紙基傳感器的研究進展

張小靈 郭茂澤 高兵兵 何冰芳

（南京工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院，江蘇南京，211816）

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等技術(shù)的發(fā)展，各式各樣的傳感器［1］逐漸深入到人類生活的方方面面，但一次性電子產(chǎn)品廢棄物給環(huán)境造成了很大負擔(dān)，因此，尋找綠色環(huán)保的替代設(shè)備成為傳感器發(fā)展的重中之重。紙張作為一種柔性、低成本、輕薄、可裁剪、環(huán)境友好的載體材料［2］，被廣泛用于信息傳遞、書寫和印刷、分析設(shè)備、能源收集和存儲設(shè)備［3］，以紙為基材的設(shè)備［4］具有易于制造、原料豐富、成本低、可再生、生物相容性好、可回收、易于表面改性（浸泡［5］、噴涂［6］和激光印刷［7］等）的優(yōu)點，在柔性電子器件［8］（超級電容器、摩擦納米發(fā)電機、晶體管和各類傳感器等）領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。

值得一提的是，近年來用于監(jiān)測人體和環(huán)境中氣體、濕度和應(yīng)變的紙基傳感器（PB）［9］備受關(guān)注，并取得了諸多研究進展。紙基傳感器是一種以紙為基材，通過相關(guān)制備技術(shù)（絲網(wǎng)印刷［10］、激光切割［11］、噴墨打?。?2］、3D打印［13］等）和一定檢測方法（電化學(xué)［14］、分離富集［15］、拉曼光譜［16］、色度測定［17］等）而廣泛應(yīng)用于細菌病毒檢測［18］、水下應(yīng)變測試［19］、微流控免疫分析［20］等領(lǐng)域的一款分析檢測裝置，能快速感受到被檢測的信息，并能將感受到的信息按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換為電信號或其他所需形式的信號輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。其研究進程和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷地更新和細化，作用的靶點方向也更加明確：如用于檢測血液中白細胞介素（IL-6）水平的生物傳感器［21］、用于可視化檢測的紙基熒光碳量子點傳感器［22］以及用于動作探測的石墨烯紙基壓力傳感器［23］等。此外，紙基傳感器還可以與微流體技術(shù)［24］結(jié)合，主要用于疾病的體外診斷［25］、即時檢測（POCT）［26］和生物標記物［27］檢測，如紙基微流控分析裝置（μPAD）的等離子體分離和纖維蛋白原（FIB）檢測平臺［28］以及能夠通過微流控通道輸送未稀釋、未分離的全血新型溝槽紙泵裝置［29］等。紙基傳感器的制備方法、檢測手段和不同領(lǐng)域的多元應(yīng)用如圖1所示。

圖1 紙基傳感器的制備方法、檢測手段和不同領(lǐng)域的多元應(yīng)用Fig.1 Preparation,detection methods,and multiple applications of paper-based sensors in different fields

然而，由于環(huán)境刺激的復(fù)雜性（氣體、濕度和應(yīng)變往往共存并相互作用），以及紙張本身的親水性和柔性，高性能紙基氣體、濕度和應(yīng)變傳感器的發(fā)展面臨著許多挑戰(zhàn)，但同時也是機遇。紙基濕度傳感器易受紙張柔性和外界應(yīng)力的影響，因此，Zhu等［30］利用負電性的TEMPO氧化纖維（TOCFs）與正電性的十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）分散的碳納米管（CNTs）間的靜電相互作用，快速制備了一款高靈敏度、寬響應(yīng)范圍、優(yōu)異線性度、耐彎曲及長期穩(wěn)定的柔性紙基濕度傳感器。因此，對機遇與挑戰(zhàn)并存的紙基傳感器的研究進展進行系統(tǒng)總結(jié)和更進一步的探究非常有必要。

1 制備技術(shù)

就紙基傳感器而言，低成本、簡單的制備工藝是研究人員所追求的目標。隨著材料科學(xué)的發(fā)展，在許多科研人員的不斷探索下，紙基傳感器的制備經(jīng)歷了從軟光刻、噴墨打印到絲網(wǎng)印刷，再到更為精確的飛秒激光加工技術(shù)、雙光子3D打印技術(shù)，制備方法逐漸趨于完善，因此，筆者總結(jié)了一些較為常見的制備方法實例，具體如圖2所示。

1.1 光刻打印

光刻打印技術(shù)是利用光學(xué)復(fù)制的方法將超小圖樣刻印到半導(dǎo)體薄片上以制作復(fù)雜電路的技術(shù)。目前，在半導(dǎo)體制造工藝中使用的光刻膠通常分為正性和負性；其中，負性光刻膠技術(shù)被用于傳感器的制造領(lǐng)域，與傳統(tǒng)的正性光刻技術(shù)相比，負性光刻技術(shù)具有高分辨率、工藝流程簡單的特點。如圖2（a）所示，Mora等［31］開發(fā)了一種在紙張表面創(chuàng)建3D設(shè)備的獨特光刻方法。該方法使用了一種非透明的負性光刻膠，其可以選擇性地（垂直）在紙張表面形成圖案，形成帶有通道的2層或3層體系結(jié)構(gòu)。利用此方法制得的3D設(shè)備應(yīng)用于連續(xù)稀釋時，所需樣品體積?。?μL）、所需時間短（2 min），無需再移液或泵送溶液。負性光刻技術(shù)開啟了在紙張表面進行流體三維處理的獨特可能性，但光刻膠的疏水性限制了該設(shè)備的通道，從而延遲了設(shè)備內(nèi)液體的運動；于是研究者進一步將3D設(shè)備和等離子體氧化設(shè)備結(jié)合，克服了負性光刻膠疏水性的問題。綜上可知，光刻膠材料的選擇仍是一大難題，同時還面臨著生產(chǎn)成本偏高、生產(chǎn)環(huán)境嚴苛、圖形化技術(shù)不兼容、金屬和襯底的結(jié)合力較弱等問題。然而，光刻技術(shù)在納米級尺寸元件的制作方面具有廣闊的發(fā)展前景，可以促進電子器件（如傳感器）的小型化、集成化。

1.2 噴墨打印

噴墨打印的圖像清晰、層次豐富、圖像質(zhì)量好、可復(fù)制，打印機器體積小、價格低、定位精確，因此受到眾多研究人員的青睞。如圖2（b）所示，Bihar等［32］利用噴墨打印技術(shù)開發(fā)了一種基于酶促電化學(xué)檢測法以測量人體唾液中相關(guān)生理葡萄糖濃度的一次性分析裝置，該裝置分析速度快且成本低廉，是完全噴墨打印在一次性紙質(zhì)基材上的首次應(yīng)用；該技術(shù)裝置開拓了噴墨打印的新領(lǐng)域，制備了一種用于日常監(jiān)測的便捷紙基葡萄糖傳感器。這種全打印、全聚合物生物傳感器具有易于制造、準確性高、靈敏度高和易于獲得生物液體（如唾液）兼容性等特點，有助于開發(fā)下一代低成本、非侵入性、環(huán)保和一次性診斷工具。然而，噴墨打印不適合大批量印刷，因為其墨干時間長、有異味、打印速度慢且耗材（墨盒）成本高，因此，可以考慮噴墨打印和其他制作技術(shù)相結(jié)合的方法以克服這些問題。如今，噴墨打印正朝著微型化方向發(fā)展，如微針點壓電噴墨技術(shù)、超精微墨滴技術(shù)等。

1.3 絲網(wǎng)印刷

絲網(wǎng)印刷技術(shù)是利用感光材料通過照相制版來制作絲網(wǎng)印版，因其具有印刷適應(yīng)性強、墨層厚實、立體感強、耐光性能好、成本低廉、工藝簡單、印刷面積大等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于塑料制品、醫(yī)療器械、服飾等領(lǐng)域。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展以及為了進一步實現(xiàn)成本效益，絲網(wǎng)印刷逐漸被應(yīng)用于制備紙基傳感器。如圖2（c）所示，Cinti等［33］利用蠟/絲網(wǎng)印刷制備了一種無試劑紙基電化學(xué)（生物）傳感器（伏安式磷酸鹽傳感器和安培式神經(jīng)毒劑生物傳感器）；結(jié)果表明，研究者利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)創(chuàng)建通道和電極，能夠極快速（1 h內(nèi)）利用微安范圍內(nèi)的電流進行定量測量。這種印刷方式具有很大的靈活性和廣泛的適用性，對設(shè)備要求低，且制作步驟簡便、可復(fù)制性高，較大程度上降低了紙基傳感器的制作成本。但這種制備方法不能滿足個性化需求，以致不能實現(xiàn)個性化印刷及異地印刷，若能解決這些問題，將有利于紙基傳感器走向工業(yè)化、產(chǎn)量化。

圖2 紙基傳感器的相關(guān)制備技術(shù)實例示意圖：（a）聚合光刻膠占據(jù)的紙張側(cè)面和部分裸基板[31]；（b）紙張表面噴墨打印葡萄糖生物傳感器中的一個循環(huán)幾何裝置[32]；（c）絲網(wǎng)印刷繪制紙基電化學(xué)傳感器圖案并進行蠟印[33]；（d）直接激光燒蝕法（DLA）在金屬化紙（MP）基板上刻劃薄鋁膜層[34]；（e）3D筆在紙張表面畫出理想布局并通過手電筒進行固化以制備μPAD[35]Fig.2 Schematic diagrams of several preparation technologies for paper-based sensors:(a)the side and part of the bare substrate of a paper coated by apolymeric photoresist[31];(b)acyclic geometrical devicefor inkjet printingof glucosebiosensor on paper[32];(c)screen-printing technology for drawing the pattern of paper-based electrochemical sensor with subsequent wax printing[33];(d)ablating thin aluminumfilm on MPthrough DLA[34];(e)3Dpen used todrawtheideal layout on paper with subsequent solidification by a flashlight tocreatetheμPAD[35]

1.4 激光切割

與其他制作技術(shù)相比，激光切割具有獨特優(yōu)勢，如精準度和可重復(fù)性高、速度快、切割質(zhì)量好、切割面光滑等，因此常被用于機械制造、環(huán)保設(shè)備開發(fā)及柔性器件制備等領(lǐng)域。如圖2（d）所示，Rahimi等［34］系統(tǒng)概述了MP的激光加工，以作為一種工藝簡單、可擴展、可替代傳統(tǒng)光刻技術(shù)的工藝和印刷技術(shù)。他們研究了2種激光處理方法（即DLA和間接激光燒蝕法（ILA））對MP襯底導(dǎo)電鋁膜（25 nm）的去除選擇性，通過系統(tǒng)測量每種激光加工方法所需的閾值能量，發(fā)現(xiàn)DLA不能完全破壞紙質(zhì)基材的機械和自然腓骨結(jié)構(gòu)，具有較高的選擇性。為了進一步驗證這個結(jié)果，研究人員利用這2種技術(shù)在MP基板上制備了交錯型電容式濕度傳感器并進行了性能評價，發(fā)現(xiàn)DLA傳感器的濕度傳感性能優(yōu)于ILA傳感器。通過以上研究成果可以發(fā)現(xiàn)，DLA在研究及加工制造領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位，這種加工方法不損傷器件、不受被切割器件外形和材料的影響且能節(jié)約模具投資，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、基于紙張的物理和化學(xué)傳感系統(tǒng)的規(guī)?；a(chǎn)，可潛在應(yīng)用于即時診斷和食品包裝。因此，DLA為紙基傳感器的制備創(chuàng)造了條件。

1.5 3D打印

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，3D打印技術(shù)正在逐漸發(fā)展并滲透到生活和生產(chǎn)中，改變了電子制造、光學(xué)器件、機器人制造、生物工程和傳感技術(shù)等領(lǐng)域的生產(chǎn)工藝。如圖2（e）所示，Sousa等［35］首次提出了使用3D筆在紙張表面直接繪制，然后使用便攜式手電筒進行紫外線固化，成功制備了含有疏水屏障的μPAD，并將其用于唾液中葡萄糖和亞硝酸鹽及環(huán)境樣品中鐵、亞硝酸鹽和銅的橫向流動檢測；與蠟印紙基裝置相比，其主要優(yōu)勢是其與有機溶劑的兼容性，當暴露于表面活性劑、酸溶液、堿溶液和有機溶劑（乙醇除外）中時，3D筆制備的μPAD表現(xiàn)出良好的化學(xué)抵抗性。這種技術(shù)不需要加熱等后處理步驟，從而減少了對儀器的要求，同時，3D打印模具可以被多次使用，大大降低了成本。筆者認為，這種技術(shù)有向全球市場推廣和實施的可能，創(chuàng)造了在護理點（POC）直接創(chuàng)建理想設(shè)備的可能性，并在必要時改變其設(shè)計。但該技術(shù)也存在一些缺點，如制造疏水屏障的手動程序較繁雜、打印成本高、耗時長、打印精度不能滿足使用要求等；因此，在未來的研究中，不斷完善這一技術(shù)仍是廣大科研工作者的重點工作內(nèi)容。

2 檢測手段

目前，紙基傳感器的應(yīng)用研究主要集中在醫(yī)學(xué)、生物學(xué)和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，根據(jù)檢測原理可以將紙基傳感器的檢測手段主要分為以下4類，如圖3所示。

圖3 紙基傳感器的檢測手段示意圖：（a）單層μPAD通過多個SMP驅(qū)動閥門進行自動流控[36]；（b）基于智能手機安卓應(yīng)用程序、通過定量分析比色法以進行分析[37]；（c）在菌株水平上，利用紙噴霧電離質(zhì)譜法（PSI-MS）進行細菌分化[38]；（d）一種基于雙發(fā)射熒光分子印跡聚合物納米顆粒（DE-MIPs）涂層濾紙作為視覺檢測神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺（DA）的測試條[39]Fig.3 Schematic diagramsof detection methodsfor paper-based sensors:(a)asingle-layerμPADfor automatic flowcontrol through valves actuated by multiple SMP[36];(b)analysis based on smartphone Android application using quantitative-analysiscolorimetry[37];(c)PSI-MSused to map bacterial differentiation at strain level[38];(d)a coated filter paper based on DE-MIPs served asa test strip for visual detection of theneurotransmitter DA[39]

2.1 色度

通過色度的比對能更簡單、更直接地用肉眼觀察和鑒別檢測結(jié)果。如圖3（a）所示，F(xiàn)u等［36］開發(fā)了一種新型形狀記憶聚合物（SMP）驅(qū)動的可控流體閥，用于μPAD的流體操作，實現(xiàn)了紙基微流控平臺的自動化多步比色酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）。研究人員進一步利用比色法原理制備了一種便攜式比色儀，利用控制片上閥操作，量化比色信號輸出，顯示分析結(jié)果，并將數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)街悄苁謾C，用于遠程醫(yī)療應(yīng)用；該平臺具有占地面積相對較小、周期長度容易調(diào)節(jié)、測量設(shè)備更經(jīng)濟和集成的優(yōu)點。此外，比色法作為一種對生物標記物超靈敏檢測的方法，被重點應(yīng)用于柔性可穿戴智能傳感領(lǐng)域。如圖3（b）所示，Biswas等［37］報道了一種簡單、經(jīng)濟（0.02美元/次）、快速（5 min內(nèi)）、與智能手機應(yīng)用集成的紙基定量分析傳感器，用于現(xiàn)場檢測血紅蛋白（Hgb）濃度。該研究中的定量分析比色法通過智能手機的安卓應(yīng)用程序（Sens-Hb）實現(xiàn)，集成了圖像采集、實時分析和結(jié)果發(fā)布的關(guān)鍵操作步驟。目前，這種紙基傳感器提供了一種穩(wěn)健、準確、經(jīng)濟的診斷方法，可用于農(nóng)村地區(qū)，以便利此類地區(qū)分散的醫(yī)療資源，并有望在將來取代世界衛(wèi)生組織的比色量表。然而，比色法很容易受被檢測物質(zhì)濃度的影響，一般不用于超低濃度物質(zhì)的檢測，且環(huán)境光的強度也會影響該方法的檢測靈敏度。

2.2 質(zhì)譜

目前，利用紙基分析設(shè)備作為傳感平臺的檢測手段通常對分析有特殊要求，因此，具有高質(zhì)量分辨率質(zhì)譜的出現(xiàn)就滿足了單點多目標同時檢測的需求。近年來，PSI-MS技術(shù)備受關(guān)注。如圖3（c）所示，Chamberlain等［38］首次利用PSI-MS對哺乳動物腸道細菌形成的草桿菌（Oxf）進行了菌株水平的細菌分化。該分析技術(shù)采用歸一化細胞裂解液和全細胞、利用高分辨質(zhì)譜、通過多元統(tǒng)計方法進行分析區(qū)分，檢測到一組菌株特異性腫塊，可作為菌株指示性生物標記物。這種新穎的應(yīng)用具有很好的臨床意義，因為它可以用于區(qū)分致病菌及其無害的共生親屬，節(jié)省臨床診斷時間和花費。PSI-MS具有分析速度快、樣品制備要求低、操作簡單、價格低廉和易分離的優(yōu)點，在不同類型的細菌鑒定及食品和藥物化合物的高通量分析中具有潛在應(yīng)用。因此，筆者認為，未來的研究應(yīng)擴大PSI-MS的應(yīng)用范圍，以鑒別和鑒定多種細菌中的菌株，特別是那些具有臨床相關(guān)致病菌的菌株。與此同時，PSI-MS技術(shù)在一些有毒有害化合物的分析中存在嚴峻的挑戰(zhàn)，尤其是對某些難電離化合物（如塑化劑）的檢測；而且該技術(shù)檢出限低，不能完全滿足低含量化合物定量分析和半定量分析的要求。

2.3 熒光

熒光法是通過測量光致發(fā)光的光強以測定熒光物質(zhì)含量的方法，該方法具有簡便、快速、靈敏度高的特點，已普遍應(yīng)用于診斷各種疾病。如圖3（d）所示，Wang等［39］通過在濾紙表面涂布DE-MIPs制得一種簡易的測試條，用于視覺檢測神經(jīng)遞質(zhì)DA。與傳統(tǒng)的檢測方法相比，基于紙張的分析測試條更加快速、方便，無需使用昂貴的儀器或設(shè)備進行現(xiàn)場和目視分析；此外，該測試條通常只需要少量樣本（5～20μL），這在長期疾病監(jiān)測且需進行連續(xù)檢測DA的案例中，具有突出優(yōu)勢。熒光檢測法靈敏度高、選擇性好、檢測可視化、檢測速度快、檢出限低。然而，利用該方法進行檢測時，帶重疊和不可避免的背景干擾限制了多目標檢測；此外，在檢測器件的便攜性方面還有較大的發(fā)展空間，因此，熒光檢測與簡小、輕便的紙基傳感設(shè)備組合，可將體外檢測推向一個新高度。

2.4 電化學(xué)

近年來，可穿戴式電化學(xué)傳感器引起了研究人員的極大關(guān)注，并取得了重大進展，特別是在設(shè)備集成方面；電化學(xué)方法與紙張的高集成也被廣泛報道，該結(jié)合優(yōu)點明顯，如檢測靈敏度和準確度高、檢測成本低、簡單易行、實時性強等。如圖4（a）所示，Li等［40］報道了一種低成本的、獨立、一次性的、用于實時分析汗液的可穿戴式高集成傳感紙（HIS）；通過利用簡單的印刷工藝，將疏水性保護蠟、導(dǎo)電電極和MXene/亞甲基藍（Ti3C2Tx/MB）活性材料復(fù)合于HIS上，同時，三電極獨立的三維位置有利于酶的修飾和固定，也有利于電解質(zhì)的可及性，使得具有雙通道的HIS能夠同時檢測葡萄糖和乳酸。電化學(xué)檢測技術(shù)雖然為可穿戴紙基傳感設(shè)備的創(chuàng)新和研發(fā)提供了較好的技術(shù)儲備，但仍存在選擇性較差的問題。

2.5 拉曼分析

拉曼分析技術(shù)是利用拉曼散射效應(yīng)進行分析的一種方法，該方法可通過不同頻率入射光的散射光譜得到分子振動和轉(zhuǎn)動方面的信息，廣泛應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的研究。近年來，一種全新的、極有發(fā)展前景的橫向流動分析（LFA）結(jié)合表面增強拉曼散射（SERS）的技術(shù)平臺吸引了眾多研究人員的關(guān)注。如圖4（b）所示，Schlücker等［41］介紹了一種利用定制光纖探頭的SERS-LFA閱讀器，其可用于快速、定量和超靈敏的POCT，如妊娠激素人絨毛膜促性腺激素（hCG）在臨床樣本中的檢測等。該設(shè)備輕巧、實惠，可提供線照明；該設(shè)備的實現(xiàn)為SERS技術(shù)的實際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)、實現(xiàn)了POCT的推進發(fā)展且具有在其他領(lǐng)域中應(yīng)用的潛力，如臨床化學(xué)、食品和環(huán)境分析、藥物測試等。然而，拉曼分析技術(shù)中涉及到的儀器復(fù)雜，對操作的專業(yè)性要求高，因此可以考慮向儀器的自動化方向發(fā)展。

2.6 溫度

隨著傳感技術(shù)的快速發(fā)展，用于溫度檢測的儀器也越來越多，如日常生活中常用的溫度計就是基于熱平衡原理的接觸式測溫儀器。如圖4（c）所示，Zhou等［42］首次提出了一種在紙張復(fù)合裝置中使用溫度計對病原（如結(jié)核桿菌DNA）進行定量遺傳檢測的低成本光熱生物傳感方法。研究人員使用價格低廉的溫度計作為信號記錄器，在最佳條件下定量檢測目標DNA。與傳統(tǒng)比色法相比，該方法不需要任何昂貴的分析儀器，可以實現(xiàn)更高的靈敏度且沒有顏色干涉的問題。在基因分析應(yīng)用方面，該檢測方法簡單、易于操作、價格低廉，預(yù)計在不久的將來，利用溫度計作為信號解讀器將開發(fā)出更多新型的基因分析方法?？偟膩碚f，溫度檢測技術(shù)對開發(fā)簡單、低成本及小型化的光熱診斷平臺提供了技術(shù)支撐，使其在POCT疾病診斷方面具有巨大的應(yīng)用潛力，特別是在資源相對貧乏的地區(qū)。然而，溫度計這類接觸式測溫儀器也存在弊端，如測溫元件需與被測物質(zhì)接觸后才能進行熱交換從而達到熱平衡，這就會產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致測量的溫度不夠準確。另外，這種檢測方法極易受到耐高溫材料的限制，因此不適用于測量較高的溫度。

圖4 紙基傳感器的檢測手段示意圖：（a）HIS的結(jié)構(gòu)剖析[40]；（b）激光線聚焦的光纖探頭在5 s內(nèi)獲得整個測試線路（TL，約4 mm）的平均拉曼光譜[41]；（c）基于光熱效應(yīng)和紙芯片的DNA檢測原理[42]；（d）3D紙基等電點聚焦（3D-IEF）平臺[43]Fig.4 Schematic illustrationsof detection methodsfor paper-based sensors:(a)structureanalysisof HIS[40];(b)thelaser-focused fiber-optics probeobtainingtheaverage Raman spectrumof theentiretest line(TL,approx.4 mm)in 5 s[41];(c)DNA detection mechanismbased on photothermal effect and paper chip[42];(d)the 3Dpaper-based IEFplatform(3D-IEF)[43]

2.7 分離富集

分離富集包括分離和富集兩個互相關(guān)聯(lián)的化學(xué)或物理過程，在分析過程中分離和富集通常是同時實現(xiàn)的；其可以在血液、體液及其他液態(tài)樣品中對不同種類細胞實現(xiàn)快速分離、富集以及捕獲，也可以與酶聯(lián)免疫技術(shù)相結(jié)合以進行絲綢微痕的鑒定；分離富集法在地質(zhì)、藥物、食品、環(huán)境、冶金等方面獲得了廣泛的應(yīng)用。如圖4（d）所示，Niu等［43］首次開發(fā)出了一個用于高鹽樣品直接預(yù)處理的3D-IEF平臺，該平臺由電源、儲層和分離通道組成，采用折紙和堆疊的方法制得，可以同時分離和富集低鹽和高鹽樣品中的蛋白質(zhì)，并進一步結(jié)合比色法和橫向流條法對臨床尿液和血清樣品中的微量白蛋白尿和C-反應(yīng)蛋白進行直接預(yù)處理和定量分析。該方法減少了傳統(tǒng)IEF系統(tǒng)直接處理高鹽樣品時的困難，并為生理樣品中的蛋白質(zhì)現(xiàn)場分析提供了一個多功能、小型化、低電壓需求的分析平臺。分離富集技術(shù)的使用促進了μPAD在復(fù)雜生理樣本蛋白質(zhì)分析中的實際應(yīng)用，同時也推動了紙基傳感器設(shè)備在現(xiàn)代分析中的發(fā)展。分離富集技術(shù)所需的設(shè)備簡單，操作快速，適用于微量組分的富集和高純物質(zhì)的制備，但同時也存在耗時長、工作量大、周期長的缺點。

3 多元應(yīng)用

近年來，隨著可穿戴醫(yī)療、柔性電子學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，綠色環(huán)保的紙基傳感器的研究更加具有靶向性，可被廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域。未來人們對于個性化醫(yī)療、人工智能等的需求將日益增長，使得紙基傳感器具備廣闊的發(fā)展前景。以下筆者將詳細介紹一些目前應(yīng)用較為廣泛的實例，具體如圖5所示。

圖5 紙基傳感器的相關(guān)應(yīng)用示意圖：（a）小RNA提取、發(fā)夾式探針-指數(shù)放大反應(yīng)（HP-EXPAR）原位擴增和多路分析程序[44]；（b）用于檢測細菌脂多糖（LPS）的3D紙基細胞電化學(xué)傳感器[45]；（c）基于荷葉和蝎子的耦合仿生學(xué)策略制備可用于水下測試的紙基應(yīng)變傳感器[19]；（d）紙基免疫傳感裝置用于早期診斷阿爾茨海默癥、測定胎兒素B和聚簇蛋白[46]；（e）3D紙基μPAD電化學(xué)免疫分析裝置制備工藝[47]；（f）用于丁酰膽堿酯酶（BuChE）活性檢測的3D打印酶反應(yīng)器紙噴霧筒（3DER-PS）質(zhì)譜試劑盒[48]Fig.5 Schematic diagrams of relevant applications for paper-based sensors:(a)the procedure for small RNA extraction,in-situ HP-EXPAR amplification,and multiplexed analysis[44];(b)apaper-based 3Dcellular electrochemical sensor for detection of bacterial LPS[45];(c)apaperbased underwater testingstrain sensor fabricated based on thecoupled bionicsstrategy of lotusleaf and scorpion[19];(d)paper immunosensing devices for early diagnosis of Alzheimer's disease and determination of fetonin B,and cluster proteins[46];(e)the fabrication processof 3D μPADelectrochemical immunoassay device[47];(f)the3DER-PSMass Spectrometry Kit for BuChEactivity detection[48]

3.1 聚合酶鏈式反應(yīng)（PCR）

PCR是一種用于放大、擴增特定DNA片段的分子生物學(xué)技術(shù)，可以將其視作生物體外的特殊DNA復(fù)制技術(shù)。該技術(shù)是目前最為成熟、臨床應(yīng)用最廣泛的分子診斷技術(shù)。因其具有靈敏度高、特異性好、及時方便等優(yōu)點，已經(jīng)成為許多臨床診斷的“黃金標準”，被廣泛應(yīng)用于感染性疾病病原體檢測、腫瘤基因檢測、血篩、遺傳病基因檢測等多個領(lǐng)域。如圖5（a）所示，Deng等［44］首次研制了一種用于多路小RNA分析的集成紙基微流控芯片裝置，用于分析多種腫瘤細胞的小RNA，從而更便捷地檢測腫瘤生物標記物。在該系統(tǒng)中，小RNA的提取和純化不需要離心處理，通過聚醚砜（PES）紙屑即可完成。隨后，在紙基微流控芯片上直接進行HP-EXPAR的設(shè)計。為了同時實現(xiàn)多重檢測，設(shè)計了一種可折疊堆積的多層紙基芯片，使其具有更強的可移植性和適用性。該方法采用量子點作為信號標記，因而具有較高的光學(xué)檢測效率。此外，引入磁片替代紙基芯片的層堆積，不僅保證了相鄰層之間的接觸，而且促進了樣品的分散。結(jié)果表明，該技術(shù)獲得了理想的靈敏度范圍（3105～3108份，限制為3106份），多種腫瘤細胞的小RNA分析與實時聚合酶鏈反應(yīng)（qRT-PCR）的結(jié)果一致。研究者對紙基微流控芯片［49］的深入研究較早，如今其與PCR技術(shù)的完美結(jié)合使其在醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測和食品安全等領(lǐng)域的各種POCT應(yīng)用中顯示出巨大潛力，同時也使紙基傳感設(shè)備的商業(yè)化應(yīng)用成為可能。

3.2 病原體

快速檢測和準確鑒定病原體在臨床實驗室檢測、食品工業(yè)以及環(huán)境監(jiān)測方面至關(guān)重要，目前的細菌培養(yǎng)、核酸擴增和酶聯(lián)免疫等病原體診斷方法不僅耗時費力，還需復(fù)雜的儀器設(shè)備，不適合現(xiàn)場即時檢測。因此，構(gòu)建快速有效的紙基傳感平臺以用于檢測病原體成為研究人員的重點工作。如圖5（b）所示，Jiang等［45］首次構(gòu)建了一種基于細胞-凝膠-紙基培養(yǎng)系統(tǒng)的微型化、低消耗、低成本、基于紙張的3D細胞電化學(xué)傳感器，為LPS提供了檢測平臺。該平臺采用差分脈沖伏安法記錄LPS影響下的電流信號。結(jié)果表明，腸沙門氏菌血清型腸炎的LPS可顯著增加峰值電流，峰值電流范圍為1102～1104 ng/mL，且呈劑量依賴性。該方法檢出限為3.5103 ng/mL，線性范圍為1102～1103 ng/mL。用Griess法對Raw264.7釋放的一氧化氮進行分析，證實了上述研究結(jié)果。隨后，將該微型傳感器應(yīng)用于果汁樣品中的LPS檢測；結(jié)果表明，該方法回收率高，相對標準偏差小于2.65%，可檢測到102～105 CFU/mL細菌污染樣品中的LPS，說明該傳感器具有實用價值。紙張在該傳感器中的功能為：①作為絲網(wǎng)印刷電極的基質(zhì)材料和②作為3D細胞培養(yǎng)的支架。該傳感器中的紙基材料成本低且可以重復(fù)使用。由此可知，研究人員成功構(gòu)建了一種新型、低成本、高靈敏度的紙基傳感器，其不僅適用于生物傳感和LPS檢測，而且可用于評價食品中革蘭氏陰性菌的污染程度，對反映食品中細菌污染程度具有重要意義。

3.3 皮膚、汗、觸覺、壓力

近年來，柔性可穿戴傳感技術(shù)發(fā)展迅速；以人體最大的感覺器官皮膚為例，可穿戴傳感設(shè)備通過皮膚上分泌的汗液和來自外部的壓力等因素以幫助人們進行健康評估和運動監(jiān)測。然而，隨著一次性電子產(chǎn)品的污染日益加劇，綠色環(huán)保便成為大眾追求的理想目標，因此，紙基傳感器備受關(guān)注。然而，紙基電子產(chǎn)品遇水時容易失效，因此無法應(yīng)用于潮濕或水下環(huán)境，這極大地限制了紙基傳感設(shè)備的進一步發(fā)展。近期，一些科研人員對此提出解決方案。如圖5（c）所示，Liu等［19］運用耦合仿生學(xué)策略，以蝎子超靈敏振動傳感器官的狹縫結(jié)構(gòu)和荷葉超疏水表面的乳頭狀結(jié)構(gòu)為靈感，成功制備了一種具有超疏水特性和超靈敏振動傳感能力的紙基應(yīng)變傳感器，用于檢測從細微變形到劇烈運動的各種人體動作和微小的水下振動；結(jié)果表明，該應(yīng)變傳感器的應(yīng)變因子為263.34、應(yīng)變分辨率為0.098%、響應(yīng)時間為78 ms、水接觸角為164°，具有優(yōu)異的穩(wěn)定性（可經(jīng)受12000次循環(huán)使用）。這種結(jié)合仿生學(xué)策略的紙基應(yīng)變傳感器不僅適用于常規(guī)可穿戴電子設(shè)備實時監(jiān)測手指關(guān)節(jié)等人體運動，還可以檢測微小的水下振動，顯示出其在水環(huán)境保護和軍事防御等眾多應(yīng)用領(lǐng)域中的巨大潛力，如水下機器人等。

3.4 神經(jīng)

有效的神經(jīng)遞質(zhì)即時檢測技術(shù)可用于神經(jīng)系統(tǒng)疾病的臨床前期研究和早期診斷。在眾多即時檢測平臺中，比色紙免疫傳感器在神經(jīng)遞質(zhì)檢測領(lǐng)域取得了長足進展。阿爾茨海默癥是一種常發(fā)于老年人群體的慢性疾病，其主要特征表現(xiàn)為緩慢的大腦功能衰退。如圖5（d）所，Brazaca等［46］開發(fā)了一種基于紙張的橫向流動比色免疫傳感器，用于同時和快速測定阿爾茨海默癥的血液生物標記物（Ab）、胎兒素B和聚簇蛋白。他們將靶向生物標記物的選擇性抗體固定在金納米顆粒（AuNP）上，并沉積在紙基材料上。在紙制裝置中添加樣品后，生物液體橫向流向選擇性抗體，使得AuNP-Ab在測試區(qū)域積累，導(dǎo)致樣品從白色變?yōu)榉奂t色。采用自定義算法進行圖像分析，自動識別分析區(qū)域和顏色聚類，比較了比色法和電化學(xué)方法對生物標記物的精確定量，確定了性能最佳的顏色參數(shù)。結(jié)果表明，該方法線性相關(guān)性良好（R2=0.988和0.998），重復(fù)性好（RSD=2.79%和1.82%，N=3）。該傳感器在輔助阿爾茨海默癥的診斷和快速研究方面具有很大潛力，可簡便、精確地診斷阿爾茨海默癥的生物標記物；幫助醫(yī)務(wù)工作者更好地了解該疾病的機制，并可能改進治療方法，并使常規(guī)檢測更容易被獲得，提高整個醫(yī)療保健部門對該疾病的早期檢測；從而有望延長阿爾茨海默癥患者的預(yù)期壽命。利用該免疫傳感器對蛋白質(zhì)混合物的特異性進行測試，結(jié)果表明，其在復(fù)雜環(huán)境中顯示出可忽略的交叉反應(yīng)性和良好的性能。此外，該設(shè)備還可用于多種其他分析物和生物標記物的多重檢測；如果需要額外的蛋白質(zhì)干擾分析，還可以添加傳感分支。

3.5 器官芯片和組織工程

近年來，器官芯片逐漸進入研究人員的視野，成為研究熱點之一。器官芯片可在體外模擬器官水平的功能，用于預(yù)測人體對藥物或外界不同刺激產(chǎn)生的反應(yīng)，在生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究、新藥研發(fā)、個性化醫(yī)療、毒性預(yù)測和生物防御等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。此外，一些功能組件，如電化學(xué)電池、磁性定時閥等，也常被集成于紙基微流體上，以實現(xiàn)對多種免疫反應(yīng)的分析。如圖5（e）所示，Ma等［47］展示了一種基于蠟印和纖維素紙基堆疊技術(shù)的3DμPAD電化學(xué)免疫裝置，該裝置由2層堆疊的方形紙張組成，分別命名為Paper A和Paper B；其中，Paper A的背面為免疫陣列圖案，Paper B表面上則制備了電化學(xué)細胞。將2張紙背靠背放置（堆積）即組成3D紙基μPAD電化學(xué)免疫裝置以用于癌癥標記物檢測，如γ-甲胎蛋白（AFP）、癌抗原123（CA123）、癌抗原199（CA199）和癌胚抗原（CEA）。研究人員進一步全面分析了紙基微流體技術(shù)及其在細胞上的應(yīng)用，如長期細胞培養(yǎng)、細胞捕獲和檢測、生化分析（小分子、蛋白質(zhì)DNA）等。紙張表面的細胞培養(yǎng)陣列可以提供化合物或藥物的高通量篩選平臺，展現(xiàn)了紙基微流體在細胞分析中的潛力；紙張堆積技術(shù)則簡化了紙基微流體中細胞的三維培養(yǎng)。然而，該技術(shù)在以下方面仍存在局限性和挑戰(zhàn)：細胞培養(yǎng)的標準化、紙張改性、紙張自身熒光干擾、紙基材料與檢測設(shè)備的集成等。

3.6 血液、心臟和血型

隨著基礎(chǔ)生物醫(yī)學(xué)的顯著進步，尋求更快速、靈敏檢測疾病生物標記物的方法勢在必行。特異性的生物標記物對疾病的鑒定、早期診斷及預(yù)防、治療過程中的監(jiān)控起著至關(guān)重要的作用。人體的血液血型、尿液和唾液中蛋白質(zhì)等的檢測，已實現(xiàn)了快速和高效的測定。然而，人血清的檢測通常需要復(fù)雜的樣品前處理、繁瑣的操作和精確的條件控制，尤其是對血清生物標記物（酶）的檢測。BuChE是一種水解酶，可用于催化神經(jīng)功能中膽堿酯的水解，主要存在于血清、肝臟、大腦和其他組織中，它是退行性疾病、肝損傷和有機磷中毒的關(guān)鍵生物標記物。血清中BuChE的水平與多種疾病的病理相關(guān)，因此快速定量BuChE對臨床醫(yī)學(xué)具有重要意義。如圖5（f）所示，Yang等［48］提出了一種集溫度控制、酶反應(yīng)、分析物轉(zhuǎn)移和紙張噴霧電離功能于一體的便攜式3DER-PS的設(shè)計與制造，該3D打印試劑盒集成了一個控制系統(tǒng)，以保持溫度在同一水平。研究人員將4-巰基丁基膽堿功能化的金納米顆粒包裹在紙帶上作為BuChE的指示物。酶促反應(yīng)后，生成的產(chǎn)物通過紙底物進行色譜轉(zhuǎn)移，用于質(zhì)譜電離檢測。該方法需要簡單的樣品制備步驟，但具有較高的精度；與定量BuChE活性的常用方法（比色法埃爾曼法）相比，該方法的優(yōu)點是現(xiàn)場檢測避免了樣品的降解，非現(xiàn)場集中信號檢測提高了檢測的可靠性。3D ER-PS平臺的研發(fā)不僅為臨床BuChE活檢提供了一種新的解決方案，而且為其他類型血清生物標記物分子的快速分析和個性化醫(yī)療的發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ)。

3.7 環(huán)境、食品和藥物

隨著社會經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展以及生活水平的顯著提高，人們對環(huán)境質(zhì)量、食品和藥物安全等有了更高的要求。以食品為例，摻假現(xiàn)象一直是消費者較為關(guān)心的問題，因此，如何保證食品安全對于保障消費者生活品質(zhì)具有重要意義。近來，有學(xué)者對生產(chǎn)成本高、市場價格高的石榴汁檢測進行了研究。如圖6（a）所示，Hu等［50］開發(fā)設(shè)計了一個基于紙/聚合物的混合芯片實驗室（LOC）平臺，將DNA提取、環(huán)介導(dǎo)等溫擴增（LAMP）反應(yīng)及其測定結(jié)果可視化地集成于單一設(shè)備上，得到可用于檢測果汁的裝置。利用該裝置檢測2μL的新鮮石榴汁及5μL的新鮮蘋果汁和葡萄汁，從樣品進入檢測裝置至得出分析結(jié)果，整個過程可在1 h內(nèi)完成，每次測試成本約為4美元。因此，其具有檢測快速、靈敏度高、成本低廉和可循環(huán)使用的特點。該裝置不需要實驗室儀器，可以在現(xiàn)場應(yīng)用；尤其是在資源有限的環(huán)境下，通過設(shè)計針對不同水果品種的LAMP引物，即可實現(xiàn)對多種果汁和其他食品的鑒定和鑒別。這無疑是紙基傳感器在食品鑒定領(lǐng)域的一次重大突破。

3.8 腫瘤癌癥外泌體

癌細胞釋放的外泌體可作為信使以調(diào)節(jié)癌細胞及其微環(huán)境。過去幾年中，各種基于紙張的LFA設(shè)備已被開發(fā)出來并用于分析生物樣本中的外泌體，這些方法雖然有效，但仍存在一些缺陷，包括靈敏度提高有限、需要樣品預(yù)處理和多次孵育/洗滌步驟，限制了它們在POCT的潛在應(yīng)用。如圖6（b）所示，Guo等［51］開發(fā)了一種紙基等速電泳（ITP）技術(shù)以克服這些障礙。研究人員首先在待測人血清樣本中加入了從健康人血清蛋白和前列腺癌細胞中提取的外泌體，隨后利用該技術(shù)平臺對其進行測試。在陰離子ITP條件下，該技術(shù)平臺顯示性能優(yōu)越，能同時檢測含有癌細胞液體和健康細胞液體的濃度，與增強發(fā)光酶免疫分析法相比，該技術(shù)平臺的檢測極限提高了30多倍。此外，該技術(shù)平臺能選擇性地檢測外泌體中的蛋白質(zhì)，進一步證明了該技術(shù)平臺在分析外泌體蛋白方面的靈敏度和潛力。該技術(shù)能夠：①從癌變細胞和健康細胞中快速分離和鑒定外泌體；②對目標外泌體的選定外泌體蛋白生物標記物進行多重檢測。此技術(shù)平臺可用于疾病衍生外泌體的POCT檢測及初級保健環(huán)境中癌癥早期的篩查。

圖6 紙基傳感器的相關(guān)應(yīng)用示意圖：（a）紙/聚合物基微流控裝置用于石榴汁的鑒定[50]；（b）用于檢測癌細胞外泌體的ITP裝置[51]；（c）繪制葡萄糖（GLU）、人血清白蛋白（HSA）和糖基化白蛋白（GA）信號圖的傳感器平臺[52]；（d）紙基彈性蛋白酶檢測設(shè)備（PEDD）檢測撕裂和創(chuàng)傷液系統(tǒng)中人類中性粒細胞彈性蛋白酶（HNE）濃度[53]；（e）含紙基傳感器芯片、帶有定制側(cè)壁的商用濾芯呼吸面罩[54]；（f）紋制皮膚表皮電池[55]Fig.6 Schematic diagrams of relevant applications for paper-based sensor:(a)paper/polymer-based microfluidic device for the authentication of pomegranatejuice[50];(b)apaper-based ITPdeviceused todetect exosomesof cancer cells[51];(c)thesensor platformused todraw signal graphs for GLU,HAS,and GA[52];(d)human neutrophilic elastase concentrations in a tear and wound fluid system detected by using paper protease detection equipment[53];(e)a commercial breathing mask with filter element and customized side wall containing paper sensor chip[54];(f)tattooingepidermal battery on skin[55]

3.9 糖尿病

糖尿病是威脅人類健康的常見重大疾病之一，在糖尿病治療或監(jiān)控期間，血糖檢測是必測項目。此外，糖化血清蛋白、糖化血紅蛋白和糖基化比率也可被用于診斷或檢測糖尿病。目前，臨床上用于診斷糖尿病的檢測設(shè)備繁多，隨著檢測技術(shù)的改進，使得同時檢測血糖和糖基化比率成為可能。但大多數(shù)血糖監(jiān)測工具進行檢測時需要穿刺皮膚抽血，因此，亟需開發(fā)無創(chuàng)便攜式的血糖檢測工具。如圖6（c）所示，Ki等［52］開發(fā)了一種基于特定酶促反應(yīng)和免疫分析的傳感器，可以同時檢測人血清白蛋白的血糖水平和糖基化比率。為了測試所開發(fā)的傳感器性能，研究人員對健康受試者和糖尿病患者的臨床血清樣本進行了分析，發(fā)現(xiàn)臨床血清樣本的血糖水平和糖基化比率的實驗測定結(jié)果具有合理的相關(guān)性，血糖水平和糖基化比率測定結(jié)果的R2分別為0.932和0.930；傳感器對血糖和糖基化率的平均檢測回收率分別為85.80%和98.32%。研究人員進一步對研究結(jié)果中的血糖水平和糖基化比率與糖尿病患者的臨床診斷值進行了交叉核對，結(jié)果表明，該紙基傳感器用于檢測血糖和糖基化比率將有助于更好地評價和臨床管理糖尿病患者，對急慢性糖尿病的診斷和監(jiān)測具有重要意義。

3.10 傷口

紙基診斷設(shè)備由于其成本低、用戶友好和方便等優(yōu)點已被廣泛應(yīng)用于尿液或血液等的檢測以評估各種臨床疾病的存在和狀態(tài)，其大多被用于資源或能源缺乏的國家。近來，傷口分析成為紙基傳感設(shè)備研發(fā)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。如圖6（d）所示，Yang等［53］開發(fā)了一種PEDD用于臨床傷口評估，該設(shè)備專門檢測HNE。該設(shè)備靈敏度為0.631μg/mL，可用于檢測傷口表達的蛋白酶活性，具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、樣品量要求低和設(shè)備簡單的優(yōu)點，為該技術(shù)的科研和商業(yè)化發(fā)展均提供了設(shè)備支撐，同時也促進了相關(guān)POCT檢測設(shè)備的開發(fā)。

3.11 呼吸和淚液

呼吸檢測是醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域的一項重要生理指標。過氧化氫（H2O2）是與哮喘、慢性阻塞性肺疾病和肺癌相關(guān)的重要生物標記物，可在呼出的氣體中檢測到。目前醫(yī)院里常見的呼吸監(jiān)測設(shè)備體積較大且價格不菲，不利于隨身攜帶和日常監(jiān)測。因此，設(shè)計一款體積小、功耗低、價格適宜的呼吸監(jiān)測設(shè)備是大勢所趨。如圖6（e）所示，Maier等［54］開發(fā)了首個一次性紙基電化學(xué)可穿戴呼吸傳感器，其可以實時監(jiān)測人體呼吸中呼出的H2O2，無需校準，并可集成到商業(yè)呼吸面罩中，用于現(xiàn)場測試呼出的氧氣以及臨床麻醉。為了提高H2O2的傳感精度，研究人員通過安培法進行微分電化學(xué)測量，其中，絲網(wǎng)印刷普魯士藍介導(dǎo)和非介導(dǎo)碳電極被用于微分分析；實現(xiàn)了實時測量H2O2的功能。該裝置主要有5個優(yōu)點：①由于測量方法的差異，消除了各種干擾物質(zhì)和/或環(huán)境條件（如溫度、濕度）的影響，因此，檢測結(jié)果可靠；②通過改變、修改和覆蓋傳感電極的材料（如利用金屬、金屬氧化物、半導(dǎo)體微粒子和納米粒子、酶、選擇性膜或?qū)щ娋酆衔锏龋?，可將此傳感器模型擴展到分析其他呼出的化合物；③柔性、吸濕多孔的紙基材料在紙基傳感器中同時作為固體電解質(zhì)和電極襯底，避免了采用額外膜（包含電解質(zhì)）材料，且大幅提高了傳感表面積和收集量；④可自動調(diào)整感知表面的方位和孔隙率以減少呼吸阻力，提高傳感器信號質(zhì)量；⑤無需校準且可持續(xù)監(jiān)測。

3.12 電子電極儲能

近年來，柔性可穿戴電子設(shè)備的興起推動了柔性能源存儲技術(shù)的快速發(fā)展，許多研究人員對驅(qū)動新一代柔性可穿戴電子設(shè)備和系統(tǒng)的柔性電源產(chǎn)生了極大的興趣。因此，紙基太陽能電池、超級電容器和電池代表了一種新型發(fā)展方向。紙基材料易于加工且與卷對卷制造技術(shù)兼容；此外，紙基材料因其靈活、輕量、生物兼容、易于回收、潛在的低環(huán)境影響而被廣泛用于儲能器件的制造。Francesca等［55］綜述了纖維素基光伏和儲能裝置的研究進展，回顧了紙基超級電容器和電池的最新發(fā)展，重點介紹了在紙張表面打印太陽能電池及如何提升其穩(wěn)定性能、紙基超級電容器、紙基電池的制造工藝及其潛在應(yīng)用和制備生物活體電池的可能性（見圖6（f））。通過對比文獻，研究人員認為需要進行更多工作以繼續(xù)提高紙基電源的峰值性能，特別是對其穩(wěn)定性和相關(guān)印刷制備技術(shù)的研究。紙基電池和超級電容器的未來應(yīng)用潛力不容小覷。

4 結(jié)語及展望

本文從工作原理和相關(guān)制備技術(shù)、基本檢測機制、多元應(yīng)用等方面綜述了近年來以功能性材料紙作為基材的各種類型傳感器的研究進展。目前，紙基傳感器雖然在人體呼吸、免疫檢測和仿生應(yīng)變等諸多領(lǐng)域取得了顯著的進展，但仍然存在許多值得進一步探究的方向：①紙張粗糙多孔的表面結(jié)構(gòu)和易脆性使其發(fā)展受到限制，因此，尋求可替代的新型生物可降解材料仍是重中之重；②紙基傳感器的制備成本高昂且制備時僅依靠單一制作技術(shù)，難以滿足個性化需求且不能克服制備技術(shù)本身的缺點，因此，可以考慮多種制備技術(shù)相結(jié)合；③紙基傳感器的檢測方法大多具有的較高專業(yè)性，制約了紙基傳感器從實驗室走向規(guī)?；袌鰬?yīng)用的進展，開發(fā)簡單便捷的自動化檢測技術(shù)迫在眉睫；④除本文提到的應(yīng)用領(lǐng)域，紙基傳感器芯片還可集成到其他功能性產(chǎn)品中，從而發(fā)揮其最大效用。在此，筆者也希望通過進一步研究，能夠解決目前存在于紙基傳感器領(lǐng)域的一些問題，將其發(fā)展推向新高度。筆者相信，未來紙基傳感器將取得更加顯著的研究成果。