基于etalon@侧流层析技术的集成分离传感微流控平台开发及其在葡萄糖定量检测中的应用

本研究针对传统侧流层析试纸（LFA）定量能力不足的问题，创新性地将高灵敏度etalon传感器与商业膜材料结合，开发了集成分离-传感功能的微流控平台（EtLFA）。通过系统评估膜表面粗糙度（Sa <0.5 μm，Smr >90%）对etalon性能的影响，成功构建了葡萄糖响应型传感器模块，实现了对模拟血液中葡萄糖的线性定量检测（25 nm/100 mg/dL），为复杂样本的即时检测提供了新策略。

　　

在即时检测（Point-of-Care, POC）领域，侧流层析试纸（Lateral Flow Assays, LFA）因其操作简单、成本低廉而广泛应用，但其定性或半定量的局限性制约了精准诊断的需求。尤其在处理复杂样本（如全血）时，传统LFA难以实现有效分离与定量分析的协同。与此同时，基于聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）的etalon传感器虽具备高灵敏度定量能力，却受限于对光滑基底的依赖。如何将这两种技术优势结合，成为突破现有技术瓶颈的关键。

针对这一挑战，研究人员开发了一种集成分离-传感功能的微流控平台（Etalon@Lateral Flow Assay, EtLFA）。该平台通过将etalon传感器（金/PNIPAM-丙烯酸共聚物/金结构）直接制备于商业膜材料上，首次实现了粗糙基底上的光学传感功能。研究系统评估了6种膜材料（包括聚碳酸酯、尼龙、再生纤维素等）的表面粗糙度参数（Sa和Smr），发现当Sa <0.5 μm且Smr >90%时，etalon可保持122.78 nm的温度响应灵敏度。通过毛细作用和渗透性测试证实，etalon集成后的膜材料仍保持快速液体输运能力（再生纤维素膜渗透性仅降低23.8%）。

关键技术方法
研究采用电子束蒸发沉积金属层（2 nm Cr/15 nm Au），通过"刷涂-洗涤"法构建PNIPAM-co-AAc微凝胶单层；利用白光干涉仪量化膜表面粗糙度；通过定制微流控模块测定渗透通量；采用3-氨基苯硼酸（APBA）功能化微凝胶实现葡萄糖特异性响应；以聚二甲基硅氧烷（PDMS）微粒模拟红细胞验证分离性能。

研究结果

3.1 传感模块的膜材料探索
SEM显示尼龙和再生纤维素（RC）膜表面可形成均匀的微凝胶层（图2），其低表面粗糙度（Sa 0.3-0.4 μm）和高材料比（Smr 92-95%）使etalon产生显著光谱蓝移（尼龙76.95 nm，RC 46.77 nm）（图3）。而硝化纤维素（NC）和玻璃纤维（GF）膜因纤维结构导致光学信号紊乱。

3.2 溶液传输性能评估
etalon集成后，RC膜的毛细速度提升40%（图5a），归因于PNIPAM的亲水性和孔隙结构调整。渗透性测试表明，径迹蚀刻聚碳酸酯（TE-PC）因直通孔结构保持高渗透性（仅降低3.2%），而RC膜有效孔径从0.10 μm降至0.071 μm（表1）。

3.3 示范装置性能
葡萄糖响应型EtLFA成功分离模拟红细胞（PDMS微粒），并在100 mg/dL葡萄糖刺激下产生25 nm光谱红移（580→605 nm），线性定量范围覆盖生理相关浓度（图6e-f）。该结果首次证实了粗糙膜基板上etalon的定量检测能力。

结论与意义
该研究突破了传统LFA的定性局限和etalon传感器的基底限制，通过建立膜粗糙度-灵敏度关联准则（Sa <0.5 μm/Smr >90%），实现了分离与传感功能的单片集成。EtLFA平台不仅为复杂样本的即时定量检测提供了新范式（如血糖监测），其模块化设计还可拓展至其他小分子（如多巴胺）或生物标志物检测。未来通过优化膜功能化和PNIPAM修饰策略，有望推动该技术在临床诊断、环境监测等领域的实际应用。研究发表于《Biosensors and Bioelectronics》，为微流控器件的性能升级提供了重要参考。