专利名称：一种检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，该离心式微流控芯片表面有微结构和微通道，在离心机旋转产生的离心力驱动下，实现水体中酚类化合物与集成在离心式微流控芯片上的萃取柱的富集与分离，通过紫外可见检测系统上检测水体中酚类化合物的含量，主要应用于环境科学、医药学、食品科学等领域。
背景技术：
酚类物质作为一种重要的化工原料，在煤气、焦化、石油化工、染料、制药等领域广泛使用，在化工产品的生产过程中均会产生各种含酚废水。酚类化合物是原形质毒物，对一切生活个体都会有毒害作用，低浓度酚能使蛋白变性，高浓度能使蛋白沉淀。如果人们长期饮用含酚水，可引起头晕、贫血及各种神经系统症状，甚至中毒。因此，对此酚类化合物的分析检测在环境科学、医药学、食品科学方面具有十分重要的意义。水中酚类化合物的测定一般采用蒸馏后4-氨基安替比林分光光度法测定。但是该法需要有毒试剂氯仿萃取、操作步骤繁琐。固相萃取法测定酚已有一些报道，苯酚先与4-氨基安替比林和铁氰化钾反应生成红色显色产物，再在固相萃取柱上萃取富集，乙醇洗脱柱上产物，分光光度法测定，操作较方便且试剂无毒。但常规方法存在样品用量大，样品前处理复杂，成本较高的缺点，需要花费大量时间和成本。而且样品分离过程和检测是分开独立进行的，易引起样品损失和污染。由以上原因，建立一种小型集成装置，快速、便携、精确的酚类化合物检测装置是非常必要的。近年来，分析检测仪器的微型化已经成为分析化学中一个重要的研究方向，微流控芯片分析技术是其中最活跃的一支，无论是在科研还是应用领域都获得了广泛的重视。微流控芯片作为一种新型的分析检测平台，具有高通量、高集成化、多重平行分析、便携式、易操作、成本低等优点，已经在环境检测相关领域获得了广泛应用。然而，采用圆片状芯片，在其表面制备微结构和微通道，依靠离心力驱动微流体，同时完成数个样品分析的离心式微流控芯片技术，目前在快速检测酚类化合物的应用领域尚未有实质性的突破。
发明内容
本发明的目的是提供了一种检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于该离心式微流控芯片是带微结构和微通道的圆片状芯片，以离心机旋转产生的离心力为驱动力，完成水体中酚类化合物与萃取柱的富集和分离，通过紫外可见检测系统检测酚的含量。离心机的旋转平台专为圆片状芯片设计的，中心以吸盘、卡槽或螺丝-螺母固定圆片状离心式微流控芯片。圆片状离心式微流控芯片由刻有微米级别的微结构和微通道的芯片和粘性薄膜贴合而成，微结构和微通道通过微加工技术制备，包括样品池、废液池、检测池、微孔和微通道。为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤
(I)用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形。(2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括样品池、废液池、检测池、微孔和微通道。(3)在固相萃取微通道中填充固体硅胶颗粒，制成固相萃取柱。(4)利用双层粘性薄膜，将各层离心式微流控芯片粘合、压紧、封合，组成检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片。(5)将制备好固相萃取柱的光盘置于离心仪上，在进样口加入洗液，正方向启动离心机，洗涤纯化固相萃取柱，废液进入废液池。(6)在进样口分别加入样品液和萃取液，负方向转动离心机，洗脱液进入检测池。(7)最后将光盘置于紫外可见检测系统上，470nm处测定检测池内萃取液吸光度。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C,也可是各类普通⑶光盘。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片和粘性薄膜的微结构和微通道可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀、也可用软刻蚀技术进行制备。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片是由三层芯片组成，各层芯片之间用粘性薄膜贴合，粘性薄膜可以是力致粘性薄膜，也可是普通双面胶薄膜。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片上的样品预处理采用固相萃取法。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片通过在微通道内填充固体硅胶颗粒原位制成微型离心色谱柱，填充物可以是硅胶颗粒，也可是三氧化二铝粉末。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片通过改变光盘旋转方向和转速，更改光盘上流体的流动方向，废液流入废液池，萃取流入检测池。本发明中，检测酚类化合物的离心式微流控芯片在萃取分离待测样品前，需要分别用甲醇溶液和去离子水进行淋洗，具体步骤为样品池加入甲醇溶液，1500RPM正方向转动淋洗萃取柱20 30s ;随后同等转速条件下,水淋洗萃取柱I 2min。最后在样品池加入样品溶液和萃取液，1500RPM负方向转动，离心5 lOmin。本发明中，微型离心色谱柱完成样品处理与分离后，通过紫外可见检测系统对萃取液进行分析。本发明提出的检测酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，操作简单、实现了多个样品的平行检测，降低了试剂与样品的用量，减少了水样处理和检测的时间，具有便携、经济、快速、高效、准确的特点，在酚类化合物分析领域中具有良好的应用前景。
图1.检测酚类化合物的离心式微流控芯片的结构示意图。A.第I层(底层芯片，封合用)，B.第2层(双面粘胶薄膜，粘合用)C.第3层(中间层主芯片，有微结构和微通道)，D.第4层(双面粘胶薄膜，粘合用)，E.第5层(上层芯片，有进样孔和通气孔)，
图2.—个样品分析检测单元的结构示意图。I)样品注入孔，2)样品池，3)固相萃取柱，4)硅胶注入孔，5)石英纤维装入孔，6)废液池，7)萃取液池，8)和9)通气孔。
具体实施方案实施例1用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片的五层微结构和微通道图形。利用数控CNC系统加工制备三层圆片状聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片的微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用乙醇擦拭芯片表面残留的指纹、油溃等污溃。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需微结构和微通道。将三层芯片小心对齐、粘合、压紧、封合，制成检测酚类化合物的离心式微流控芯片。将此芯片置于离心机的芯片支架上，取少量石英纤维，从石英纤维装入孔中装入，用锥子压紧后，用透明胶带密封石英纤维装入孔。取0.5g硅胶溶于0.5mL甲醇制成硅胶溶液，取50 μ L硅胶溶液，从硅胶注入孔中注入，在离心机上以1500RPM正向旋转离心，使硅胶均匀地布满固相萃取柱。注入8yL甲醇，水化填充固相萃取柱，以1500RPM正向离心30s。注入8μ L酸化甲醇(甲醇/HC1，体积比:100/1)，以1500RPM正向离心30s，洗涤纯化萃取柱。再次加入8 μ L甲醇，以1500RPM正向离心Imin冲洗萃取柱后，用透明胶带密封硅胶注入孔和取样孔。从样品注入孔向样品池加入5 μ L甲醇，离心平衡固相萃取柱，再从另一样品注入孔加入100 μ L待测水样，以1500RPM速度负向离心IOmin,随后加入5 μ L去离子水1500RPM负向离心5min冲洗固相萃取柱,萃取溶液进入检测池中。将光盘置于紫外可见检测系统上，在470nm处测定检测池内萃取液吸光度并计算酚类化合物在水中含量。
权利要求
1.一种检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于该离心式微流控芯片是带微结构和微通道的圆片状芯片，以离心机旋转产生的离心力为驱动力，完成水体中酚类化合物与萃取柱的富集和分离，萃取样品在紫外可见检测系统上检测，获得水体中酚类化合物的含量。离心机的旋转平台专为圆片状芯片设计的，中心以吸盘、卡槽或螺丝-螺母固定圆片状离心式微流控芯片。圆片状离心式微流控芯片由刻有微米级别的微结构和微通道的芯片和粘性薄膜贴合而成，微结构和微通道通过微加工技术制备，包括样品池、废液池、检测池、微孔和微通道。
2.按权利要求1所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，其制作步骤如下: (1)用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形； (2)通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括样品池、废液池、检测池、微孔和微通道； (3)在固相萃取微通道中填充固体硅胶颗粒，制成固相萃取柱； (4)利用双层粘性薄膜，将各层离心式微流控芯片粘合、压紧、封合，组成检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片； (5)将制备好固相萃取柱的光盘置于离心仪上，在进样口加入洗液，正方向启动离心机，洗涤纯化固相萃取柱，废液进入废液池； (6)在进样口分别加入样品液和萃取液，负方向启动离心机，洗脱液进入检测池； (7)最后将光盘置于紫外可见检测系统上，470nm处测定检测池内萃取液吸光度。
3.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物价态检测芯片的核心功能器件是圆片状离心式微流控芯片，以离心机旋转产生的离心力为微流体流动的驱动力，可以批量生产、多次利用、灵活设计与组装。
4.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物检测芯片上的微结构和微通道是通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀、软刻蚀技术的微加工方法在芯片基材表面制备，尺寸在微米级别。
5.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物检测芯片是由多层芯片叠加而成，构成三维立体微结构和微通道网络。
6.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物检测芯片可以在一块芯片上制作多组微结构和微通道，构成多组样品分析检测单元，可以同时分析检测多组样品，提高了单位时间的平行检测能力。
7.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物检测芯片通过在微通道中原位填充固体吸附颗粒，制成微型离心色谱柱，采用固相萃取法进行样品预处理和分离。
8.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物检测芯片的水样是在离心力的驱动下流经微型离心色谱柱，进行芯片上洗脱和分离操作。
9.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，通过改变光盘旋转方向和转速，在科里奥利力作用下，可更改光盘上流体的流动方向，废液流入废液池，萃取液流入检测池。
10.按权利要求1或2所述的检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于，这种酚类化合物检测芯片便于携带、设备简单、直接采样、无需样品预处理、样品和试剂用量小，分析检测能力高、易与检测器连接、样品前处理和检测过程在同一芯片上完成、样品无需转移、样品交叉污染几率小、适合现场实时检测，很好地满足微全分析系统发展的需要，在酚类 化合物分析检测领域具有广泛的应用前景。
全文摘要
本发明涉及一种检测水体中酚类化合物的离心式微流控芯片及其制备方法。该离心式微流控芯片是带微结构和微通道的圆片状芯片，以离心机旋转产生的离心力为驱动力，进行水体中铬离子与集成在离心式微流控芯片上的萃取柱的富集/分离操作过程，实现水体中酚类化合物与集成在离心式微流控芯片上的萃取柱的富集与分离，通过紫外可见检测系统上检测水体中酚类化合物的含量。该离心式微流控芯片实现了水体中酚类化合物检测的集成化、微型化、自动化、便捷化，具有试剂与样品用量少、检测快速、便携、高平行检测能力，为环境水体中酚类化合物分析检测提供了一种全新的检测技术平台。
文档编号G01N21/31GK103071552SQ20121058686
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者王晓东 申请人:苏州汶颢芯片科技有限公司