基底。使用比色/化学发光和电化学检测的纸基生物传感器，具有预先沉积的试剂和已经被广泛探索的自动或半自动微流体。然而，许多比色装置主要是定性的，而定量的比色装置在微摩尔或毫摩尔范围内的检测限(LOD)较差，需要特殊的照相机或扫描仪来捕捉光强度，并且通常需要固定的照明环境来进行精确测量。另一方面，电化学生物传感器需要庞大的液体容器来进行氧化还原反应，还需要使用多种抗体和标记(酶、染料、纳米粒子等)。目前基于标记的免疫分析受到以下因素的限制:缺乏与所有潜在目标分析物兼容的理想标记，无法在纳摩尔至阿托摩尔水平实现LOD，以及分析时间长。因此，无标记免疫纳米传感器是一个活跃的研究课题。与以前开发的技术相比，基于无标记场效应晶体管/化学电阻的生物传感器在为目标生物标志物提供高期刊预检灵敏度和选择性方面更具吸引力。

研究内容

由于其特别的物理、化学和电学特性，碳基纳米材料已成为开发下一代小型化生物传感器的潜在候选材料。单壁碳纳米管(SWNTs)因其高表面积与体积比而被广泛用作场效应晶体管/磁阻传感器的传感器元件，这使得德拜长度(λD)与这些纳米结构的尺寸相当。这导致它们在暴露于化学物质时的电子特性发生显著的调节，从而能够以更高的灵敏度和更低的LOD无标记检测分析物。此外，单壁碳纳米管场效应晶体管/阴极射线管可以与现代微电子技术集成在多功能器件中，同时检测多种分析物。因此，单壁碳纳米管是一种很有前途的半导体传感器材料。制作平装微流体通道的方法包括复杂的光刻和简易的印刷方法。然而，纸基微流体的大多数制造方法的有毒试剂/溶剂的高成本仍然对在多孔纸基底上制造定义明确的生物传感器阵列提出了挑战，该阵列具有高灵敏度和特异性，以最小的样品需求进行多分析物检测。另一方面，蜡印显示出几个优点，例如1)印刷和烘焙的简单制造工艺，具有足够的图案分辨率，2)在几分钟内快速制造，3)低成本(容易获得纸和蜡)，4)环境友好(无有机溶剂)，以及5)通过焚烧使用后易于处置(沈等人，2019年)。因此，加州大学的研究人员采用了蜡印技术，以一种简便和经济的方式来构建多重纸张微流体通道。在这里，研究人员提出了一种新的生物传感平台，其特征在于基于纸的微流体场效应晶体管/铬阵列，用于体液中重要生物标志物的高灵敏度和选择性多重检测。

实验方法

所有的功能化步骤都是在室温下完成的，除非另有说明，所有试剂都是从西格玛-奥尔德里奇公司购买的。单克隆抗人血清白蛋白(HSA)和抗人免疫球蛋白G抗体分别购自Medix Biochemia(6502 SP-2)和Sigma-Aldrich (I6260)。将主成分分析/单壁碳纳米管复合物浸没在0.1 M MES缓冲液(pH 5.5)中20分钟，缓冲液中含有5 mM的N-(3-二甲基氨基丙基)-N′-乙基碳二亚胺(EDC)和2.5 mM的N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)，随后用pH 7.4的10 mM磷酸盐缓冲液冲洗。依次地，将20微升每种抗体50克/毫升加入每个传感位点，并分别在室温下孵育2小时、15分钟和30分钟。

利用额外的蜡障和纸桥设计了5瓣微流控通道，并给出了传感器制造和测试的总体流程。

纸基上喷墨印刷的主成分分析/单壁碳纳米管网络的渗流分布及临界初始电阻的优化。

实时监控在灌注过程中电阻的变化，并对添加的20 L样品及其相应的校准曲线进行检测。

复杂矩阵中的样本(20 L)的感应响应。

结论

研究人员开发了一个经济实用的纸基传感平台，通过采用抗体缀合的单壁碳纳米管复合物，结合自上而下的纸桥微流体技术，实现相关生物标志物的快速多重无标记检测。所报道的生物传感平台有望促进纸基场效应晶体管/阴极射线管的未来发展和采用，不仅在资源有限的诊断应用中，如ASSURED设备，而且在其他传感场景中，包括但不限于现场环境监测、病原体快速检测和法医样本快速检查。

https://doi.org/10.1016/j.bios.2020.112721。