紙ベースのマイクロ流体

紙ベースのマイクロ流体デバイスは、一連の親水性セルロースまたはニトロセルロース繊維で構成されたマイクロ流体デバイスであり、毛細管現象によって、流体を入口から多孔質媒体を通ってデバイスの目的の出口または領域に輸送します。^[1]この技術は、多くの感染性物質や化学汚染物質を検出できる従来のラテラルフローテストに基づいています。この主な利点は、より複雑なマイクロ流体デバイスとは異なり、主に受動的に制御されるデバイスであることです。紙ベースのマイクロ流体デバイスの開発は、安価でポータブルな医療診断システムのニーズを満たすために、21世紀初頭に始まりました。

紙ベースのマイクロ流体デバイスには以下の特徴がある：^[2]

• 入口: 液体が手動で注入される基板 (通常はセルロース)。
• チャネル: デバイス全体に液体を導く親水性のサブミリメートル ネットワーク。
• フローアンプ：流速を変化させて制御可能な速度の定常流を与えるさまざまな形状の領域^[1]
• フロー抵抗器：マイクロ流体デバイス内の流体の滞留時間を制御するために流速を低下させるために使用される毛細管要素^[3]
• バリア:流体がチャネルから出るのを防ぐ疎水性領域。
• 出口: 化学反応または生化学反応が起こる場所。

紙などの多孔質媒体を通る流体の動きは、透過性（地球科学）、形状、蒸発効果によって決まります。これらの要因が合わさって、蒸発が制限される毛細管浸透が生じますが、これは多孔性とデバイスの形状を制御することで調整できます。^[4]紙は多孔質媒体であり、その中では主にウィッキングと蒸発によって流体が輸送されます。^[5]濡れ中の毛細管流は、ジュリンの法則とハーゲン・ポアズイユの式から導かれるウォッシュバーンの式で近似できます。^[6]流体の平均流速は次のように一般化されます。ここで、は表面張力、接触角、は粘度、は液体が移動した距離です。より広範なモデルでは、紙の曲がり、^[7]細孔半径、紙の変形が考慮されています。^[8]$${\displaystyle v={\frac {\gamma \cos \theta }{4\eta }}{\frac {1}{L}}}$$${\displaystyle \gamma}$${\displaystyle \theta}$${\displaystyle \eta}$${\displaystyle L}$

媒体が完全に濡れると、その後の流れは層流となり、ダルシーの法則に従います。^[9]流体の平均流速は次のように一般化されます。ここで、は媒体の浸透性、は圧力勾配です。 ^[10]層流の結果の1つは、混合が困難であり、多孔質システムではより遅い拡散のみに基づくことです。 ^[11]$${\displaystyle v=-{\frac {K}{\eta }}\triangledown P}$$${\displaystyle K}$${\displaystyle \triangledown P}$

紙ベースのマイクロ流体デバイスは、2Dおよび3Dの寸法に基づいて製造できます。^[12] 2D紙ベースのマイクロ流体デバイスを製造するために、ワックス印刷、インクジェット印刷、フォトリソグラフィー、フレキソ印刷、プラズマ処理、レーザー処理、エッチング（マイクロファブリケーション）、スクリーン印刷、デジタル光処理（DLP）3Dプリンター、ワックススクリーニングなどのさまざまな方法が採用されています。^[13]複数の紙マイクロ流体をさらに積層すると、疑似3Dマイクロ流体が作成され、流体ネットワークの追加次元が提供され、複雑さが増す可能性があります。各技術は、水溶液を受動的に輸送する親水性紙上に疎水性の物理的バリアを作成することを目的としています。^[14]次に、基板を試薬溶液に浸すか、基板上に試薬を局所的にスポットすることにより、生物学的試薬と化学試薬をデバイスに沿って選択的に堆積させる必要があります。^[15]

ワックスプリントでは、簡単なプリンターを使用して紙の上にワックスを希望のデザインで印刷します。次に、ワックスをホットプレートで溶かして溝を作ります。^[16]この技術は高速で低コストですが、溶けたワックスの 等方性のため解像度が比較的低くなります。

インクジェット印刷では、紙を疎水性ポリマーでコーティングし、ポリマーをエッチングして紙を露出させるインクを選択的に配置する必要があります。 ^[17]この技術は低コストで高解像度ですが、一度に1つのインク滴を配置する速度によって制限されます。

フォトリソグラフィー技術はインクジェット印刷に似ており、フォトマスクを使用してフォトレジストポリマーを選択的にエッチングします。^[18]この技術は解像度が高く、高速ですが、設備と材料のコストが高くなります。

この技術は、光硬化性樹脂ポリマーを光にさらして多孔質紙の開いたマイクロチャネルの疎水性境界を形成するDLP印刷技術を利用しています。特定の用途で蒸発の影響が懸念される場合は、チャネルの上部と下部に硬化性樹脂の2つの追加層を使用できます。余分な未硬化樹脂はエタノールを使用して洗浄されます。^[19]この技術は比較的設備コストが低く、入手しやすい材料を使用するため、ポイントオブケア診断デバイスの大量生産の有望な候補となっています。

この技術では、まずAKDやフルオロカーボンプラズマ重合などの疎水化剤を使用して紙を疎水性にし、次にマスクを使用したO2_プラズマエッチングを使用して紙に親水性パターンを作成します。プラズマベースのプロセスの利点の1つは、完全に密閉されたチャネルや半密閉されたチャネル^[20] 、オンオフフロースイッチ^[21]、流体フロー制御チャネル^[22]などの複雑な設計と機能を比較的簡単に組み込むことができることです。ただし、製造コストは他の製造方法よりも比較的高くなります。

ペーパースプレーイオン化は、マイクロペーパーベースの分析デバイスμPADと質量分析のインターフェースとして急速に開発されています。パデュー大学のGraham Cooksグループによって最初に説明されたこの技術^[23]では、質量分析計の入口付近にある三角形の湿った紙に電圧を印加します。正確なメカニズムはよくわかっていませんが、2つの動作モードが発生する可能性があります。高流量でのマルチコーンスプレーと、溶媒が枯渇したときに発生するシングルコーンスプレーです。^[24]これは、複雑なマイクロ流体操作と質量スペクトル検出を組み合わせるための大規模な取り組みの一部です。ワックス印刷疎水性バリアは、紙製デバイス内に明確な流路を作成するための一般的な方法であり、これはμPAD-MSに拡張され、イオン化効率を高め（分析対象ストリームのフォーカスを可能にすることにより）、三角形の紙表面へのワックス印刷による反応混合を可能にしています。^[25]ペーパースプレー検出の前に、μPADでのクロマトグラフィー分離も実証されています。^{[26]当初、ペーパースプレーイオン化は医薬品[27]}や乱用薬物[ ^28]などの小分子の検出に応用されていました。しかし、ペーパースプレーイオン化は非共有結合相互作用を維持しながら大きなタンパク質をイオン化できることも示されています。^[29]

分析検出器で本当に単一種に特異的なものはほとんどないため、検出前に何らかの分離ステップが必要になることがよくあります。さらに、分離により、単一のプラットフォーム内で複数の分析対象物を検出できます。多くのμPADはクロマトグラフィー紙で作られているため、平面クロマトグラフィー（TLC）に基づく分離はおそらく最も簡単に実装できます。通常、分離チャネルは、2つの疎水性バリアをワックス印刷することで定義されます。^[30]電気化学検出はおそらく最も一般的ですが、^[31]実装が容易なためと思われますが、比色分析、化学発光、^[32]および質量スペクトル検出も紙ベースのクロマトグラフィー分離と組み合わせて使用​​されています。実装が容易であるにもかかわらず、平面クロマトグラフィーは、プレートの高さが比較的低い（つまり、分離効率が低い）という問題があります。ChakrabortyグループがμPADでの電気運動フローの実現可能性を実証して以来、^[33] μPADでの電気泳動分離のいくつかの用途が文献に登場しています。テキサス大学オースティン校のクルックスグループは、非常に薄い（180μm）折り紙シート上で生成できる高い電界強度により、従来の電気泳動装置と比較して比較的低い印加電圧でμPAD上の電気泳動分離が達成できることを実証しました。^[34] μPADではより単純な分離方法も使用でき、例えばヘンリーグループは血液分離膜を使用して全血から血漿を分離することを実証しました。^[35]

チャネル内の流体の流れを制御する方法は様々です。チャネルの幅と長さを変える、紙の濡れ性を変える、平行チャネルに流体を流す、流体の粘度を変えるなどです。 ^[36] PAD内の流れは、溶解性糖ブリッジ、コロナ放電処理で紙のコーティングを疎水性から親水性に変える、または流れによって引き起こされる拡張可能なポリマーを使用して流路を閉じることで止めることができます。^[37]

マイクロ流体プラットフォームと電子部品の統合により、サンプルの準備と分析に不可欠なすべてのステップが組み込まれ、自動化されたデバイスであるマイクロトータル分析システム（μTAS）を生成できる可能性があります。 ^[38]ペーパーエレクトロニクスは、紙の表面に製造される導体などの機能構造に依存していますが、紙ベースのマイクロ流体は、基板内に製造されるチャネルとバリアに依存しています。^[38]この非互換性により、μTASの大部分は、紙のチャネルに接触する外部電極を使用して開発されました。 しかし、2009年に、スクリーン印刷された電極が紙ベースのマイクロ流体デバイスに統合され、グルコース、乳酸、尿酸のバイオセンサーが作成されました。^[39]紙ベースのマイクロ流体の電子統合に関するこの最初のレポートは、これが低コストでμTASの設計を改善する方法を示しました。それ以来、スクリーン印刷、インクジェット印刷、金属スパッタ堆積、鉛筆画、レーザー誘起熱分解、導電性トレースのネットワークを作成するための外部電極など、さまざまな電極製造技術が開発されました。 ^[40]

スクリーン印刷は、紙に電子トレースを作成する最も一般的な方法です。このプロセスでは、ステンシルを使用してインクを紙ベースのマイクロ流体チャネルの領域に転写します。Dungchaiらは、スクリーン印刷されたカーボンインクを作用電極と対電極に、銀/塩化銀インクをマイクロ流体チャネルの端の参照電極として使用して電気化学センシングを実証しました。^[39]紙ベースのマイクロ流体デバイス上のスクリーン印刷された電極は、代謝産物のバイオセンサーの開発に使用されているだけでなく、^{[39] [41] [42]食品や水中の細菌[43]}や重金属^[44]の検出にも使用されています。このプロセスのスケーラビリティにより、フィールドテストに適した超低コストの電気化学デバイスを作成できる可能性があります。^[45]

有望な物理的技術はインクジェット印刷であり、これにより導電性材料を正確かつ再現性のある方法で紙に堆積させることができる。^{[38] [46]}概念実証として、Koらは、ホームオフィスのプリンター、カーボンナノチューブでできたインク、雑誌の紙を使用して、紙ベースの電気チップを開発した。^[47]同様に、銀ナノ粒子をマイクロ流体チャネルに印刷して、流体の誘電率の変化を感知し、濃度と混合比に関する情報を明らかにした。^[48]しかし、研究グループは、これらのナノ粒子を含むインクは、乾燥が不均一なために紙の上で自己凝集する可能性があり、これが不均一な被覆と非線形応答につながることを発見した。^[46]有望な物理的技術はインクジェット印刷であり、これにより導電性材料を正確かつ再現性のある方法で紙に堆積させることができる。^{[38] [46] [49] [50]この点で、}ナノ粒子 の制御された成長は、導電性と感知性能の向上に役立つ可能性がある。種子クラスターが成長し、紙繊維内で相互接続するにつれて、最終材料の特性と構造はプロセスと化学条件によって制御できるようになります。^[51] 典型的な成長プロセス条件は、還元化学環境で溶解した金属イオンで構成されます。ナノ粒子が成長すると、認識バイオ分子で機能化され、マイクロ流体デバイスの特異性と感度が向上します。^[52]

インクジェット印刷は多種多様な材料と互換性があり、導電性トレースを製造するだけでなく、トランジスタなどの高度な電子部品を紙ベースのデバイスに組み込むための有望な技術です。^[53]

金属および金属酸化物のスパッタリングは、クリーンルームでの微細加工において最も確立された技術の1つです。このアプローチは、紙ベースのマイクロ流体デバイス上に金電極をスパッタリングするために採用されており、量子ドットラベルを使用したDNA検出において優れた性能が実証されています。^[54]純金を電極材料として使用することの注目すべき利点の1つは、自己組織化単分子層化学を活用できる可能性であり、これにより電極表面の機能化と防汚が容易になります。

紙に鉛筆で描く技法は、安価で一般的な事務用品を使用するため、紙ベースのマイクロ流体デバイス上に電極を作成する最もシンプルでアクセスしやすい方法であると言えるでしょう。ここでは、鉛筆で繰り返しスケッチすることで、紙ベースのマイクロ流体デバイス上にグラファイト回路が作成されます。^{[55] [56] [57]}たとえば、この電気的統合方法は、ポイントオブケアがんスクリーニング用の完全に手描きの紙製マイクロ流体デバイスに使用されました。^[57]この溶媒を使用しない技法により、即席の紙ベースのμTASを作成できる可能性があります。ただし、紙に鉛筆で描くとグラファイトの堆積が均一でなくなる可能性があり、これらの手描きの回路のパフォーマンスが制限されます。^[56]さらに、プロセスは自動化できますが、繰り返し描画する手順はスケーラビリティが低いです。

セルロースのレーザー誘起熱分解は、非導電性の紙をグラフェンのような材料に変換する実用的な方法であり、紙の上に電極をパターン化する簡単な方法を提供します。^[58]電極は現場で作成され、紙基板の多孔質で吸い上げ特性を保持しながら、感知のための大きな電気活性表面積を示します。^[59]電極は毛細管流を完全に透過するため、この技術を使用して電気化学フロースルーデバイスを構築できます。ただし、試薬を使用しない製造方法であるため、結果として得られる電極の表面特性と化学組成を調整する余地はほとんどありません。

3Dプリントなどの技術の進歩により、シンプルで入手しやすい装置を使用して電極を作成できるようになり、これらの電極をスタンドアロンユニットとしてパターン化し、その後紙ベースのマイクロ流体デバイスと統合する例が数多くあります。この目的のために、熱可塑性電極のパターン化と、フローインジェクション分析などの電気化学センシングへの使用の例がいくつかあります。^[60]

他の物理的統合方法（スプレーまたはスピンコーティング、ブレンディング、真空ろ過）は紙製エレクトロニクス向けに開発されているが^[46]、紙ベースのマイクロ流体デバイスにはまだ実装されていない。

紙ベースのマイクロ流体デバイスが従来のマイクロ流体デバイスよりも優れている主な利点は、実験室ではなく現場で使用できる可能性があることです。^{[61] [62]} フィルターペーパーは、サンプルから汚染物質を取り除き、それらがマイクロチャネルを下って移動するのを防ぐことができるため、現場で有利です。これは、紙ベースのアッセイを屋外で使用する場合、粒子が精度を低下させることはないことを意味します。^[62]紙ベースのマイクロ流体デバイスは、最大75 mmの長さのガラススライドを使用することが多い液滴ベースのマイクロ流体デバイスなどの他のマイクロ流体プラットフォームと比較して、サイズが小さく（長さと幅が約数mmから2cm） ^{[62] [63] [64]です。 [65] [66]}紙ベースのマイクロ流体デバイスは、サイズが小さく、材料が比較的耐久性があるため、持ち運びが可能です。^{[61] [62]}紙ベースのデバイスは比較的安価でもあります。ろ紙は非常に安価で、PDMSやワックスなど、マイクロチャネルの製造に使用されるパターン形成剤のほとんども安価です。紙をベースとした主要な製造方法のほとんどは、高価な実験装置も必要としません。^{[61]紙ベースのマイクロ流体のこれらの特性により、特に高度な医療診断ツールがない国では、}ポイントオブケアテストに最適です。^[62]紙ベースのマイクロ流体は、環境および食品の安全性テストにも使用されています。^{[67] [68] [69] [70]}この技術の応用における主な問題は、フロー制御技術、精度、正確さに関する研究が不足していること、現場でのより簡単な操作手順の必要性、および世界市場の量要件を満たすための生産規模の拡大です。^[37]これは主に、現在のシリコンベースの製造チャネルを利用してLOC技術をより効率的かつ経済的に商品化することに業界が重点を置いていることによるものです。^[71]

紙ベースのマイクロ流体工学（μPAD）の当初の目標は、資源が限られた地域や田舎で、医療従事者やその他の資格を持った専門家の助けを借りずに操作できる、低コストで使いやすいポイントオブケア（POC）デバイスを作ることでした。 ^{[72]この目標を達成するには、μPAD は、資源が限られた環境での診断テストの要件である、}世界保健機関（WHO）が提供する「手頃な価格、高感度、特異性、ユーザーフレンドリー、迅速かつ堅牢、機器不要、実行」の基準に適合している必要があります。^{[72] [73] [74]}ただし、POC の公式「診断テストの選択を支援するためのガイド」では、これらの基準は一般的なものであり、テストの用途に応じて変更できると述べられています。^[73]紙ベースのマイクロ流体診断の主な問題は、この分野の研究が、ユーザーの受け入れを改善することではなく、新しい概念やアイデアを提供することに向けられているため、ほとんどの μPAD デバイスが依然として非専門家のユーザーには解釈できないことです。^[75]しかし、POCは診断のための紙ベースのマイクロ流体の唯一の用途ではありません。最近では、ラボオンチップ（LOC）デバイスと呼ばれる、より複雑なマイクロ流体分析デバイスの製造に紙が使用され、診断にも使用されています。ポリジメチルシロキサン（PDMS）やガラスの代わりに紙を使用してLOCデバイスを製造すると、コストとサイズが削減され、携帯性が向上します。これにより、リソースが限られた状況でもLOCデバイスがより利用しやすくなります。^[76]

最近、紙製マイクロ流体工学は数多くの免疫学的検査の製造に使用されています。Khanらは2010年に、特定の抗原との相互作用によって引き起こされる赤血球凝集が、紙またはクロマトグラフィー媒体上の血液の吸い上げと輸送を大幅に減少させるという原理に基づいた血液型判定装置を調査しました。^[77]この概念は、 3つの延長チャネルを備えた中央ゾーンに成形されたフィルターペーパーで作られた紙ベースのマイクロ流体デバイスのプロトタイプで実証されました。各チャネルは、異なる抗体溶液（Epiclone Anti-A、Anti-B、およびAnti-D）で処理されます。^[77] μPADは、リソースが不足している状況での使用を目的として作成されたため、前処理されていない人間の血液や尿などの実際のサンプルを分析する機能を提供することが非常に重要です。^[78]このデバイスは、全血サンプルを分析するように構築されており、これは紙ベースのマイクロ流体診断のユーザー受け入れを高めるための重要なステップです。この分析は、血液または抗体混合物が紙の上で吸い上げられる挙動に基づいています。血液サンプルを各血液型に特異的な免疫グロブリンM抗体と混合すると、対応するRBC抗原に吸着してポリマーが架橋することにより赤血球（RBC）が凝集し、デバイスの特定のチャネルでサンプルのクロマトグラフィー分離が発生します。同時に、非特異的抗体に浸した手では分離は起こらず、血液サンプルは均一で安定した溶液として弱まります。溶液の輸送とチャネルの外観の明らかな違いから、血液型の決定に対する分離効果を特定できます。^{[79] [61] [77]}

2014年にNoiphungらは、抗体を使用して赤血球を凝集させる紙ベースのマイクロ流体血液型のアプローチをフォローアップし、同じデバイスでRhと順方向および逆方向のABO血液型の同期実行に使用できる血液型判定用の新しい紙ベースの分析デバイス（PAD）を設計しました。 ^{[80]順方向の分類は、患者の}赤血球を抗A試薬と抗B試薬と混合する血液型判定手順です。一方、逆方向の型判定は、患者の血清を試薬A細胞と試薬B細胞と混合する血液型判定手順です。結果は順方向の型判定の逆になるはずです。^[81]設計されたデバイスには2つの面があります。順方向（F）側はクロマトグラフィー紙で作られ、3つのチャネルにそれぞれ1.5mLの抗A、抗B、抗D抗体溶液がスポットされています。逆方向（R）側は血液分離膜で作られ、A型とB型の抗体チャネルに接続されています。 PAD は、ワットマンクロマトグラフィー紙と血液分離膜を接合するワックスディッピング技術の組み合わせを使用して製造されています。このデバイスには、前方グループ化用のワックスプリントチャネルが 3 つあり、そのうち 2 つは逆グループ化にも適用されています。R 側は全血サンプルの分析が可能でしたが、Noiphung のグループは、全血サンプルが粘性がありすぎて、デバイスの紙側に直接適用できないことを発見しました。実験中に、最適な血液と水の希釈比は1:2 であることが判明しました。血液型判定は、赤血球 (RBC) と血漿の輸送距離の比率を測定することによって実行されました。提案された PAD の血液型判定の精度は、A、B、AB、O、Rh+ の血液型でそれぞれ 92%、85%、89%、93%、96% でした。^{[80] [79] [77]}

紙ベースのマイクロ流体デバイスは、さまざまな医学的疾患をモニタリングするために設計されてきました。グルコースは糖尿病や癌において重要な役割を果たしており、^[82]紙ベースのマイクロ流体デバイス上でグルコースと色指示薬（多くの場合ヨウ化カリウム）との反応を開始するグルコースオキシダーゼ、過酸化水素、および西洋ワサビペルオキシダーゼを含む触媒サイクルを通じて検出できます。 ^{[82]これは}比色検出の例です。ハーバード大学のジョージ・ホワイトサイドのグループによって開発された最初の紙ベースのマイクロ流体デバイスは、色の変化反応（グルコースの場合はヨウ化カリウム反応、タンパク質BSAの場合はテトラブロモフェノールブルー反応）を介してタンパク質とグルコースを同時に検出することができました。^[62]紙デバイスの底部を研究室で調製したサンプル溶液に挿入し、色の変化の量を観察します。^[62]最近では、血漿中のグルコースを定量化するために、比色検出を使用する紙ベースのマイクロ流体デバイスが開発されました。ワックスプリントされたデバイス上で血漿が全血サンプルから分離され、赤血球が抗体によって凝集し、血漿が第2の区画に流れて色変化反応を起こすことができる。^{[63]これらのデバイスでは}電気化学検出^[83]も使用されている。これは定量化においてより高い感度を提供するのに対し、比色検出は主に定性評価に使用されている。^{[61] [82]}スクリーン印刷された電極^[84]とろ紙に直接印刷された電極^[85]が使用されている。電気化学検出を利用する紙ベースのマイクロ流体デバイスの1つの例は、全血から血漿を分離するためにダンベル形状をしている。^[85]前述の触媒サイクルで生成された過酸化水素からの電流が測定され、グルコース濃度に変換される。^[85]

ホワイトサイドらの研究グループは、改良された流体フロー設計によりオンチップで較正曲線を作成できるグルコース検出用の3D紙ベースマイクロ流体デバイスも開発しました。 ^[86]この3Dデバイスは、マイクロ流体チャネルがパターン化された紙の層で構成され、これらの層は穴の開いた両面粘着テープ層で接続されています。テープの穴により、交互の層の紙のチャネル間の流れが可能になるため、このデバイスではより複雑な流路が可能になり、最後の層の紙にある多数の（最大約1,000）検出ゾーンで複数のサンプルを検出できます。^[86]最近では、折り紙を使用して組み立てられた3D紙ベースマイクロ流体デバイスが開発されました。^[87]ホワイトサイドらの設計とは異なり、これらのデバイスでは、サンプル溶液をデバイスに注入する前に、1層のパターン化された紙を複数の層に折ります。^[87]その後、デバイスを展開して、デバイスの各層を分析し、複数の分析対象物を同時に検出できます。^[87]この装置は、前述の複数の層の紙を使用する装置よりも製造が簡単で安価です。 [ ^{86] [ 87} ]どちらの装置でも、異なる層のチャネル間の混合は問題にならず、両方の装置とも複数のサンプル中のグルコースとBSAを同時に定量することに成功しました。^{[86] [87]}

紙ベースのマイクロ流体デバイスは、医療分野以外にもさまざまな用途があります。たとえば、紙ベースのバイオセンサーは、環境モニタリングで広く使用されています。^{[67] [68] [69] [70]最近では、}サルモネラ^[68]と大腸菌^[67]の検出用に2つのデバイスが開発されました。後者のデバイスは、アリゾナ州ツーソンの7つの現場水サンプルで大腸菌を検出するために特に使用されました。^[67]抗体結合ポリスチレン粒子は、サンプル入口の後のマイクロ流体チャネルの中央にロードされました。サルモネラまたは大腸菌を含むサンプルがこれらの粒子と接触すると、免疫凝集が発生します。^{[67] [68]}免疫凝集の量は、周囲光の下で専用のスマートフォンアプリケーションで検出された光のミー散乱の増加と相関しています。 ^{[67] [68]}紙ベースのマイクロ流体デバイスは、リンゴジュースや牛乳などの食品に含まれる農薬の検出にも使用されています。^[69]最近の設計では、圧電インクジェット印刷を使用して、酵素アセチルコリンエステラーゼ（AChE）と基質インドフェニルアセテート（IPA）を紙に刻印し、この紙ベースのマイクロ流体デバイスを使用して、青紫色の減少を介して有機リン系農薬（AChE阻害剤）を検出しました。 ^[69]このデバイスは、事前に保存された試薬を含むコンパートメントの代わりに生体活性紙を使用している点で特徴付けられ、長期安定性が良好であることが実証されており、現場での使用に最適です。^{[69]より最近の紙ベースのマイクロ流体設計では、表面に蛍光標識された}一本鎖DNA（ssDNA）と酸化グラフェンを組み合わせたセンサーを使用して、食品中の重金属と抗生物質を同時に検出しました。^[70]重金属は蛍光強度を増加させ、抗生物質は蛍光強度を減少させました。 [ ^70]最近では、水中の反応性リン酸を測定するための安価で使い捨ての便利な分析装置を作るために、紙ベースの装置が非常に魅力的になってきています。これらの装置は、リン酸検出にモリブデンブループロトコルを利用しています。^[88]