專利名稱：一種檢測水體中酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測水體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構和微通道，在離心機旋轉產生的離心力驅動下，實現水體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，通過紫外可見檢測系統上檢測水體中酚類化合物的含量，主要應用于環境科學、醫藥學、食品科學等領域。
背景技術：
酚類物質作為一種重要的化工原料，在煤氣、焦化、石油化工、染料、制藥等領域廣泛使用，在化工產品的生產過程中均會產生各種含酚廢水。酚類化合物是原形質毒物，對一切生活個體都會有毒害作用，低濃度酚能使蛋白變性，高濃度能使蛋白沉淀。如果人們長期飲用含酚水，可引起頭暈、貧血及各種神經系統癥狀，甚至中毒。因此，對此酚類化合物的分析檢測在環境科學、醫藥學、食品科學方面具有十分重要的意義。水中酚類化合物的測定一般采用蒸餾后4-氨基安替比林分光光度法測定。但是該法需要有毒試劑氯仿萃取、操作步驟繁瑣。固相萃取法測定酚已有一些報道，苯酚先與4-氨基安替比林和鐵氰化鉀反應生成紅色顯色產物，再在固相萃取柱上萃取富集，乙醇洗脫柱上產物，分光光度法測定，操作較方便且試劑無毒。但常規方法存在樣品用量大，樣品前處理復雜，成本較高的缺點，需要花費大量時間和成本。而且樣品分離過程和檢測是分開獨立進行的，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裝置是非常必要的。近年來，分析檢測儀器的微型化已經成為分析化學中一個重要的研究方向，微流控芯片分析技術是其中最活躍的一支，無論是在科研還是應用領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平臺，具有高通量、高集成化、多重平行分析、便攜式、易操作、成本低等優點，已經在環境檢測相關領域獲得了廣泛應用。然而，采用圓片狀芯片，在其表面制備微結構和微通道，依靠離心力驅動微流體，同時完成數個樣品分析的離心式微流控芯片技術，目前在快速檢測酚類化合物的應用領域尚未有實質性的突破。
發明內容
本發明的目的是提供了一種檢測水體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構和微通道的圓片狀芯片，以離心機旋轉產生的離心力為驅動力，完成水體中酚類化合物與萃取柱的富集和分離，通過紫外可見檢測系統檢測酚的含量。離心機的旋轉平臺專為圓片狀芯片設計的，中心以吸盤、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別的微結構和微通道的芯片和粘性薄膜貼合而成，微結構和微通道通過微加工技術制備，包括樣品池、廢液池、檢測池、微孔和微通道。為實現上述目的，本發明采用以下的操作步驟
(I)用計算機輔助設計軟件設計和繪制離心式微流控芯片中各層芯片的微結構和微通道圖形。(2)通過微加工技術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構和微通道，包括樣品池、廢液池、檢測池、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，組成檢測水體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置于離心儀上，在進樣口加入洗液，正方向啟動離心機，洗滌純化固相萃取柱，廢液進入廢液池。(6)在進樣口分別加入樣品液和萃取液，負方向轉動離心機，洗脫液進入檢測池。(7)最后將光盤置于紫外可見檢測系統上，470nm處測定檢測池內萃取液吸光度。本發明中，檢測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。本發明中，檢測酚類化合物的離心式微流控芯片和粘性薄膜的微結構和微通道可以通過數控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕、也可用軟刻蝕技術進行制備。本發明中，檢測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。本發明中，檢測酚類化合物的離心式微流控芯片上的樣品預處理采用固相萃取法。本發明中，檢測酚類化合物的離心式微流控芯片通過在微通道內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。本發明中，檢測酚類化合物的離心式微流控芯片通過改變光盤旋轉方向和轉速，更改光盤上流體的流動方向，廢液流入廢液池，萃取流入檢測池。本發明中，檢測酚類化合物的離心式微流控芯片在萃取分離待測樣品前，需要分別用甲醇溶液和去離子水進行淋洗，具體步驟為樣品池加入甲醇溶液，1500RPM正方向轉動淋洗萃取柱20 30s ;隨后同等轉速條件下,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負方向轉動，離心5 lOmin。本發明中，微型離心色譜柱完成樣品處理與分離后，通過紫外可見檢測系統對萃取液進行分析。本發明提出的檢測酚類化合物的離心式微流控芯片及其制備方法，操作簡單、實現了多個樣品的平行檢測，降低了試劑與樣品的用量，減少了水樣處理和檢測的時間，具有便攜、經濟、快速、高效、準確的特點，在酚類化合物分析領域中具有良好的應用前景。
圖1.檢測酚類化合物的離心式微流控芯片的結構示意圖。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，有微結構和微通道)，D.第4層(雙面粘膠薄膜，粘合用)，E.第5層(上層芯片，有進樣孔和通氣孔)，
圖2.—個樣品分析檢測單元的結構示意圖。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。
具體實施方案實施例1用計算機輔助設計軟件設計和繪制離心式微流控芯片的五層微結構和微通道圖形。利用數控CNC系統加工制備三層圓片狀聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微結構和微通道，分別用自來水、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，用刻字機加工制備所需微結構和微通道。將三層芯片小心對齊、粘合、壓緊、封合，制成檢測酚類化合物的離心式微流控芯片。將此芯片置于離心機的芯片支架上，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0.5g硅膠溶于0.5mL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，在離心機上以1500RPM正向旋轉離心，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1500RPM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，再從另一樣品注入孔加入100 μ L待測水樣，以1500RPM速度負向離心IOmin,隨后加入5 μ L去離子水1500RPM負向離心5min沖洗固相萃取柱,萃取溶液進入檢測池中。將光盤置于紫外可見檢測系統上，在470nm處測定檢測池內萃取液吸光度并計算酚類化合物在水中含量。
權利要求
1.一種檢測水體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構和微通道的圓片狀芯片，以離心機旋轉產生的離心力為驅動力，完成水體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檢測系統上檢測，獲得水體中酚類化合物的含量。離心機的旋轉平臺專為圓片狀芯片設計的，中心以吸盤、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別的微結構和微通道的芯片和粘性薄膜貼合而成，微結構和微通道通過微加工技術制備，包括樣品池、廢液池、檢測池、微孔和微通道。
2.按權利要求1所述的檢測水體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)用計算機輔助設計軟件設計和繪制離心式微流控芯片中各層芯片的微結構和微通道圖形； (2)通過微加工技術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構和微通道，包括樣品池、廢液池、檢測池、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，組成檢測水體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置于離心儀上，在進樣口加入洗液，正方向啟動離心機，洗滌純化固相萃取柱，廢液進入廢液池； (6)在進樣口分別加入樣品液和萃取液，負方向啟動離心機，洗脫液進入檢測池； (7)最后將光盤置于紫外可見檢測系統上，470nm處測定檢測池內萃取液吸光度。
3.按權利要求1或2所述的檢測水體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，這種酚類化合物價態檢測芯片的核心功能器件是圓片狀離心式微流控芯片，以離心機旋轉產生的離心力為微流體流動的驅動力，可以批量生產、多次利用、靈活設計與組裝。
4.按權利要求1或2所述的檢測水體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芯片上的微結構和微通道是通過數控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕、軟刻蝕技術的微加工方法在芯片基材表面制備，尺寸在微米級別。
5.按權利要求1或2所述的檢測水體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芯片是由多層芯片疊加而成，構成三維立體微結構和微通道網絡。
6.按權利要求1或2所述的檢測水體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芯片可以在一塊芯片上制作多組微結構和微通道，構成多組樣品分析檢測單元，可以同時分析檢測多組樣品，提高了單位時間的平行檢測能力。
7.按權利要求1或2所述的檢測水體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芯片通過在微通道中原位填充固體吸附顆粒，制成微型離心色譜柱，采用固相萃取法進行樣品預處理和分離。
8.按權利要求1或2所述的檢測水體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芯片的水樣是在離心力的驅動下流經微型離心色譜柱，進行芯片上洗脫和分離操作。
9.按權利要求1或2所述的檢測水體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，通過改變光盤旋轉方向和轉速，在科里奧利力作用下，可更改光盤上流體的流動方向，廢液流入廢液池，萃取液流入檢測池。
10.按權利要求1或2所述的檢測水體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芯片便于攜帶、設備簡單、直接采樣、無需樣品預處理、樣品和試劑用量小，分析檢測能力高、易與檢測器連接、樣品前處理和檢測過程在同一芯片上完成、樣品無需轉移、樣品交叉污染幾率小、適合現場實時檢測，很好地滿足微全分析系統發展的需要，在酚類 化合物分析檢測領域具有廣泛的應用前景。
全文摘要
本發明涉及一種檢測水體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構和微通道的圓片狀芯片，以離心機旋轉產生的離心力為驅動力，進行水體中鉻離子與集成在離心式微流控芯片上的萃取柱的富集/分離操作過程，實現水體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，通過紫外可見檢測系統上檢測水體中酚類化合物的含量。該離心式微流控芯片實現了水體中酚類化合物檢測的集成化、微型化、自動化、便捷化，具有試劑與樣品用量少、檢測快速、便攜、高平行檢測能力，為環境水體中酚類化合物分析檢測提供了一種全新的檢測技術平臺。
文檔編號G01N21/31GK103071552SQ20121058686
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者王曉東 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司