POCT(Point-of-Care Testing)又称为即时检测或者现场检测,能够使非专业人员在现场得到准确、快速的检测结果,在重大疾病早期诊断、个性化医疗、环境监测与保护及卫生检疫等领域有着广泛应用。POCT的核心是根据不同的检测需求设计制作便携式、低成本、高度集成和自动化的检测器件。微流控芯片由于其具有的微型化、集成化和便携化等优点,是目前最有希望实现POCT的载体。聚合物是制作微流控芯片的重要材料之一,聚合物材料具有加工成型相对容易,生物相容性好的优势,可以实现POCT微流控芯片的批量化制作,对于POCT微流控芯片从实验室走向产业化的发展具有重要意义。然而,目前POCT聚合物微流控芯片的设计与制作中仍存在一些问题,如:(1)微流体操控单元结构复杂、微流体流动均一性差且设计中缺乏理论模型;(2)芯片的制作精度及效率低,严重影响了微流体流动的稳定性及芯片的使用性能;(3)多功能单元集成式微流控芯片中,无法实现多功能单元间微流体流动的连续差异化自主控制;(4)POCT光学检测系统集成度低,光学元件间对准耦合过程复杂。针对以上问题本文开展了如下研究:(1)针对微流体操控单元的设计缺乏理论模型的问题,基于表面自由能理论提出了微流体流动状态自调整的毛细屏障模型,建立了微流体在毛细屏障上发生停滞的条件判别式;研究了微流体自驱动机理及矩形截面微通道内微流体自驱动流速的影响因素。基于毛细屏障模型,设计了波浪形缓冲单元及梳齿形时间控制单元,解决了微流体流动不均一及流动时间难以精确控制的问题。通过有限元数值计算方法,研究了两种功能单元的尺寸参数对微流体操控性能的影响,为POCT微流控芯片的设计提供了依据。将波浪形缓冲单元、进样单元、梳齿形时间控制单元、检测单元及废液收集单元进行集成,设计了一种多功能集成式POCT微流控芯片。(2)为了解决POCT聚合物微流控芯片键合过程中存在的键合精度及效率低的问题,提出了一种激光重铸物超声键合(LBUB)方法,该方法包括“印记重合”对准工艺、最优重铸物尺寸及布置方式等一系列重铸物集成制作技术。基于理论分析、有限元数值计算方法及相关实验,揭示了重铸物的生成机理及激光参数与重铸物尺寸的关系。利用热压复制成型的基片进行了重铸物超声键合实验,对超声键合参数进行了优化。重铸物超声键合时,熔融的重铸物能够导入激光加工槽中,解决了传统超声键合中熔融导能筋残留在键合界面造成液体泄漏的问题,提高了键合精度。研究结果表明,LBUB方法具有键合精度高(通道变形量约为0.5μm,占通道尺寸约0.6%)、键合效率高(键合时间约10s)、键合强度高(键合强度约为1.92MPa)的优势。(3)为了满足多功能集成式POCT微流控芯片对微流体流速差异化自主控制及抗体区域选择化固着的需求,提出了紫外强度区域选择化调控(CGUI)方法。该方法在UV/03改性的基础上,利用溅射有不同厚度Cu膜的石英片来控制UV辐射能量,石英片的大小及排列可以根据改性区域的面积及位置进行调节,实现了区域选择化改性的目的。制作了专用的改性装置,研究了 Cu膜厚度与UV辐射能量的关系,研究了使用不同Cu膜厚度石英片时聚合物表面接触角的大小及时效性。应用CGUI方法进行了微流体流速测试及抗体固着强度实验。研究结果表明:利用CGUI方法处理5min后,在PMMA材料表面生成接触角从45.5°到77.4°变化的区域,实现了不同区域内的微流体流速差异化自主控制;抗体固着强度与材料表面浸润性呈反比关系,完成了抗体的区域选择化固着。(4)针对现有POCT检测系统光学元件集成度低,系统整体操作不便的问题,研制了基于集成式自对准(SOF)透镜的智能手机免疫荧光检测系统。利用激光一次性加工出SOF透镜及微通道,实现了光学元器件与微流控芯片的集成且避免了光学器件间的对准耦合过程。建立了单/复合SOF透镜的几何光学模型,在该模型基础上系统研究了 SOF透镜的几何尺寸及材料属性对其光学性能的影响,显著提高了激发光源利用效率进而增强了荧光信号强度。以该透镜为基础,设计制作了便携式检测装置,开发了手机检测专用App。利用该检测系统(约手掌大小:长×宽×高=105mm×85mm×40mm),仅通过触摸手机上的几个功能按钮,便可完成荧光图片采集,荧光强度分析及检测结果存储查询等功能。研究结果表明:提出的SOF透镜能够使荧光强度增强约4倍,测得FITC荧光溶液最低检出限为0.06pg/ml,cTnI抗原在PBS缓冲液中的最低检出限为83pg/ml,在人体血清中的最低检出限为97pg/ml,满足临床诊断心肌损伤的需求(cTnI浓度为10～100pg/ml)。