微流控芯片及铜离子的检测方法与流程

本发明属于微流控领域法，具体涉及一种微流控芯片以及利用该微流控芯片的铜离子的检测方法。

背景技术：

铜是一种生命必须的过渡金属，除了铁和锌，铜是人体中的第三个最丰富的软过渡金属离子。在一定的浓度下铜对各种生物过程起着十分重要的作用。铜作为一种人体必须的营养物质，每天的摄入量不得高于0.9mg，美国环保署规定饮用水中的铜浓度安全限值为1.3ppm。短期暴露在高浓度的铜环境下会引起肠胃不适，长期接触则会对肝脏造成损害，有报道指出铜被认为是造成儿童肝脏损害的罪魁祸首(chem.commun,2010,46:1257-1259)。铜也会对其他一些生物造成剧毒影响，例如某些藻类、真菌，铜可以通过芬顿反应或者β淀粉样蛋白纤维中可溶性铜的积累刺激高度活性氧的产生，而这种高度活性氧又会诱发阿尔茨海默氏病的发展(j.am.chem.soc.2006,128:11370-11371)。铜污染的来源广泛，包括冶炼、金属加工、机器制造、有机合成及其他工业，近些年我国频繁发生突发铜污染事件，如2010年发生的福建省紫金矿业紫金山铜矿污染事件，2011年发生的江西铜业德兴铜矿污染事件、江西铜业贵溪冶炼厂污染事件等。

铜离子含量是水质检测的一项重要指标，是常规检测项目之一，检测频率较高。《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中总铜最高允许排放浓度为0.5mg/l，《污水综合排放标准》gb8978-1996中总铜最高允许排放浓度，一级标准为0.5mg/l。

目前铜离子检测方法主要有：分光光度法、原子吸收法、流动注射法、 电化学分析法、x荧光分析、离子色谱法。大部分检测方法操作复杂、仪器昂贵、设备大型而不适用于现场检测，此外还需专业人员进行操作。分光光度法以其操作单元简单、检测成本低被广泛用于各种微量及痕量组分的分析，分光光度计可以做成便携式，如果配合合适的显色体系，会对重金属的现场快速检测产生十分重要的意义。水质国标法中是用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定水质中的铜，但该方法涉及到萃取显色，会对环境产生二次污染。因此建立一种简单、快速、有效、便携、绿色环保的铜离子检测方法非常必要。

微流控芯片又称芯片实验室(lab-on-a-chip)或微全分析系统(micro-totalanalysissystem，μtas)，可把各种基本操作单元(细胞培养、分选、裂解、样品制备、反应、分离、检测等)集成到一个只有几平方厘米的芯片上，因具有微型化、集成化、自动化、试剂消耗少、分析速度快等优点，已广泛用于环境监测、分析化学、合成化学、临床诊断、生物技术、药物筛选等领域。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种简单、快速、有效、便携、绿色环保的铜离子检测方法，以混合检测用微流控芯片为载体进行含铜样品的混合反应操作，然后用分光光度法在线检测。

为解决上述问题，本发明提供一种微流控芯片，包括依次键合的上盖板、芯片通道板以及下盖板，所述芯片通道板中设置有具有样品检测池的微通道，所述微通道包括缓冲液进样口、待测样品进样口、显色剂进样口以及废液出口，所述上盖板上开设有分别与所述缓冲液进样口、待测样品进样口以及显色剂进样口对应的进样口通孔，所述下盖板上开设有与所述废液出口对应的废液口通孔。

作为本发明的进一步改进，所述微通道凹设于所述芯片通道板的一侧表面。

作为本发明的进一步改进，所述芯片通道板包括彼此配合的第一通道板和第二通道板，所述微通道形成于所述第一通道板和第二通道板之间。

作为本发明的进一步改进，所述微通道包括呈阵列排布的部分。

作为本发明的进一步改进，所述微通道中呈阵列排布的部位为回形结构。

作为本发明的进一步改进，所述上盖板、芯片通道板以及下盖板之间为力致粘性膜胶粘键合或热压键合。

本发明还提供一种铜离子的检测方法，包括以下步骤：

利用外部驱动力，将含铜离子的待测样品、缓冲液以及显色剂分别注入到如权利要求1所述的微流控芯片的待测样品进样口、缓冲液进样口以及显色剂进样口，并在微通道中充分混合；

通过分光光度法检测样品检测池中混合显色后待测样品中铜离子的含量。

作为本发明的进一步改进，所述外部驱动力由微量注射泵、蠕动泵、恒压泵以及微型隔膜泵中的一种提供。

作为本发明的进一步改进，所述显色剂是用ph为8.0-9.0的缓冲液配制的锌试剂水溶液。

作为本发明的进一步改进，所述分光光度法为紫外分光光度法。

与其他检测方法相比，本发明的优点包括：

1.该检测方法采用微流控芯片，试剂损耗小，操作简单；

2.微流控芯片通道将样品与显色剂混合、反应及检测集中于一体，可实现在线检测铜离子；

3.将光学检测系统进行自组装实现检测方法的便携性；

4.检测溶液体系为水溶性，对环境影响小；

5.检测时间短、稳定性较高；

6.检测成本低。

附图说明

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。

图1所示为本发明具体实施例中微流控芯片的俯视图；

图2所示为本发明具体实施例中微流控芯片的立体分解图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本申请进行详细描述。但这些实施方式并不限制本申请，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本申请的保护范围内。

参图1和图2，介绍本发明微流控芯片的一具体实施方式。在本实施方式中，该微流控芯片包括上盖板7、芯片通道板8、和下盖板9。

上盖板7、芯片通道板8以及下盖板9依次键合，芯片通道板8中设置有具有样品检测池5的微通道4，所述微通道4包括缓冲液进样口2、待测样品进样口1、显色剂进样口3以及废液出口6，所述上盖板7上开设有分别与所述缓冲液进样口2、待测样品进样口1以及显色剂进样口3对应的进样口通孔72、71、73，所述下盖板9上开设有与所述废液出口6对应的废液口通孔91。

在本实施方式中，微通道4包括呈阵列排布的部分，优选的，该呈阵列排布的部分为回形结构。通过将微通道设置为具有回形结构，可以促进在其中的不同液体更加均匀的混合。一具体的实施例中，该回形结构例如是至少三列并排的、具有统一宽度和长度且首尾连接的管结构。

一实施例中，微流控芯片为三层结构，微通道4凹设于所述芯片通道板的一侧表面。

一实施例中，微流控芯片为四层结构，其中，芯片通道板8包括彼此配合的第一通道板和第二通道板，微通道4形成于所述第一通道板和第二通道板之间。在具体的加工过程中，微通道4可以是包括凹设在第一通道板和第二通道板上、且彼此对应的两部分，并通过该两部分的配合构成完整的微通道。

在本实施方式中，上盖板7、芯片通道板8以及下盖板9之间为力致粘性膜 胶粘键合或热压键合。

本发明还提供一种铜离子的检测方法，包括以下步骤：

利用外部驱动力，将含铜离子的待测样品、缓冲液以及显色剂分别注入到如权利要求1所述的微流控芯片的待测样品进样口1、缓冲液进样口2以及显色剂进样口3，并在微通道4中充分混合；

通过分光光度法检测样品检测池5中混合显色后待测样品中铜离子的含量。

在本实施方式中，所述的外部驱动力可以由微量注射泵、蠕动泵、恒压泵以及微型隔膜泵中的一种提供。

在本实施方式中，所述显色剂是锌试剂水溶液，优选为邻[2-(2-羟基-5-磺基苯偶氮)亚苄基]肼基苯甲酸水溶液。

在本实施方式中，所述分光光度法为紫外分光光度法。

结合附图1和2对铜离子检测方法阐述如下：

本实施方案中，使用外接的微量注射泵，混合检测用微流控芯片作为载体进行含铜样品和显色试剂的混合反应，然后使用分光光度法对显色后样品进行检测。

(1)本发明微流控芯片的设计和制备：

实施例中的混合检测用芯片采用透光率较高的pmma材质制作，如图2所示。根据本发明所述检测方法所需的试剂混合、反应和检测过程，设计微通道的结构和尺寸，通过数控cnc加工方式得到所需芯片的上盖板7、下盖板8及刻有通道的中间板9，其中废液口91在下盖板。

(2)本实施案例中铜离子检测过程是：

1.将微量注射泵和缓冲液进样口2、待测样品进样口1、显色剂进样口3使用ptef管进行密封连接，并将微流控芯片插入紫外分光光度计中；

2.使用微量注射泵，分别将缓冲液、显色剂和待测样品注入微流控芯片的微通道中4，缓冲液的ph需保持在8.9-9.0之间；

3.经过进样口的含铜样品和锌试剂在微通道4内进行混合显色反应，混合样品经微通道进入样品检测池5中，在紫外光光度计下进行在线检测，利用仪 器软件进行测试数据分析，得出检测结果。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。