导读

近期，华东师范大学赵振杰教授&李欣副教授等人提出了一种简单的液滴微流控芯片，通过改变整个生长时间和补液间隔，成功获得了静态液滴阵列，用于原位生长不同直径的氧化锌纳米结构。相关研究以“Droplet-Based Preparation of ZnO-nanostructure Array for Microfluidic Fluorescence Biodetection”为题发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

本文要点：

1、本文介绍了一种基于微流控技术的氧化锌纳米结构阵列的制备方法，用于微流控荧光生物检测。

2、通过微纳加工技术的微图案化，可以实现氧化锌纳米结构的高密度排列，从而提高检测性能并减少试剂和时间消耗。

3、研究表明，该装置可实现对人类甲胎蛋白和癌胚抗原的多重检测，具有低至138 fg/mL的检测限和八个数量级的动态范围，适用于癌症的早期诊断和预后判断。

全文总结/概括： 

使用氧化锌纳米结构进行荧光生物检测具有诸多优势：

1、出色的生物相容性、高电子转移率、高等电点和独特的荧光增强特性。

2、氧化锌纳米结构可通过波导结构放大荧光信号，而不会产生自发荧光，因此非常适合用于荧光生物检测。

3、氧化锌纳米结构的大表面体积比也有助于其有效增强荧光信号。

总之，这些特性使氧化锌纳米结构适用于高灵敏度和高通量的荧光生物检测应用。

微流控芯片如何实现氧化锌纳米结构的原位生长？

微流控芯片通过创建静态液滴阵列，用于氧化锌纳米结构的原位生长。该芯片可在单个液滴内实现局部、长期和原位生长氧化锌纳米结构，并能有效交换生长溶液。该装置的重要组成部分是 32 个液滴捕获阵列，它由氧化锌纳米结构生长室、旁路通道和用于液滴捕获的缩颈通道组成。液滴捕获过程可分为三个步骤：在通道中注入矿物油，引入水相以填充除缩颈通道外的整个通道，以及再次引入矿物油以完成液滴捕获。对水相和油相的流速以及补充间隔进行了优化，以确保有效捕获液滴并进一步生长氧化锌纳米结构。还对单个液滴内的生长溶液进行了定期补充，以促进化学试剂的交换和氧化锌纳米结构的持续生长。

图1.（a）生长芯片和检测芯片的示意图。在进行荧光生物检测之前，使用生长芯片制备ZnO纳米结构。样品溶液被加载到检测芯片上的平行微通道中进行进一步研究。（b）流程图说明了单个液滴的生成和营养物质的补充，以实现长期生长。（c）图像显示了微腔捕获单个液滴的三个步骤（比例尺：400μm）。

图2.（a）水相占据的单个生长室的图像，随水相流速的变化而变化。所有图像的比例尺为400μm。显示了水相占据生长室的面积百分比，随着水相流速的变化而变化：（b）Q=25μL/h（c）Q=50μL/h（d）Q=150μL/h（e）Q=400μL/h（f）Q=600μL/h。（g）水相以不同流速完全填满生长腔室所需的总时间。（h）颈部通道被水相占据的面积百分比随时间变化，取决于水相的流速。（i）水相以不同流速通过32个捕获结构所需的总时间。

图3.（a）不同油相流速下成功捕获液滴的图像（12.5−800μL/h）。（b）不同油相流速下的三种捕获模式。Q=5μL/h，油相流速较小时无法捕获液滴；Q=400μL/h，成功捕获了液滴；Q=1600μL/h，过大的油相流速导致捕获的液滴逃离生长腔室。（c）捕获单个液滴所需的时间随油相流速的变化而变化。比例尺为400μm。

图4.（a）不同时间间隔下补充过程的图像。所有图像的比例尺为400μm。（b）不同时间间隔下补充成功率。（c）不同时间间隔下单个生长腔室中光密度值随时间的变化。（d）直到完成替换为止，八个排成一行的液滴的光密度值随时间的变化，以第一个生长腔室中的液滴更新为起点。

图5.（a）ZnO纳米结构在不同的补充间隔和总生长时间下的扫描电镜图像。比例尺为500nm。（b）在不同的补充间隔和总生长时间下生长的ZnO纳米结构的平均直径。（c）在不同的补充间隔和总生长时间下生长的ZnO纳米结构的密度。（N=5）。

图6.（a,b）采用不同补充间隔和生长时间下合成的氧化锌纳米结构检测FITC-antiIgG的荧光图像和（b）荧光强度的定量分析，以及玻璃基板作为对照。（c）在生长室中ZnO纳米结构上不同APF浓度的荧光图像和（e）荧光强度的定量分析。（d）在生长室中ZnO纳米结构上不同CEA浓度的荧光图像和（f）荧光强度的定量分析。（N=5）。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.3c14319