N-亞硝基二甲胺（NDMA）是一類典型的亞硝胺化合物，被認為具有較強致癌性，可在飲用水消毒、工業廢水處理以及制藥生產過程中形成。由于監管限值通常處于ng/L級別，因此傳統檢測主要依賴氣相色譜-質譜聯用（GC-MS）或液相色譜-質譜聯用（LC-MS），雖然靈敏度高，但設備昂貴、檢測周期長、難以現場部署。目前尚無研究報道用于NDMA檢測的紙基微流控平臺，也未在微流控系統中實現面向此類應用場景的片上光化學技術。這些局限性凸顯了開發微流控芯片實驗室平臺的必要性，需要平臺具備快速、低成本、便攜NDMA檢測能力，以滿足分散式監測的需求。據麥姆斯咨詢介紹，美國科羅拉多州立大學的研究團隊首次提出了一種基于紙基微流控傳感器平臺的NDMA檢測方法，同時也是首個將光化學亞硝化反應直接集成在芯片上的研究，實現了完整的光化學-比色檢測流程。相關研究成果已經以“Capillary flow-driven paper-based microfluidic sensor for NDMA detection in water”為題發表于近期的Lab on a chip期刊。該研究開發了一種基于毛細驅動的紙基微流控NDMA檢測芯片，利用纖維素紙天然的毛細作用作為驅動力，實現液體在芯片內部的自主輸運，無需外接泵、閥門或電源。研究人員通過疏水圖案化工藝在紙基底上構建微流控網絡，將樣品入口、反應區、分流通道和檢測區集成于同一平臺。圖1 毛細驅動微流控NDMA傳感器及紫外照射盒的設計與組裝當水樣滴加到入口后，液體沿預設流道自動流動，并依次完成化學反應和信號檢測。芯片采用雙檢測區設計，在主流道末端將樣品均勻分配至兩個獨立分析單元，通過兩種不同的金屬絡合顯色體系對目標產物進行同步檢測，從而實現結果的交叉驗證，提高檢測準確性和抗干擾能力。這種結構不僅保留了紙基微流控低成本、便攜和易于批量制造的優勢，還將復雜的多步分析過程集成到單一芯片中。在制備過程中，研究團隊首先利用蠟印刷等圖案化方法在紙張表面形成疏水屏障，以限定液體流動路徑并構建功能化流道。隨后在不同區域預加載檢測所需的化學試劑，使芯片具備樣品處理和顯色分析功能。為了實現NDMA檢測，研究人員將光亞硝化反應整合進芯片工作流程，待測樣品在紫外光照射下發生光化學轉化，生成能夠與顯色試劑發生反應的中間產物。反應后的液體在毛細驅動下繼續流向雙檢測區域，與預固定的金屬絡合試劑發生作用并產生顏色變化。整個檢測過程僅需加樣和光照兩步操作即可完成，最終通過手機攝像頭采集顯色圖像并進行定量分析，構建出一種適用于現場環境監測的低成本、便攜式紙基微流控檢測平臺。與傳統紙基傳感器相比，該研究不是簡單地將顯色試劑固定在紙上，而是將化學衍生化、流體輸運和雙重顯色檢測集成于同一微流控網絡中。芯片中的流道結構經過優化，使樣品在無需人為干預的情況下按預定順序完成反應、分離和檢測，從而實現真正意義上的“樣品加入-結果讀取”一體化分析。實際水樣分析結果表明，基于Fe2?和Co2?的檢測通道分別實現0-100 ppm和0-30 ppm的線性檢測范圍，檢出限分別為4 ppm和1.5 ppm。干擾研究、合理的掩蔽策略以及雙通道讀數確保了方法的高選擇性，穩定性測試則證實裝置在四周內具有優異的穩定性。在自來水、河水和湖水中進行的加標回收實驗顯示，回收率表現穩定，相對標準偏差（RSD）小于10%。該紙基微流控平臺能夠實現對水樣中NDMA的穩定檢測，并具有良好的選擇性和重復性。雙顯色體系提供了交叉驗證能力，提高了復雜環境樣品中的檢測可信度。由于整個檢測過程基于紙基材料和毛細驅動機制，因此制造成本極低，適合大規模生產和一次性使用。總結而言，該研究成果將紙基微流控、毛細流體控制、光化學衍生化以及雙重比色檢測有機結合，建立了一種面向NDMA現場檢測的新型微流控平臺。其創新點不僅在于實現了對超痕量污染物的便攜檢測，更展示了利用紙基微流控系統完成復雜多步化學分析流程的能力，為未來飲用水安全監測和環境污染物即時檢測提供了新的技術路線。https://doi.org/10.1039/D6LC00165C延伸閱讀：
《微流控技術及市場-2024版》
《即時診斷應用的生物傳感器技術及市場-2022版》
