一种微流控芯片及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及亚硝酸盐的检测领域，具体涉及一种微流控芯片及其应用。
【背景技术】
[0002] 亚硝酸盐广泛存在于自然界中，并存在于整个氮循环中。亚硝酸盐常被用作农业 肥料或者食品中的防腐剂。这些含氮肥料是环境中的一个重要的污染源。而从食物中吸收 的亚硝酸盐在人体中则发挥着重要的生理作用。它们可以与人体中的二级或三级胺反应生 成具有致癌作用的亚硝胺，给人体带来巨大危害。在亚硝酸盐的作用下，血红蛋白会转变为 高铁血红蛋白导致血液传输氧的能力下降。因此，亚硝酸盐的检测对于环境和人体健康十 分重要。
[0003] 目前，已有多种亚硝酸盐的检测方法见诸报道。文献1用同位素稀释质谱同时检测 了海水中的亚硝酸盐和硝酸盐。文献2将血红蛋白修饰到玻碳电极上制备成一种电化学传 感器，用于亚硝酸盐的检测。文献3以石墨和银粉作为"墨水"，制备成一种"书写型"的传感 器，可在线检测亚硝酸盐。但是，这些方法或是操作繁琐或是需要昂贵的检测仪器。化学发 光作为一种成熟的分析方法，表现出成本低、灵敏度高、易于操作和免受背景干扰的特点。 流动注射法常用于以化学发光法检测无机离子，但是，该方法的试剂消耗量较大，而且分析 速度较慢，自动化程度不够高。
[0004] 文南犬 1 : Hi gh-pre c i s i on quadruple isotope dilution method for simultaneous determination of nitrite and nitrate in seawater by GCMS after derivatization with triethyloxonium tetrafluoroborate(Pagliano E.；Meija J.； Mester Z.;Anal.Chim.Acta，2014,824,36_41)。
[0005] 文献2 : Enhancing sensitivity of hemoglobin-based electrochemical biosensor by using protein conformational intermediate(ffu H.；ffang X.；Qiao M.； Zhang H.；Jin X.；Fan S.；Sens.Actuator B-Chem.,2015,221,694-699)〇
[0006] 文南犬3:Writing Sensors on Solid Agricultural Products for In Situ Detection (Tang J.;Ying Y.;Liu Y.;Anal.Chem.，2015,87，10703-10707)〇
[0007] 文南犬 4:An aptamer-functional ized chemome chan i cal ly modulated biomolecule catch-and-release system(Shastri A.；McGregor L.M.；Liu Y.；Harris V.；Nan H.；Mujica M.；Vasquez Y.；Bhattacharya A.；Ma Y.；Aizenberg M.；Kuksenok 0.；Balazs A.C.；Aizenberg J.；He X.；Nat.Chem.,2015,7,447-454)〇
【发明内容】
[0008] 鉴于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种微流控芯片，通过在微流控芯片 上设置的特定的的微通道来实现的化学发光反应，可以对水体及各种环境中的亚硝酸盐含 量进行检测和分析。
[0009] 本发明的一个实施方式在于提供一种微流控芯片，包括与玻璃基底键合的高聚物 芯片，在所述高聚物芯片上设有螺旋形微通道，在所述螺旋形微通道的入口端设有三个入 口通道，其中，第一入口通道和第二入口通道交汇后再与第三入口通道交汇。
[0010] 根据本发明，通过螺旋形微通道的设计，使所述微流控芯片的面积得到更有效的 利用，反应进行的时间被大大延长，并且，螺旋形微通道的三个入口通道可以使多种反应试 剂分别进入，尤其是通过使第一入口通道和第二入口通道交汇后再与第三入口通道交汇， 能够使特定组分优先混合，有利于对反应进程更精确有效的控制和调节。此外，通过本发明 的的微流控芯片，能够以较小的试剂消耗量完成反应，易于控制和操作。
[0011] 在本发明的一个优选的实施方式中，所述螺旋形微通道的出口设在所述螺旋形微 通道的中心处。
[0012] 在本发明的另一个优选的实施方式中，所述入口通道的宽度为0.5-2mm，所述螺旋 形微通道的宽度为〇. 5-1_，螺旋圈数为4-10圈。
[0013] 在本发明的另一个优选的实施方式中，所述入口通道和螺旋形微通道的深度为 20-100_，优选为 20-50wii。
[0014] 根据本发明，通过将螺旋形微通道的宽度、螺旋圈数以及入口通道的宽度限定在 上述范围内，有利于在微流控芯片范围内使化学试剂更充分的混合、反应。
[0015] 在本发明的另一个优选的实施方式中，所述高聚物芯片为聚二甲基硅氧烷(PDMS) 芯片。
[0016] 本发明的另一个实施方式在于提供利用上述微流控芯片检测亚硝酸盐含量的方 法，包括：
[0017] 将碳点（CDs)溶液和亚硝酸盐溶液分别通过第一和第二入口通道注入，酸化的过 氧化氢(H 2〇2)溶液通过第三入口通道注入微流控芯片；
[0018] 所述碳点溶液和亚硝酸盐溶液的混合溶液与所述酸化的过氧化氢溶液在微流控 芯片中发生化学发光反应，通过测定反应生成溶液的化学发光强度，确定亚硝酸盐的含量。 [0019] 发明人经研究发现，如图1所示，无论是将CDS溶液加入H202和恥勵 2混合液中，还是 将NaN02溶液加入CDs和NaN02混合液中，得到的化学发光都不如将H 2〇2溶液加入CDs和NaN02 混合液中所得的化学发光强度强。发明人推测，这是由于过氧亚硝酸(0N00H)经H00N0*(即 过氧亚硝酸激发态)转变为硝酸是产生化学发光的一步反应，而过氧亚硝酸则是酸化的H 2〇2 与NaN02反应的产物。通过将⑶s溶液和亚硝酸盐溶液预先混合，再加入H2〇2溶液，产生的过 氧亚硝酸能够立即与CDs反应产生增强的化学发光。基于该化学发光强度来确定亚硝酸盐 的含量，具有较高的灵敏度和准确性。
[0020]在本发明的一个优选的实施方式中，在所述酸化的过氧化氢溶液中，过氧化氢的 浓度为 〇.〇l-5mol/L，优选为 l-5mol/L。
[0021 ]在本发明的一个更优选的实施方式中，所述酸化的过氧化氢溶液是过氧化氢原液 和硫酸溶液的混合液，所述硫酸溶液的浓度为0.0025mol/L-0. lmol/L，优选为0.005111〇1/1-0.02mo 1/L。通过以上述浓度的硫酸溶液与过氧化氢溶液混合得到的在上述浓度范围内的 过氧化氢的硫酸溶液，有利于提高反应产生的溶液的化学发光强度。
[0022]在本发明的另一个优选的实施方式中，所述碳点溶液的体积浓度为10%-20%。即 所述碳点与水按照1-2:10的体积比混合得到碳点溶液。通过将碳点溶液的体积浓度限定在 上述范围内，有利于提高反应产生的溶液的化学发光强度。
[0023] 在本发明的另一个优选的实施方式中，将所述碳点溶液、亚硝酸盐溶液、酸化的过 氧化氢溶液注入的流速为100_300yL/min，优选为100-200yL/min。通过将各试剂溶液的注 入流速控制在上述范围内，有利于提高反应产生的溶液的化学发光强度。
[0024] 本发明的再一个实施方式在于提供上述装置和上述方法在环境和食品检测中的 应用。
[0025] 根据本发明所提供的微流控芯片，通过螺旋形微通道的设计，使芯片的面积得到 更有效的利用，反应进行的时间被大大延长。在应用于亚硝酸盐的含量测定时，通过碳点溶 液和亚硝酸盐溶液预先混合再与酸化的过氧化氢溶液混合的方式，能够在较短的时间内产 生具有较高化学发光强度的反演溶液，基于该化学发光强度来确定亚硝酸盐的含量，具有 较高的灵敏度和准确性。此外，采用微流控芯片进行的检测，能够以较小的试剂消耗量完成 反应，易于控制和操作。
【附图说明】
[0026]图1表示的是CDs-NaN02-H202体系的化学发光动力学曲线（图1中三个峰值从左到 右依次为将⑶s注入到似^)2和出02的混合液中产生的化学发光强度、将NaN02注入到H 2〇2和 CDs的混合液中产生的化学发光强度以及将H2〇2注入到到⑶s和NaNOdg合液中的产生的化 学发光强度）。
[0027] 图2表示的是本发明的实施例2中掩膜上的螺旋形微通道图案的示意图。
[0028] 图3表示的是本发明的一个实施方式中的微流控芯片的结构示意