一种三维纸基芯片的制作方法

本实用新型属于微流控纸基芯片技术领域，具体涉及一种氧化石墨烯纳米片增强三维纸基芯片及其应用。

背景技术：

纸基微流控芯片技术自2007年首次提出以来，因其具有成型快速、成本低廉、携带方便和分析高效等优点，在疾病诊断、食品监控和环境监测等领域具有极大的产业化应用前景。原理上，滤纸纤维固有的良好亲水性可自然驱动微流体流动，进而可以省略外接泵等设备，为分析实验便携化提供工具。结构上，单层芯片可完成样本进样和检测等步骤，但实际操作中存在样本输运不均匀等问题。特别对于圆形检测设计，往往存在边缘效应（由流体内部压差导致的边缘区样本富集程度高与中央区）等问题，一定程度上造成分析误差。若将多层芯片叠加，可制造出三维结构，即在纸张厚度方向上完成流体输运。这种三维结构可以缩短样本流动路径，并且改善样本分布的均一性，在操作流程复杂、需多种试剂混合等场合应用较多。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种三维纸基芯片。其在推动分析仪器便携化、集成化和批量化等方面具有实际意义；在拓展微流控技术的多领域工程实际应用方面具有重要价值。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

所述三维纸基芯片，所述芯片包括重叠在一起的进样保持架、进样滤膜、分散滤纸网络、分散保持架、反应区域、检测保持架、底视窗；其中进样保持架中间设置一个圆孔，进样滤膜放置于圆孔内；分散滤纸网络由12条矩形滤纸通道组成；反应区域由12个等面积圆形滤纸片组成；其中矩形滤纸通道一端与进样滤膜连接，另一端与圆形滤纸片连接；其中分散保持架具有与进样滤膜、分散滤纸网络、反应区域相配合的通孔；检测保持架具有与反应区域相配合的通孔。

所述进样滤膜为聚四氟乙烯材料，形状为圆形，直径为5.0 mm，厚度为0.3 mm。

所述进样保持架采用聚对苯二甲酸类塑料PET薄片，厚度为1.0 mm，进样保持架中间设置一个圆孔，圆孔直径为5.0mm。

所述12条矩形滤纸通道，每条通道长度为7.0 mm，滤纸厚度0.34 mm。

所述分散保持架由PET加工制得，厚度为0.3 mm。

所述12个等面积圆形滤纸片，每个圆形直径为3.0 mm，滤纸厚度为0.34 mm。

所述检测保持架采用PET薄片，厚度为0.3 mm。

所述底视窗选用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA材料。

所述的三维纸基芯片在痕量元素分析上的应用，具体操作步骤包括：

（1）首先依次向反应区域的12个等面积圆形滤纸片涂布样本配体试剂和氧化石墨烯胶体溶液（质量比2:1），待溶液干燥后对进样保持架、进样滤膜、分散滤纸网络、分散保持架、反应区域、检测保持架、底视窗进行夹持封装；

（2）液相样本通过手工滴定或微量注射泵转移至进样滤膜，样本通过滤膜渗透至分散滤纸网络；

（3）液体样本通过分散滤纸网络向反应区域渗透；

（4）翻转芯片，将底视窗朝上，静置30 s，观测12个等面积圆形滤纸片内颜色变化，最终由颜色强度推断得到被检测痕量元素浓度。

本实用新型的显著优点在于：

本实用新型设计的三维纸基微流控芯片与基于氧化石墨烯的元素检测方法，可以有效改善连续流体流动所导致的边缘效应、提高痕量样本检测中信号分布均一性和信号强度。相对于常规比色分析，本实用新型器件和方法将具有更低的样本检出限和更宽的线性动态区间。

附图说明

图1为本实用新型三维纸基芯片的结构示意图；

图中，1-进样滤膜，2-进样保持架，3-分散滤纸网络，4-分散保持架，5-反应区域，6-检测保持架，7-底视窗。

图2为本实用新型三维纸基芯片中进样滤膜、分散滤纸网络、反应区域的相对位置关系示意图。

具体实施方式

为进一步公开而不是限制本实用新型，以下结合实例对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例1

所述三维纸基芯片，所述芯片包括重叠在一起的进样保持架、进样滤膜、分散滤纸网络、分散保持架、反应区域、检测保持架、底视窗；其中进样保持架中间设置一个圆孔，进样滤膜放置于圆孔内；分散滤纸网络由12条矩形滤纸通道组成；反应区域由12个等面积圆形滤纸片组成；其中矩形滤纸通道一端与进样滤膜连接，另一端与圆形滤纸片连接；其中分散保持架具有与进样滤膜、分散滤纸网络、反应区域相配合的通孔；检测保持架具有与反应区域相配合的通孔。

所述进样滤膜为聚四氟乙烯材料，形状为圆形，直径为5.0 mm，厚度为0.3 mm。

所述进样保持架采用聚对苯二甲酸类塑料PET薄片，厚度为1.0 mm，进样保持架中间设置一个圆孔，圆孔直径为5.0mm。

所述12条矩形滤纸通道，每条通道长度为7.0 mm，滤纸厚度0.34 mm。

所述分散保持架由PET加工制得，厚度为0.3 mm。

所述12个等面积圆形滤纸片，每个圆形直径为3.0 mm，滤纸厚度为0.34 mm。

所述检测保持架采用PET薄片，厚度为0.3 mm。

所述底视窗选用聚甲基丙烯酸甲酯PMMA材料。

所述的三维纸基芯片在痕量元素分析上的应用，具体操作步骤包括：

（1）首先依次向反应区域的12个等面积圆形滤纸片涂布样本配体试剂和氧化石墨烯胶体溶液，待溶液干燥后对进样保持架、进样滤膜、分散滤纸网络、分散保持架、反应区域、检测保持架、底视窗进行夹持封装；

（2）液相样本通过手工滴定或微量注射泵转移至进样滤膜，样本通过滤膜渗透至分散滤纸网络；

（3）液体样本通过分散滤纸网络向反应区域渗透；

（4）翻转芯片，将底视窗朝上，观测12个等面积圆形滤纸片内颜色变化，最终由颜色强度推断得到被检测痕量元素浓度。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。