Presentazioni e Articoli Tecnici

基于纸基微流控芯片(μPAD)的核酸提取和扩增反应需均匀稳定、快速响应的热源。半导体制冷器具有无需制冷剂和体积小等优点，可为纸基芯片提供便携式、低功耗分析平台。相较于其他传统核酸扩增与检测设备，μPAD可以借助内部纤维结构的毛细作用自驱动输送流体介质。并且，微尺度下纤维结构具备较高的比表面积，在原理上可改善常规比色、荧光等检测方法的检出限和精准度。然而，滤纸材料本征参数对试剂溶液动态扩散过程和反应结果影响很大，数值仿真模拟是μPAD性能分析和优化设计的重要途径。本文应用COMSOL®热电效应耦合模块和非等温流动耦合模块，获取芯片内部的温度场信息，评价μPAD温控系统设计；应用多孔介质稀物质传递模块，获取纸基孔隙率、平均孔径、厚度、通道宽度等参数对加热区溶质输运时间的定量影响。保证核酸扩增区具备反应温度条件的同时，选取最适宜的工作电压；并且，保证该区域溶液浓度满足扩增需求的同时，选取最合适的基体材料。分析结果表明，选用孔隙致密滤纸时浓度扩散较慢，而增加通道截面积则对溶液沿通道扩散速度有阻碍。本研究验证了应用μPAD进行空域环介导等温扩增反应（Spatial LAMP）的可行性，完成了芯片布局优化设计与性能评价。