專利名稱：一種檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，該離心式微流控芯片表面有微結(jié)構(gòu)和微通道，在離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)土壤中酚類化合物與集成在離心式微流控芯片上的萃取柱的富集與分離，通過(guò)紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上檢測(cè)土壤中酚類化合物的含量，主要應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、食品科學(xué)等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
酚類物質(zhì)作為一種重要的化工原料，在煤氣、焦化、石油化工、染料、制藥等領(lǐng)域廣泛使用，在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中均會(huì)產(chǎn)生各種含酚廢水。酚類化合物是原形質(zhì)毒物，對(duì)一切生活個(gè)體都會(huì)有毒害作用，低濃度酚能使蛋白變性，高濃度能使蛋白沉淀。如果人們長(zhǎng)期飲用含酚水，可引起頭暈、貧血及各種神經(jīng)系統(tǒng)癥狀，甚至中毒。因此，對(duì)此酚類化合物的分析檢測(cè)在環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、食品科學(xué)方面具有十分重要的意義。水中酚類化合物的測(cè)定一般采用蒸餾后4-氨基安替比林分光光度法測(cè)定。但是該法需要有毒試劑氯仿萃取、操作步驟繁瑣。固相萃取法測(cè)定酚已有一些報(bào)道，苯酚先與4-氨基安替比林和鐵氰化鉀反應(yīng)生成紅色顯色產(chǎn)物，再在固相萃取柱上萃取富集，乙醇洗脫柱上產(chǎn)物，分光光度法測(cè)定，操作較方便且試劑無(wú)毒。但常規(guī)方法存在樣品用量大，樣品前處理復(fù)雜，成本較高的缺點(diǎn)，需要花費(fèi)大量時(shí)間和成本。而且樣品分離過(guò)程和檢測(cè)是分開(kāi)獨(dú)立進(jìn)行的，易引起樣品損失和污染。由以上原因，建立一種小型集成裝置，快速、便攜、精確的酚類化合物檢測(cè)裝置是非常必要的。近年來(lái)，分析檢測(cè)儀器的微型化已經(jīng)成為分析化學(xué)中一個(gè)重要的研究方向，微流控芯片分析技術(shù)是其中最活躍的一支，無(wú)論是在科研還是應(yīng)用領(lǐng)域都獲得了廣泛的重視。微流控芯片作為一種新型的分析檢測(cè)平臺(tái)，具有高通量、高集成化、多重平行分析、便攜式、易操作、成本低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在環(huán)境檢測(cè)相關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。然而，采用圓片狀芯片，在其表面制備微結(jié)構(gòu)和微通道，依靠離心力驅(qū)動(dòng)微流體，同時(shí)完成數(shù)個(gè)樣品分析的離心式微流控芯片技術(shù)，目前在快速檢測(cè)酚類化合物的應(yīng)用領(lǐng)域尚未有實(shí)質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供了一種檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于該離心式微流控芯片是帶微結(jié)構(gòu)和微通道的圓片狀芯片，以離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力為驅(qū)動(dòng)力，完成土壤中酚類化合物與萃取柱的富集和分離，通過(guò)紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)酚的含量。離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)專為圓片狀芯片設(shè)計(jì)的，中心以吸盤(pán)、卡槽或螺絲-螺母固定圓片狀離心式微流控芯片。圓片狀離心式微流控芯片由刻有微米級(jí)別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和粘性薄膜貼合而成，微結(jié)構(gòu)和微通道通過(guò)微加工技術(shù)制備，包括樣品池、廢液池、檢測(cè)池、微孔和微通道。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟
(I)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。(2)通過(guò)微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括樣品池、廢液池、檢測(cè)池、微孔和微通道。(3)在固相萃取微通道中填充固體硅膠顆粒，制成固相萃取柱。(4)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片粘合、壓緊、封合，組成檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片。(5)將制備好固相萃取柱的光盤(pán)置于離心儀上，在進(jìn)樣口加入洗液，正方向啟動(dòng)離心機(jī)，洗滌純化固相萃取柱，廢液進(jìn)入廢液池。(6)在進(jìn)樣口分別加入樣品液和萃取液，負(fù)方向轉(zhuǎn)動(dòng)離心機(jī)，洗脫液進(jìn)入檢測(cè)池。(7)最后將光盤(pán)置于紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上，470nm處測(cè)定檢測(cè)池內(nèi)萃取液吸光度。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C,也可是各類普通⑶光盤(pán)。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片和粘性薄膜的微結(jié)構(gòu)和微通道可以通過(guò)數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕、也可用軟刻蝕技術(shù)進(jìn)行制備。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片是由三層芯片組成，各層芯片之間用粘性薄膜貼合，粘性薄膜可以是力致粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片上的樣品預(yù)處理采用固相萃取法。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片通過(guò)在微通道內(nèi)填充固體硅膠顆粒原位制成微型離心色譜柱，填充物可以是硅膠顆粒，也可是三氧化二鋁粉末。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片通過(guò)改變光盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，更改光盤(pán)上流體的流動(dòng)方向，廢液流入廢液池，萃取流入檢測(cè)池。本發(fā)明中，檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片在萃取分離待測(cè)樣品前，需要分別用甲醇溶液和去離子水進(jìn)行淋洗，具體步驟為樣品池加入甲醇溶液，1500RPM正方向轉(zhuǎn)動(dòng)淋洗萃取柱20 30s ;隨后同等轉(zhuǎn)速條件下,水淋洗萃取柱I 2min。最后在樣品池加入樣品溶液和萃取液，1500RPM負(fù)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，離心5 lOmin。本發(fā)明中，微型離心色譜柱完成樣品處理與分離后，通過(guò)紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)萃取液進(jìn)行分析。本發(fā)明提出的檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，操作簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)了多個(gè)樣品的平行檢測(cè)，降低了試劑與樣品的用量，減少了水樣處理和檢測(cè)的時(shí)間，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，在酚類化合物分析領(lǐng)域中具有良好的應(yīng)用前景。


圖1.檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。A.第I層(底層芯片，封合用)，B.第2層(雙面粘膠薄膜，粘合用)C.第3層(中間層主芯片，有微結(jié)構(gòu)和微通道)，D.第4層(雙面粘膠薄膜，粘合用)，E.第5層(上層芯片，有進(jìn)樣孔和通氣孔)，
圖2. —個(gè)樣品分析檢測(cè)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。I)樣品注入孔，2)樣品池，3)固相萃取柱，4)硅膠注入孔，5)石英纖維裝入孔，6)廢液池，7)萃取液池，8)和9)通氣孔。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控芯片的五層微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。利用數(shù)控CNC系統(tǒng)加工制備三層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道，分別用自來(lái)水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。在雙面膠薄膜上，用刻字機(jī)加工制備所需微結(jié)構(gòu)和微通道。將三層芯片小心對(duì)齊、粘合、壓緊、封合，制成檢測(cè)酚類化合物的離心式微流控芯片。將此芯片置于離心機(jī)的芯片支架上，取少量石英纖維，從石英纖維裝入孔中裝入，用錐子壓緊后，用透明膠帶密封石英纖維裝入孔。取O. 5g硅膠溶于O. 5mL甲醇制成硅膠溶液，取50 μ L硅膠溶液，從硅膠注入孔中注入，在離心機(jī)上以1500RPM正向旋轉(zhuǎn)離心，使硅膠均勻地布滿固相萃取柱。注入8yL甲醇，水化填充固相萃取柱，以1500RPM正向離心30s。注入8μ L酸化甲醇(甲醇/HC1，體積比100/1)，以1500RP M正向離心30s，洗滌純化萃取柱。再次加入8 μ L甲醇，以1500RPM正向離心Imin沖洗萃取柱后，用透明膠帶密封硅膠注入孔和取樣孔。從樣品注入孔向樣品池加入5 μ L甲醇，離心平衡固相萃取柱，再?gòu)牧硪粯悠纷⑷肟准尤?00 μ L待測(cè)水樣，以1500RPM速度負(fù)向離心IOmin,隨后加入5 μ L去離子水1500RPM負(fù)向離心5min沖洗固相萃取柱,萃取溶液進(jìn)入檢測(cè)池中。將光盤(pán)置于紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上，在470nm處測(cè)定檢測(cè)池內(nèi)萃取液吸光度并計(jì)算酚類化合物在水中含量。
權(quán)利要求
1.一種檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于該離心式微流控芯片是帶微結(jié)構(gòu)和微通道的圓片狀芯片，以離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力為驅(qū)動(dòng)力，完成土壤中酚類化合物與萃取柱的富集和分離，萃取樣品在紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上檢測(cè)，獲得土壤中酚類化合物的含量。離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺(tái)專為圓片狀芯片設(shè)計(jì)的，中心以吸盤(pán)、卡槽或螺絲-螺母固定圓片狀離心式微流控芯片。圓片狀離心式微流控芯片由刻有微米級(jí)別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片和粘性薄膜貼合而成，微結(jié)構(gòu)和微通道通過(guò)微加工技術(shù)制備，包括樣品池、廢液池、檢測(cè)池、微孔和微通道。
2.按權(quán)利要求1所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下 (1)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)和繪制離心式微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形； (2)通過(guò)微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括樣品池、廢液池、檢測(cè)池、微孔和微通道； (3)在固相萃取微通道中填充固體硅膠顆粒，制成固相萃取柱； (4)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片粘合、壓緊、封合，組成檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片； (5)將制備好固相萃取柱的光盤(pán)置于離心儀上，在進(jìn)樣口加入洗液，正方向啟動(dòng)離心機(jī)，洗滌純化固相萃取柱，廢液進(jìn)入廢液池； (6)在進(jìn)樣口分別加入樣品液和萃取液，負(fù)方向啟動(dòng)離心機(jī)，洗脫液進(jìn)入檢測(cè)池； (7)最后將光盤(pán)置于紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上，470nm處測(cè)定檢測(cè)池內(nèi)萃取液吸光度。
3.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物價(jià)態(tài)檢測(cè)芯片的核心功能器件是圓片狀離心式微流控芯片，以離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力為微流體流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力，可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設(shè)計(jì)與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物檢測(cè)芯片上的微結(jié)構(gòu)和微通道是通過(guò)數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕、軟刻蝕技術(shù)的微加工方法在芯片基材表面制備，尺寸在微米級(jí)別。
5.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物檢測(cè)芯片是由多層芯片疊加而成，構(gòu)成三維立體微結(jié)構(gòu)和微通道網(wǎng)絡(luò)。
6.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物檢測(cè)芯片可以在一塊芯片上制作多組微結(jié)構(gòu)和微通道，構(gòu)成多組樣品分析檢測(cè)單元，可以同時(shí)分析檢測(cè)多組樣品，提高了單位時(shí)間的平行檢測(cè)能力。
7.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物檢測(cè)芯片通過(guò)在微通道中原位填充固體吸附顆粒，制成微型離心色譜柱，采用固相萃取法進(jìn)行樣品預(yù)處理和分離。
8.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物檢測(cè)芯片的水樣是在離心力的驅(qū)動(dòng)下流經(jīng)微型離心色譜柱，進(jìn)行芯片上洗脫和分離操作。
9.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，通過(guò)改變光盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速，在科里奧利力作用下，可更改光盤(pán)上流體的流動(dòng)方向，廢液流入廢液池，萃取液流入檢測(cè)池。
10.按權(quán)利要求1或2所述的檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種酚類化合物檢測(cè)芯片便于攜帶、設(shè)備簡(jiǎn)單、直接采樣、無(wú)需樣品預(yù)處理、樣品和試劑用量小，分析檢測(cè)能力高、易與檢測(cè)器連接、樣品前處理和檢測(cè)過(guò)程在同一芯片上完成、樣品無(wú)需轉(zhuǎn)移、樣品交叉污染幾率小、適合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，很好地滿足微全分析系統(tǒng)發(fā)展的需要，在酚類化合物分析檢測(cè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)土壤中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法。該離心式微流控芯片是帶微結(jié)構(gòu)和微通道的圓片狀芯片，以離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力為驅(qū)動(dòng)力，進(jìn)行土壤中鉻離子與集成在離心式微流控芯片上的萃取柱的富集/分離操作過(guò)程，實(shí)現(xiàn)土壤中酚類化合物與集成在離心式微流控芯片上的萃取柱的富集與分離，通過(guò)紫外可見(jiàn)檢測(cè)系統(tǒng)上檢測(cè)土壤中酚類化合物的含量。該離心式微流控芯片實(shí)現(xiàn)了土壤中酚類化合物檢測(cè)的集成化、微型化、自動(dòng)化、便捷化，具有試劑與樣品用量少、檢測(cè)快速、便攜、高平行檢測(cè)能力，為環(huán)境土壤中酚類化合物分析檢測(cè)提供了一種全新的檢測(cè)技術(shù)平臺(tái)。
文檔編號(hào)G01N21/31GK103041880SQ20121058957
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者沙俊 申請(qǐng)人:蘇州汶顥芯片科技有限公司