基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统及其检测方法
【专利摘要】本申请公开了一种基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统及其检测方法，该系统包括芯片基体、形成于芯片基体上的微通道、以及集成于所述芯片基体上的紫外吸收检测器，所述微通道包括检测通道，所述紫外吸收检测器产生的光线平行于所述检测通道的延伸方向。本发明检测器的光源在芯片的水平方向入射和出射，即平行于芯片通道，解决了吸收光程较短的问题；紫外可见吸收检测操作单元简单、检测成本低、通用性强；紫外可见吸收检测器集成于微流控芯片中实现了检测的便携式，且所用的溶液量可达几微升或几十微升，与传统的紫外可见吸收检测方法相比大大降低了样品用量，对环境水或食品领域的离子或小分子等检测产生十分重要的意义。
【专利说明】
基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统及其检测方法
技术领域
[0001]本申请属于微流控芯片实验室检测领域，特别是涉及一种将紫外可见吸收器集成于微流控芯片的检测系统，该芯片可以用于环境或食品领域中离子或小分子检测。
【背景技术】
[0002]微流控芯片实验室(Lab on Chip )或称微全分析系统(Micro TotalAnalysis System, or microTAS )是指把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离检测等基本操作单位集成或基本集成于一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的一种技术。它是通过分析化学、微机电加工(MEMS )、计算机、电子学、材料科学与生物学、医学和工程学等交叉来实现化学分析检测即实现从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化这一目标。对常规的化学或生物实验室，检测都是不可或缺的一步，而且用以实现常规化学或生物实验室各种功能操作的微流控芯片实验室同样也离不开检测这一基本过程。以微流控芯片实验室为平台进行的各种化学、生物学反应和分离等通常发生在微米量级尺寸的微结构中，这与传统意义上的类似操作具有很大差别，为此，微流控芯片中的检测器要求具有灵敏度高、响应速度快、体积小的优点。
[0003]微流控芯片检测器一般分为光学检测器、电化学检测器、质谱检测器等。其中，激光诱导荧光检测灵敏度高，适用于芯片微通道内各种物质的的检测，但很多物质没有荧光性质，需要荧光标记，在很多实验中由于不能够确保标记后的被测物质的性质是否发生变化，会直接影响实验结果的可靠性，应用受到限制，质谱检测器与微流控芯片组装，其接口是难点，相比而言，紫外可见吸收检测操作单元简单、检测成本低、通用性强，若集成到微流控芯片中可实现检测的便携式，对环境水或食品领域的重金属或小分子等检测产生十分重要的意义。
[0004]紫外可见吸收原理是朗伯比尔定律，吸光度与吸收光程成正比，对于高浓度样品试用普通尺寸的芯片即可满足检测需求，但对于低浓度的样品则需要设计和制作长光程的芯片，这就增加了芯片的加工难度及增大了检测样品的用量，可见在垂直于芯片通道方向很难实现长光程检测。另外，常用的玻璃、塑料等芯片材料对紫外光均有较大的吸收，不适用于紫外检测，而石英、PDMS等芯片材质对紫外吸收小，是紫外吸收光度检测的理想材料。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统及其检测方法，以克服现有技术中的不足。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
本申请实施例公开一种基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，包括芯片基体、形成于芯片基体上的微通道、以及集成于所述芯片基体上的紫外吸收检测器，所述微通道包括检测通道，所述紫外吸收检测器产生的光线平行于所述检测通道的延伸方向。
[0007]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述紫外吸收检测器包括光源、两段光纤、准直透镜和光电倍增管，所述的光源经一段光纤入射，经准直透镜将光源平行射入检测通道的一端，并从检测通道的另一端射出，再经另一段光纤投射到光电倍增管。
[0008]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述检测通道为直线型通道。
[0009]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述检测通道的长度为0.5cm以上。
[0010]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述光源、准直透镜和光电倍增管沿所述检测通道的延伸方向上依次设置。
[0011]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述微通道包括样品进样口、以及连通于样品进样口和检测通道之间的混合通道，所述样品进样口和混合通道之间还依次设置有缓冲液进样口和显色剂进样口。
[0012]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述混合通道曲线延伸、或混合通道内阵列分布有多个增强混合的凸块。
[0013]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述检测通道的出口端与一废液通道连通，所述检测通道、废液通道以及混合通道的出口端之间呈Z型或U型连接。
[0014]优选的，在上述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统中，所述芯片基体材质为PMMAο
[0015]相应的，本申请还公开了一种基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统的检测方法，用以定量检测样品中离子或小分子含量，其是在一定的浓度范围内，根据朗伯-比尔定律建立标准曲线计算得到。
[0016]与现有技术相比，本发明的优点在于:
1.检测器中光源的入射和出射通过光纤传导，实现了光平行于检测通道方向；
2.吸收光程可由芯片通道的长度决定，解决了传统微流控芯片紫外检测中光程较短的问题；
3.紫外可见吸收检测器集成于微流控芯片中，实现了检测的便携式；
4.紫外可见吸收检测操作简单、检测成本低、通用性强；
5.本发明系统实现了微米尺度下溶液的混合、反应、检测。
[0017]6.本发明系统所用的溶液量可达几微升或几十微升，大大降低了样品用量。
[0018]7.本发明系统可检测环境或食品中金属离子或小分子，且检测灵敏度高。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1所示为本发明具体实施例中检测系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]本发明的目的在于提供一种具有紫外可见吸收检测功能的微流控芯片系统，该系统是在外部驱动力作用下将溶液注入微流控芯片，以加工有混合检测微通道结构的微流控芯片为载体实现样品与显色剂的显色反应操作，然后，在沿检测通道水平方向进行紫外可见吸收长光程检测，该系统能够实现便携式定量检测样品中离子或小分子的含量。
[0022]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0023]结合图1所示，基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，包括芯片基体1、形成于芯片基体上的微通道、以及集成于芯片基体上的紫外吸收检测器2，微通道包括检测通道3，紫外吸收检测器2产生的光线平行于检测通道3的延伸方向。
[0024]该系统中，外部驱动力是由微量注射栗、恒压栗、微型隔膜栗、蠕动栗等来实现。
[0025]紫外吸收检测器2包括光源21、准直透镜22和光电倍增管23，光源21经光纤24入射，经准直透镜22将光源平行射入检测通道3的一端，并从检测通道3的另一端射出，再经光纤25投射到光电倍增管23。
[0026]优选的，检测通道3为直线型通道。检测通道的长度为0.5cm以上。光源21、准直透镜22和光电倍增管23沿检测通道3的延伸方向上依次设置。
[0027]该技术方案中，光电倍增管与计算机相连，进行数据处理。光源需根据不同的检测物质的特征吸收波长来选择。检测器组件的安装槽加工在检测通道两侧，另外，整体的检测系统需要避光处理。
[0028]入射光的中心与光电倍增管需要在同一水平线中，以获得最大的信号值。
[0029]微通道包括样品进样口4、以及连通于样品进样口4和检测通道3之间的混合通道5，样品进样口 4和混合通道5之间还依次设置有缓冲液进样口 6和显色剂进样口 7。
[0030]该技术方案中，进样口的数量根据不同应用至少设置有2个。系统是用外接的微量注射栗推动进样，样品流经微流控芯片的微通道，与显色剂进行充分混合、反应并进入检测通道，在集成的紫外可见吸收器部分进行检测，并进行定量分析。
[0031]混合通道5曲线延伸、或混合通道5内阵列分布有多个增强混合的凸块。
[0032]该技术方案中，混合通道目的是促使样品与显色剂充分混合、反应，形状为S型、Z型等曲线延伸或有增强混合的凹凸结构(内径大小沿延伸方向交替变化)。
[0033]检测通道3的出口端与一废液通道8连通，检测通道3、废液通道8以及混合通道的出口端51之间呈Z型或U型连接。
[0034]该技术方案中，通过Z型和U型形状，可以增加吸收光程，另外检测通道的端部通过直角形设置，便于紫外吸收检测器的集成、以及光线的平行进入、进出。
[0035]芯片基体I材质优选为透光率较高的PMMA。还可以选用PDMS、石英、硅等。
[0036]本实施例检测系统，可定量检测的样品包括环境和食品等领域的重金属离子(如
01、？13工(1、211)、小分子(如(:12)、食品添加剂(如香兰素、山梨醇酸、甜蜜素)等。其检测方法是指在一定的浓度范围内，根据朗伯-比尔定律建立标准曲线计算得到。
[0037]在一实施例中，该系统进行了诸如锌离子的测试，锌离子检测的原理是锌离子与2-( 5-溴-2-吡啶偶氮)-5-( 二乙氨基)苯酚(5-Br-PADAP)在硼砂缓冲介质中反应生成络合物，在556 nm处有最大吸收。此时检测器的对应的光源应是发射的光的波长在556 nm左右。
[0038]本实施例中锌离子检测的具体过程是:
I.将微量注射栗与芯片进样口密封连接，取含有锌离子的样品，显色剂5-Br-PADAP及缓冲液，将适量的三种溶液注入芯片进样口中，溶液的pH需要维持在7.0?9.5。
[0039]2.经过芯片进样口的溶液在混合通道进行充分混合、显色反应。
[0040]3.流经过混合通道的反应产物通过检测通道内。
[0041]4.开启光源和光电倍增管，使光平行通过检测通道，然后利用分析软件进行数据记录与分析，得出检测结果。
[0042]需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0043]以上所述仅是本申请的【具体实施方式】，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
【主权项】
1.一种基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于，包括芯片基体、形成于芯片基体上的微通道、以及集成于所述芯片基体上的紫外吸收检测器，所述微通道包括检测通道，所述紫外吸收检测器产生的光线平行于所述检测通道的延伸方向。2.根据权利要求1所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述紫外吸收检测器包括光源、两段光纤、准直透镜和光电倍增管，所述的光源经一段光纤入射，经准直透镜将光源平行射入检测通道的一端，并从检测通道的另一端射出，再经另一段光纤投射到光电倍增管。3.根据权利要求2所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述检测通道为直线型通道。4.根据权利要求3所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述检测通道的长度为0.5cm以上。5.根据权利要求3所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述光源、准直透镜和光电倍增管沿所述检测通道的延伸方向上依次设置。6.根据权利要求1所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述微通道包括样品进样口、以及连通于样品进样口和检测通道之间的混合通道，所述样品进样口和混合通道之间还依次设置有缓冲液进样口和显色剂进样口。7.根据权利要求6所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述混合通道曲线延伸、或混合通道内阵列分布有多个增强混合的凸块。8.根据权利要求6所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述检测通道的出口端与一废液通道连通，所述检测通道、废液通道以及混合通道的出口端之间呈Z型或U型连接。9.根据权利要求1所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统，其特征在于:所述芯片基体材质为PMMA。10.权利要求1至9任一所述的基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统的检测方法，其特征在于，用以定量检测样品中离子或小分子含量，其是在一定的浓度范围内，根据朗伯比尔定律建立标准曲线计算得到。
【文档编号】G01N21/31GK105973823SQ201610454357
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】刘珊珊, 顾志鹏, 姚纪文, 聂富强
【申请人】苏州汶颢芯片科技有限公司