成果简介
数字微流控 （DMF） 是一种新兴的液体处理技术，在各种生物和生物医学应用中显示出广阔的潜力。然而，传统DMF芯片的制造通常复杂、耗时且成本高昂，这严重限制了其广泛的应用，特别是在床旁检测（POCT）领域。尽管基于纸张或薄膜的DMF器件可以提供一种廉价且方便的替代方案，但它们仍然受到平面寻址结构的影响，因此电极数量有限。
为解决上述问题，本文，浙江大学张涛副教授 团队在《Lab Chip》期刊发表名为“Laser-induced graphene-based digital microfluidics (gDMF): a versatile platform with sub-one-dollar cost”的论文，研究介绍基于激光诱导石墨烯（LIG）的数字微流控芯片（gDMF）的开发情况。它可以通过计算机控制的激光划线工艺轻松制成（10 分钟内，环境条件下，无需昂贵的材料或洁净室的技术）。此外，平面寻址 DMF（pgDMF）和垂直寻址 DMF（vgDMF）都很容易实现，后者有可能提供更高的电极密度。
此外，它们的成本都很低，低于 1 美元（pgDMF为0.85 美元，vgDMF为0.59美元），令人印象深刻。实验还表明，pgDMF 和 vgDMF 的性能与传统的 DMF 器件相当，在 vgDMF 上进行的比色测定证明了它们的适用性。鉴于 gDMF制作简单、成本低廉、功能齐全，而且可以根据不同的应用修改电极图案，因此有理由期待所提出的gDMF可以作为POCT的多功能平台提供另一种选择。
图文导读
图1 、(A) 激光诱导石墨烯（LIG）制造示意图。(B) 激光诱导石墨烯（LIG）的扫描电镜图像。(C) gDMF（pgDMF）平面寻址的照片和剖视图。(E) gDMF（vgDMF）垂直寻址的照片和（F）剖视图。
图2 、（A） 用于 LIG 电极优化的条带图案，相邻条带之间的设计间隙宽度 （DGW） 从 100 μm 增加到 200 μm。（B） （I） 垂直和 （II） 水平 LIG 条带图案的显微图像。（C） 相邻电极之间的三种状态（连接、半连接和分离）的示意图。（D） （I）垂直带和（II）水平带的设计间隙宽度（DGW）与实际间隙宽度（AGW）之间的关系。（E） 垂直和水平LIG线的照片。（F） 垂直 （I） 和水平 （II） LIG 线的设计线宽 （DLW）、实际线宽 （ALW） 和测量电阻 （MR） 之间的关系。从11个重复中获得误差线。
图3、 （A） pgDMF芯片制造示意图。（B）掺杂不同FAA浓度的硫醇-烯薄膜的接触角。从 3 个重复中获得误差线。（C）常规介电薄膜和CHD薄膜的相对介电常数比较。从 3 个重复中获得误差线。（D） pgDMF芯片上液滴操作的视频图像。（E） pgDMF 上不同驱动电压 （100 Hz） 下的液滴移动速度。从 5 个重复中获得误差线。
图4、 （A） vgDMF芯片制造示意图。（B） vgDMF芯片上液滴操作的视频图像。（C） vgDMF 上不同驱动电压 （100 Hz） 下的液滴移动速度。从 5 个重复中获得误差线。
图5、 gDMF设备的应用
小结
综上所述，本文报告了一种基于激光诱导石墨烯（LIG）的 DMF 器件（gDMF），该器件具有以下显著优势：加工方法简单（计算机控制的激光划线）、易于实现的条件（环境、无需昂贵的材料或洁净室的技术）和较短的制造时间（10 分钟内）。此外，平面寻址和垂直寻址 DMF（pgDMF 和 vgDMF）均可轻松实现，电极图案可在需要时轻松更改，因此在各种应用中都具有很高的灵活性。拟议的 gDMF 还具有令人印象深刻的低于 1 美元的低成本（pgDMF 为 0.85 美元，vgDMF 为 0.59 美元），而且液滴操作性能经证明与传统芯片相当，满足了 DMF 技术对功能性和经济性的要求。因此，我们有理由相信，gDMF可能会在生物和生物医学领域得到广泛应用，尤其是作为经济型一次性消耗品应用于 POCT 领域。不过，在实际应用之前，仍有一些挑战有待解决，例如更高效的激光划线、批量生产以及 LIG 图案的多种材料选择，以适应各种情况。此外，各种 POCT 应用（如检测核酸、蛋白质检测和细胞分析）仍有待在gDMF上开发。
文献：https://doi.org/10.1039/D4LC00258J
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