一种水中重金属离子检测微流控芯片与检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环境保护领域，具体涉及一种水中重金属离子检测微流控芯片与方法。
【背景技术】
[0002]水体中的重金属离子不仅会破坏生态环境，而且会威胁人身健康，因此，有必要对水中的重金属离子进行检测。传统重金属离子检测设备包括基于比色法的检测设备、基于原子吸收光谱法的检测设备、以及基于生物传感法的检测设备等，这些传统设备在重金属离子检测领域发挥了重要作用，然而，在使用的过程中，发现这些传统设备还具有以下问题:
[0003]第一、由于传统检测设备由多个构件联合完成，集成度低，因此使这些检测设备具有体积大、质量大、功耗大，三“大”问题增加了设备的生产成本和使用成本；
[0004]第二、由于某些传统检测设备只关注待检测重金属离子，缺少对其他干扰进行屏蔽的功能设置，因此在有多重重金属离子并存、或有其它污染物存在的情况下，这些检测设备对目标重金属离子的识别性就会降低，影响了检测准确程度；
[0005]第三、由于某些传统检测设备在检测重金属离子之前，需要有预处理过程，因此检测过程相对复杂，检测时间长；
[0006]第四、由于传统方法所使用的试剂带有毒性，因此
[0007]解决以上问题，将会使重金属离子检测设备发展到一个新的高度。
【发明内容】
[0008]针对以上问题，本发明公开了一种水中重金属离子检测微流控芯片与检测方法，本发明不仅具有很低的生产成本和使用成本，而且具有很强的抗干扰能力，同时检测过程简单，检测时间短。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
[0010]—种水中重金属离子检测微流控芯片，包括微通道和微阀，
[0011]所述微通道包括参照微通道、离子印迹微通道、电泳进样微通道、电泳分离微通道、连接微通道、废液排出微通道和缓冲液排出微通道；
[0012]所述微阀包括参照端出口微阀、离子印迹出口微阀、废液出口微阀、缓冲液截止微阀和进样截止微阀；
[0013]按缓冲液流动方向依次设置电泳进样微通道和电泳分离微通道，所述电泳进样微通道和电泳分离微通道构成十字电泳；
[0014]按原水流动方向并列设置参照微通道和离子印迹微通道，所述参照微通道出口和离子印迹微通道出口均与连接微通道连接，连接微通道出口与电泳进样微通道入口连接；
[0015]所述废液排出微通道与连接微通道连接，所述缓冲液排出微通道与电泳进样微通道连接；
[0016]参照端出口微阀设置在参照微通道上，离子印迹出口微阀设置在离子印迹微通道上，废液出口微阀设置在废液排出微通道上，缓冲液截止微阀设置在连接微通道上，并且位于连接微通道、废液排出微通道交点和连接微通道、缓冲液排出微通道交点之间的位置，进样截止微阀设置在电泳进样微通道上，并且位于电泳进样微通道、缓冲液排出微通道交点和电泳进样微通道、电泳分离微通道交点之间的位置。
[0017]上述水中重金属离子检测微流控芯片，自下而上依次包括基板层、薄膜层、微阀门通孔层和气液连接层；
[0018]所述基板层设置有参照微通道、离子印迹微通道、电泳进样微通道、电泳分离微通道、连接微通道、废液排出微通道和缓冲液排出微通道;还设置有多个电泳电极，所述电泳电极分别与电泳进样微通道入口、电泳进样微通道出口、电泳分离微通道入口、以及电泳分离微通道出口相连；
[0019]所述薄膜层设置有缓冲液流入口、缓冲液储液池、样品储液池、样品废液池、缓冲液废液池、缓冲液排出口、样品排出口和样品通道口 ；缓冲液流入口和缓冲液废液池分别连接电泳分离微通道的入口和出口，缓冲液储液池连接在电泳分离微通道入口与十字电泳交叉点之间；样品储液池和样品废液池分别连接电泳进样微通道的入口和出口 ；缓冲液排出口连接缓冲液排出微通道的出口；样品排出口连接废液排出微通道的出口；样品通道口分别连接参照微通道和离子印迹微通道的入口 ；
[0020]所述微阀门通孔层设置有参照端出口微阀、离子印迹出口微阀、废液出口微阀、缓冲液截止微阀和进样截止微阀；还设置有缓冲液流入口、缓冲液储液池、样品储液池、样品废液池、缓冲液废液池、缓冲液排出口、样品排出口和样品通道口 ；
[0021]所述气液连接层设置有缓冲液流入口、缓冲液储液池、样品储液池、样品废液池、缓冲液废液池、缓冲液排出口、样品排出口和样品通道口 ；还设置有多条气体通道和气体通道通孔。
[0022]进一步地，所述薄膜层包括一层电绝缘薄膜。
[0023]进一步地，所述微阀门通孔层包括一层非变形平板。
[0024]上述水中重金属离子检测微流控芯片，所述的离子印迹微通道为多条，每条离子印迹微通道内含有能够吸附不同重金属离子的离子印迹聚合物。
[0025]—种在以上水中重金属离子检测微流控芯片上实现的水中重金属离子检测方法，关闭所有微阀后，依次执行以下步骤:
[0026]步骤a、原水注入、分离及检测，得到重金属离子吸附前十字电泳的第一张电泳图谱；
[0027]步骤b、离子印迹吸附液注入、分离及检测，得到重金属离子吸附后十字电泳的第二张电泳图谱；
[0028]步骤c、根据步骤a得到的第一张电泳图谱与步骤b得到的第二张电泳图谱的差异，识别特定重金属离子，计算重金属含量。
[0029]上述水中重金属离子检测方法，步骤a具体为:
[0030]步骤al、仅打开进样截止微阀，将缓冲液由缓冲液流入口注入电泳进样微通道和电泳分离微通道，然后关闭进样截止微阀；
[0031]步骤a2、打开参照端出口微阀、离子印迹出口微阀和废液出口微阀，将原水由样品通道口注入参照微通道和离子印迹微通道，多余原水通过废液排出微通道经由样品排出口排出，然后关闭离子印迹出口微阀和废液出口微阀，离子印迹微通道内的离子印迹聚合物对停留在离子印迹微通道内的原水进行吸附；
[0032]步骤a3、打开缓冲液截止微阀，原水经过参照微通道和连接微通道注射到样品储液池中，关闭缓冲液截止微阀并打开进样截止微阀，在电泳的作用下，经电泳分离微通道得到第一张电泳图谱，关闭进样截止微阀。
[0033]上述水中重金属离子检测方法，步骤b具体为:
[0034]步骤bl、仅打开进样截止微阀，将缓冲液由缓冲液流入口注入电泳进样微通道和电泳分离微通道，然后关闭进样截止微阀；
[0035]步骤b2、打开参照端出口微阀和废液出口微阀，去离子水清洗参照微通道、连接微通道，经废液排出微通道排出，关闭参照端出口微阀；
[0036]步骤b3、打开离子印迹出口微阀和废液出口微阀，多余经离子印迹微通道的样品通过废液排出微通道，经由样品排出口排出，然后关闭废液出口微阀；
[0037]步骤b4、打开缓冲液截止微阀，原水经离子印迹微通道和连接微通道注射到样品储液池中，关闭缓冲液截止微阀并打开进样截止微阀，在电泳的作用下，经电泳分离微通道得到第二张电泳图谱，关闭进样截止微阀；
[0038]上述水中重金属离子检测方法，步骤c具体为:根据步骤a得到的第一张电泳图谱与步骤b得到的第二张电泳图谱的差异，定性识别重金属离子种类，或/和定量计算重金属含量。
[0039 ]以上水中重金属离子检测方法，还包括以下步骤:
[0040]步骤d、打开离子印迹出口微阀和废液出口微阀，洗脱液注入到离子印迹微通道中，洗脱离子印迹微通道中吸附的重金属离子，经废液排出微通道和废液出口微阀排出；
[0041]步骤e、清洗液注入到离子印迹微通道中，清洗离子印迹微通道中残留的洗脱液，经废液排出微通道和废液出口微阀排出。
[0042]有益效果:
[0043]第一、由于本发明重金属离子检测设备仅在一集成有若干微通道和微阀的微流控芯片上实现，因此同传统检测设备相比，具有体积小、质量小、功耗小的特点，进而降低了设备的生产成本和使用成本；
[0044]第二、由于本发明微流控芯片设置有选择性识别能力强(只吸附目标重金属离子)的离子印迹微通道，并配合电泳分离的方法进行重金属离子检测，因此即使有多重重金属离子并存、或有其它污染物存在的情况下，也不会降低微流控芯片的检测准确程度，具有很强的抗干扰能力；
[0045]第三、由于在本发明微流控芯片上实现的重金属离子检测方法能够直接检测水体，省去了传统检测设备的预处理过程，因此检测过程简单，检测时间短。
【附图说明】
[0046]图1是本发明水中重金属离子检测微流控芯片具体实施例一的结构示意图。
[0047]图2是本发明水中重金属离子检测微流控芯片具体实施例二的基板层结构示意图。
[0048]图3是本发明水中重金属离子检测微流控芯片具体实施例二的薄膜层结构示意图。
[0049]图4是本发明水中重金属离子检测微流控芯片具体实施例二的微阀门通孔层结构示意图。
[0050]图5是本发明水中重金属离子检测微流控芯片具体实施例二的气液连接层结构示意图。
[0051]图6是本发明水中重金属离子检测微流控芯片具体实施例二的结构示意图。
[0052]图7是本发明水中重金属离子检测方法具体实施例四的流程图。
[0053]图8是本发明水中重金属离子检测方法步骤a的流程图。
[0054]图9是本发明水中重金属离