本发明涉及固相萃取微柱阵列芯片，具体涉及一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片及其构建方法和应用。
背景技术：
1、金属形态的分析在环境监测、材料科学和生命科学等领域具有重要意义，因为金属的不同形态和存在状态直接影响其性质和活性。然而，准确、高效地分析金属元素的不同形态仍然是一个具有挑战性的任务。传统的分析方法在面对不同金属形态时往往存在选择性差、操作繁琐以及样品前处理复杂等问题。基于微柱的固相微萃取可以有效提高富集效率，在柱内进行富集和分离，减少了样品在富集过程中的损失。基于微柱的萃取过程不需要多次移液和样品转移，降低了操作失误的风险，特别适用于自动化分析流程。此外，在芯片上集成多个微柱构建微萃取芯片平台可以实现高通量样品处理。
2、近年来，3d打印技术使得固相萃取微柱的设计变得高度灵活和可定制。研究人员可以根据具体的分析需求，精确地设计柱的结构、形状和通道，以适应不同分析物的特性。这种个性化设计有助于提高分析的选择性和效率。然而，传统的3d打印技术在时间维度上是静态的，无法适应材料形态变化的需求。
3、为了克服传统3d打印技术在固相萃取中的不足，引入4d打印技术可以提供更为创新的解决方案。4d打印技术在3d打印的基础上引入了时间维度，使材料能够在外部刺激下实现形态和性质的变化，为固相萃取过程带来多重优势。首先，4d打印技术可以实现材料的实时响应，使得固相萃取过程能够根据实际情况进行动态调整，例如，可以设计具有温度敏感性的材料，实现随温度变化而发生形态转变，从而调控提取过程的进行，这样的实时调整能够增强提取的选择性和效率。其次，4d打印技术还可以为固相萃取过程引入更多的可控性和精确性。通过设计具有特定响应特性的材料结构，可以实现对提取速率、载体选择等关键参数的精细调节。这种可控性有助于在提取过程中实现更精准的操作，从而得到更可靠的分析结果。
4、因此，本发明提供一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，将3d打印技术、4d打印技术与微流控系统相结合，构建固相微萃取微流控芯片平台。微流控芯片作为一种创新工具，具有精确操控微量液体的特性，可以实现试剂的最小消耗、高通量分析和快速实验过程；通过在微流控通道中整合4d打印的磁性响应性结构，实现对固相萃取过程的动态调控，从而提高选择性和萃取效率。
技术实现思路
1、针对以上现有技术的不足，本发明的目的之一是提供一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片，本发明提供固相萃取微柱阵列芯片在微流控通道中整合4d打印的磁性响应性结构，为样品前处理过程引入智能化、动态化、实时化，以实现对固相萃取过程的动态调控，具有高效率、高准确性和高灵活性等优势，可以实现对金属元素的固相萃取和形态分析。
2、为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：
3、一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片，所述固相萃取微柱阵列芯片包括微萃取装置；所述微萃取装置包括多朵磁花串联而成的磁响应性微柱；所述磁花的原料包括pdms/fe3o4/sio2共混物。
4、优选地，所述pdms、fe3o4、sio2的质量比为1：（0.5~3）：（0.01~1）。
5、进一步优选地，所述pdms、fe3o4、sio2的质量比为1：2：0.02。
6、上述基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，包括以下步骤：
7、（1）磁花的制备：将pdms/fe3o4/sio2共混物制作成磁花；
8、（2）微萃取装置的制备：将多朵磁花串联形成具有磁响应的微柱，将微柱与微柱外壳结合，得到微萃取装置；
9、（3）芯片的制备：将多个微萃取装置与阵列外壳结合，得到微柱阵列芯片。
10、优选地，所述磁花是通过直接墨水书写（diw）打印得到；所述微柱外壳和阵列外壳均是通过lcd（liquid-crystal display）打印得到。
11、优选地，所述磁花的直径为0.2~20 mm，厚度为0.1~2 mm。
12、优选地，所述磁花的花瓣数≥3。
13、优选地，所述微柱是由多朵磁花通过毛细管串联而成。
14、优选地，所述步骤（3）中，将九个微萃取装置与阵列外壳结合，得到微柱阵列芯片。
15、本发明将pdms/fe3o4/sio2共混物作为具有形状记忆效应的材料，用于磁场刺激下的形状变化；fe3o4作为磁响应源，在磁场中赋予磁花形状变化；pdms作为一种具有弹性的生物相容性材料用于制备可印刷油墨；sio2的掺入用于促进fe3o4在pdms中的均匀分散以增强磁花的机械强度；通过在施加压力下逐层沉积pdms/fe3o4/sio2共混物构建的磁花具有形状记忆行为，在磁场刺激下会发生形变，并通过控制磁场恢复初始形状，多朵磁花紧靠排列串联形成的微柱在磁场下也会出现类似的现象；正是因为含有具有形状记忆行为的磁响应微柱，本发明的固相萃取微柱阵列芯片才能具备高效率、高准确性和高灵活性等优势。
16、本发明还提供上述固相萃取微柱阵列芯片在金属元素固相萃取及形态分析中的应用。
17、优选地，所述金属元素包括金属银；所述银的形态为银纳米颗粒（ag nps）和银离子（ag+）。
18、本发明的技术原理如下：基于4d打印构建阵列固相萃取微柱芯片，在磁场作用下，由多朵磁花串联构建的磁响应性微柱促进金属元素的吸附，进一步实现微流控平台上金属元素的固相微萃取，通过顺序解吸实现元素形态分析。
19、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：
20、（1）本发明提供的方法将3d打印技术、4d打印技术与微流控芯片技术相结合构建了具有磁响应的阵列固相萃取微柱芯片，充分发挥3d打印技术，4d打印技术与微流控芯片技术的优势；
21、（2）本发明提供的方法在微流控通道中整合4d打印的磁性响应性结构，为样品前处理过程引入智能化、动态化、实时化，以实现对固相萃取过程的动态调控，具有高效率、高准确性和高灵活性等优势；
22、（3）本发明提供的方法结合不同3d打印技术的特性，将多个微柱集成到一个微流控芯片，实现了高通量分析和快速实验过程；
23、（4）采用本发明方法构建的固相萃取微柱阵列芯片，以多朵磁花串联的结构，通过对解吸剂的优化进行顺序解吸，可实现金属元素的分析和定量回收。
1.一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片，其特征在于，所述固相萃取微柱阵列芯片包括微萃取装置；所述微萃取装置包括多朵磁花串联而成的磁响应性微柱；所述磁花的原料包括pdms/fe3o4/sio2共混物。
2.根据权利要求1所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片，其特征在于，所述pdms、fe3o4、sio2的质量比为1：（0.5~3）：（0.01~1）。
3.根据权利要求1所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片，其特征在于，所述pdms、fe3o4、sio2的质量比为1：2：0.02。
4.如权利要求1~3任一项所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，其特征在于，所述磁花是通过直接墨水书写打印得到；所述微柱外壳和阵列外壳是通过lcd打印得到。
6.根据权利要求4所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，其特征在于，所述磁花的直径为0.2~20 mm，厚度为0.1~2 mm。
7.根据权利要求4所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，其特征在于，所述微柱是由多朵磁花通过毛细管串联而成。
8.根据权利要求4所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片的构建方法，其特征在于，所述步骤（3）中，将九个微萃取装置与阵列外壳结合，得到微柱阵列芯片。
9.如权利要求1~3任一项所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片在金属元素固相萃取及形态分析中的应用。
10.根据权利要求9所述的一种基于4d打印的固相萃取微柱阵列芯片在金属元素固相萃取及形态分析中的应用，其特征在于，所述金属元素包括金属银。