综述：用于实现可持续发展目标的微流控纸质分析装置（μPADs）

《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：Microfluidic paper-based analytical devices (μ PADs) as enablers for the sustainable development goals

　　摘要
联合国2030年议程的实现受到全球数据缺口的影响，因为集中式实验室无法提供追踪可持续发展目标所需的密集时空监测数据。本综述探讨了微流控纸基分析装置作为资源匮乏地区的分散式、符合监管标准的传感平台的作用。我们评估了其在六个目标方面的贡献：零饥饿（SDG 2）、清洁饮水与卫生（SDG 6）、可持续城市（SDG 11）、负责任消费（SDG 12）、气候行动（SDG 13）以及陆地生命（SDG 15）。除了操作优势外，微流控纸基分析装置还通过可生物降解的基底和极少的试剂使用，符合绿色分析化学的理念。本文着重强调了分析创新与政策影响的结合，介绍了包括人工智能辅助定量、固态气体传感以及封闭式分子检测在内的各项进展，这些技术提升了检测的灵敏度和稳定性。最后，我们提出了部署此类装置的要求，包括标准化、实验室间验证以及数字整合，以便将分散的测量数据转化为可用于决策的治理数据。

引言
2015年，联合国成员国通过了2030年议程，设定了17项可持续发展目标，涵盖了经济、社会和环境领域的目标[1]；其实施依赖于高分辨率、空间分布广泛的数据，否则就无法对可持续发展目标指标进行有效量化监测。然而，尤其是低收入和中等收入国家仍存在严重的数据缺口，因为传统监测依赖昂贵且物流复杂的集中式实验室仪器，如色谱仪、质谱仪等，这导致从取样到得出结果的周期过长[2]。表1将这种传统监测方式与微流控纸基分析装置进行了对比，后者在物流方面具有显著优势，但灵敏度和精度方面存在一定妥协。

微流控纸基分析装置作为一种分散式分析平台，其基于纸张的毛细流动特性、低成本以及可生物降解性，符合REASSURED标准，即实时连接性、样本采集便捷性、低成本、高灵敏度、高选择性、用户友好性、快速稳定、无需专用设备以及结果可获取性[3][4][5][6]。

本综述从三个维度评估了微流控纸基分析装置作为可持续发展目标监测平台的适用性：首先，梳理其在水-食物-环境关联领域的六个可持续发展目标中的现有应用证据；其次，比较其检测限与世界卫生组织、美国环境保护署等机构设定的监管标准之间的差距；最后，明确将微流控纸基分析装置从演示工具转变为符合监管标准的2030年议程数据基础设施所需的方法学进步，包括纸基预浓缩、混合转换技术、定量绿色度评估以及数字基础设施等。

虽然针对人类健康领域的分析解决方案在即时检测领域已有较多研究[14][23]，但针对陆地系统环境监测的研究则相对较少。因此，我们重点关注农业、淡水及气候稳定这三个领域的分析需求[8][11]，并围绕六个可持续发展目标探讨微流控纸基分析装置的应用前景：零饥饿（2）、清洁饮水与卫生（6）、可持续城市（11）、负责任消费（12）、气候行动（13）以及陆地生命（15）。

有意未纳入可持续发展目标14“水下生命”，是因为该领域存在三重分析上的限制：海水盐度高达30–38 PSU，使得离子强度比淡水高出两到三个数量级，从而抑制了自由金属离子的活性，使传统的螯合显色剂（二硫腙、二甲乙二醛、PAR）失效，同时还会增加伏安剥离法中的背景电流；纸张基底在高盐环境下也会发生变化，毛细流动会因粘度变化而改变，NaCl结晶会破坏疏水结构，而显色剂在部分干燥后也会失去稳定性。此外，可持续发展目标14涉及的检测对象——微塑料、富脂生物体内的持久性有机污染物、海洋酸化导致的pH值变化不超过0.1单位、贫营养水体中浓度低于亚微克/升的营养物质——都需要通过大规模样品预浓缩或更高精度的检测手段才能实现，而目前微流控纸基分析装置在没有辅助设备的情况下还难以达到这些要求。为此，需要开发抗污染膜、耐盐生物传感器以及在线脱盐技术，这些都属于独立的研发课题，值得专门研究。

以往关于微流控纸基分析装置制备与应用的综合性综述通常按检测物或转换技术对其进行分类[12][24]，而我们则采用可持续发展目标框架来重新分析，评估各类分析功能如何满足2030年议程的目标与指标，同时找出制约其被纳入监管标准的技术瓶颈。图1总结了核心观点：在六个可持续发展目标中，微流控纸基分析装置在可持续性方面表现良好，但在灵敏度、选择性和现场验证方面还存在不足，这些内容将在第8节中进行定量分析。