Les dispositifs analytiques à base de papier microfluidique (µPADs) sont un concept prometteur avec un développement rapide ces dernières années. Dans une nouvelle étude publiée le Nature :Microsystèmes &Nano-ingénierie , une équipe dirigée par Yanfang Guan et Baichuan Sun en ingénierie électromécanique en Chine, a développé une nouvelle technique pour concevoir des µPADs connus sous le nom d'impression de timbres atomiques (ASP). La méthode était rentable, facile à utiliser et a permis une efficacité de production élevée avec une haute résolution. Comme preuve de concept, ils ont utilisé des µPAD conçus via la méthode ASP pour détecter des concentrations variées de cuivre (Cu ²⁺ ) via une méthode colorimétrique. Les appareils ont atteint un Cu ²⁺ limite de détection de 1 mg/L. Guan et al. a également créé un nouveau dispositif d'extraction solide-liquide à base de papier (PSED) utilisant un µPAD tridimensionnel (3-D) avec une structure "3+2" et un mode d'extraction recyclable. En raison des caractéristiques de la filtration sur papier et de la force capillaire, le dispositif pourrait effectuer efficacement plusieurs étapes d'extraction et de filtration à partir de processus d'extraction solide-liquide. La plate-forme PSED a permis simple, détection rapide et économique des ions de métaux lourds au point de service. Le travail est très prometteur pour des applications dans la sécurité alimentaire et la pollution de l'environnement dans les zones à ressources limitées.

Dans les années 1990, les bioingénieurs ont d'abord proposé un dispositif conceptuel de « laboratoire sur puce » (LOC) basé sur la technologie microfluidique. Les chercheurs ont depuis proposé des dispositifs analytiques microfluidiques sur papier (µPAD) pour remplacer la microfluidique traditionnelle, y compris les puces à base de verre et de silicium. Les avantages comprennent une fabrication simple, à bas prix, la portabilité et la disponibilité pour des applications répandues dans les tests au point de service. Un certain nombre de méthodes ont été utilisées pour fabriquer des µPAD, notamment la photolithographie, impression de cire, découpage et estampage. Les tampons atomiques (AS) ou les tampons pénétrants gravés à la machine peuvent être gravés manuellement, bien que la pratique exige des compétences et de l'expérience. Une machine de gravure laser peut fonctionner avec des logiciels de dessin courants, notamment AutoCAD et CorelDraw, pour former un tampon de sceau qui absorbe l'encre en raison de son architecture microporeuse. Guan et al. utilisé la nouvelle approche pour produire des µPAD par impression AS (ASP), où ils ont trempé un tampon du motif requis dans du solvant PDMS, imprimé sur papier et laissé dans une boîte de séchage sous vide pour terminer la fabrication. Ils ont ensuite choisi la méthode colorimétrique pour détecter Cu ²⁺ .

L'équipe a démontré la polyvalence des µPAD en introduisant un dispositif intégré pour l'extraction sol-liquide à base de papier. L'appareil a capitalisé sur les avantages du papier dont son faible coût, portabilité et filtrabilité pour démontrer des performances supérieures lors de l'extraction expérimentale. Ils ont analysé la résolution des µPADs, comme une métrique importante pour réguler leurs performances, qui a déterminé la largeur de canal minimale pour les passages d'écoulement de fluide sur le papier et pour les barrières hydrophobes (anti-eau) conçues pour empêcher l'écoulement de fluide. L'équipe a observé le flux à l'aide d'un colorant bleu. Les µPAD précédemment construits par découpe laser offraient la résolution la plus élevée avec une largeur de canal hydrophile minimale (aimant l'eau). Cependant, L'ASP était plus efficace que les techniques précédentes utilisées pour produire des µPAD.

Lors de l'analyse colorimétrique, PADs avec Cu ²⁺ passé du blanc au jaune, augmentant en couleur avec l'augmentation de Cu ²⁺ concentration, que Guan et al. quantifié à l'aide du logiciel Image J. L'équipe a ensuite déterminé la détection basée sur la distance de Cu ²⁺ solutions sous forme de diverses concentrations de solution circulant dans les canaux μPAD. La longueur de la bande jaune augmente avec l'augmentation de Cu ²⁺ solutions et ils ont observé une constante supérieure à 100 mg/L, qu'ils ont déterminé comme la limite supérieure de l'appareil. Guan et al. détecté un minimum de Cu ²⁺ concentration de 1 mg/mL, conformément à l'Organisation mondiale de la santé (OMS) et à l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA), où le Cu maximum ²⁺ la concentration de contamination dans l'eau potable est de 2 et 1,3 mg/L, respectivement.

Guan et al. a montré le principe de fonctionnement d'un dispositif d'extraction solide-liquide à base de papier (PSED), qui comprenait une micropompe et le caractère microporeux du papier filtre pour compléter l'extraction et la filtration solide-liquide. Pendant le processus, ils ont stocké des échantillons de sol au-dessus du µPAD 3-D et extrait le solvant mélangé au sol s'écoulant du tuyau de sortie de la micropompe. Le solvant d'extraction solubilise simultanément les ions de métaux lourds et les aspire à travers le tuyau d'admission et les pompe à nouveau dans un cycle d'extraction. Finalement, ils ont extrait des ions de métaux lourds dont Cu, zinc (Zn), le cadmium (Cd) et le plomb (Pb) des échantillons de sol via des cycles d'alimentation et de pompage continus de la micropompe.

Les concentrations d'ions de métaux lourds obtenues à partir de la procédure d'extraction PSED étaient similaires aux méthodes traditionnelles, ce qui prouve la nature efficace de la PSED. Le volume d'extraction nécessitait une optimisation et Guan et al. utilisé plus de 30 ml de l'agent d'extraction en conséquence. L'équipe a optimisé le temps et a trouvé que 20 minutes suffisaient pour extraire complètement les ions de métaux lourds. Chaque µPAD 3-D pouvait contenir 2 g de sol et l'ensemble du processus d'extraction prenait 40 minutes.

Par rapport aux modes d'extraction traditionnels, la technique 3-D µPAD a omis les processus de filtration pour un fonctionnement plus simple et une plus grande précision d'extraction. Les µPAD 3D sont portables, bon marché et accessible pour des protocoles d'extraction simples. Les scientifiques peuvent ajuster la taille de l'appareil pour répondre à différents besoins, offrant une flexibilité pour les applications du monde réel. De cette façon, Yanfang Guan et Baichuan Sun ont développé un nouveau type de dispositif de détection connu sous le nom de µPAD utilisant l'impression de timbres atomiques (ASP). Ils ont atteint une haute résolution pour former les canaux hydrophiles et les barrières hydrophobes du dispositif. La technique ASP est peu coûteuse, a un temps d'activité simple, permettant une courte préparation des échantillons pour une résolution élevée et une sensibilité plus élevée par rapport aux méthodes traditionnelles.

Les µPAD fabriqués par l'ASP ont détecté Cu ²⁺ comme preuve de concept utilisant une méthode colorimétrique combinée à une détection basée sur la distance pour obtenir Cu ²⁺ à une concentration de 1 mg/mL. L'équipe a proposé le PSED comme nouveau dispositif d'extraction solide-liquide pour extraire les ions de métaux lourds du sol. L'appareil nécessitait moins d'échantillons expérimentaux pour répondre aux besoins des tests au point de service, avec une perte d'échantillon réduite. L'appareil a maintenu une efficacité d'extraction élevée, faible coût et aucune pollution pour répondre aux exigences de l'extraction solide-liquide. La construction simple peut être produite avec une impression 3D à faible coût et ne se limite pas à tester des échantillons de sol. L'équipe s'attend à améliorer les utilisations de cet appareil pour produire des produits de test aux points de service à haut débit.

© 2020 Réseau Science X