的检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于基于Pb2+的微流控检测领域，特别涉及基于智能凝胶的Pb2+微流控检测芯片及水样中Pb2+的检测方法。
【背景技术】
[0002]许多生物、化学离子或分子，即使它们的浓度很低，对人体、环境也有着非常重要的影响和作用。例如，微量的铅离子会对人体的神经系统、造血系统产生巨大的危害，对儿童的智力及生长发育会造成不可逆的严重危害。GB25466—2010中规定，饮用水中铅离子的含量不得高于4.83 X 10—8mol/L，工业废水中铅离子的浓度不得高于2.42 X 10—6mol/L，因此，准确地检测出饮用水、工业废水等水样中超低浓度的铅离子，对于人体健康和环境保护都具有非常重要的意义。
[0003]由于微流控技术具有微型化、集成化、高效、快速、极微的试剂消耗量等优点，可用于生化分析、疾病检测等领域，近年来受到人们越来越多的关注。Liu，K.等将聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6凝胶固定在微米尺度的硅基底微悬臂梁上形成凝胶层，当所述凝胶响应铅离子后会发生体积溶胀，由于微悬臂梁的凝胶层与硅基底的弯曲形变强度不同，凝胶的溶胀会导致硅基底局部应力不均，从而引起微悬臂梁的弯曲。利用激光束照射微悬臂梁，当微悬臂梁发生弯曲时引起致激光光路的偏转，检测激光光路偏转的大小可定量反映铅离子浓度。该方法须借助原子力显微镜才能实现铅离子的检测，可检测浓度为10一7mol/L的铅离子(Liu，K.&Ji，H.F.Detect1n of Pb2+Using a Hydrogel SwellingMicrocantilever Sensor.Anal.Sc1.20,9-11 (2004).)。该方法以价格非常昂贵的原子力显微镜作为检测设备，检测成本十分高昂，且原子力显微镜需要专业技术人员进行操作，因而难以推广应用。该方法在每次测定前都必须将采集的样品注入检测池中，并且在整个检测过程中都必须保持液面稳定，不能连续进样，因而难以实现对水样中铅离子的实时在线检测和监控。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于智能凝胶的Pb2+微流控检测芯片以及水样中Pb2+的检测方法，以降低对水样中Pb2+的检测成本，降低Pb2+的检测限，实现对水样中Pb2+的在线检测。
[0005]本发明提供的基于智能凝胶的Pb2+微流控检测芯片，包括基板、凝胶片、检测毛细管、支撑毛细管、进样头、出样头和支撑杆，
[0006]所述检测毛细管为玻璃圆管，所述凝胶片的材料为聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6，凝胶片垂直于检测毛细管的轴线设置在检测毛细管中，当温度低于聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6的体积相转变温度时，凝胶片将检测毛细管的内孔分隔为两个区间；当温度高于聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6微凝胶的体积相转变温度时，凝胶片收缩，在检测毛细管中形成过流通道，此时当含Pb2+的水样流经检测毛细管的内孔时，凝胶片会选择性地络合Pb2+并发生体积溶胀，造成检测毛细管的过流通道减小;所述支撑毛细管为圆管且内径小于检测毛细管的内径，所述支撑杆为圆杆，支撑杆的外径与支撑毛细管的内径匹配；
[0007]所述检测毛细管固定在基板上，所述进样头、出样头分别固定在检测毛细管两端的基板上并与检测毛细管连通，所述支撑毛细管位于出样头一侧且与检测毛细管同轴线固定在基板上，所述支撑杆穿过支撑毛细管的内孔插入检测毛细管中，它的一端与凝胶片接触，另一端固定在基板上。
[0008]上述检测芯片中，所述凝胶片的厚度为50?200μπι。
[0009]上述检测芯片中，所述检测毛细管的内径为100?500μπι。
[0010]上述检测芯片中，所述支撑毛细管的内径为检测毛细管内径的0.5?0.7倍。
[0011]上述检测芯片中，检测毛细管中凝胶片的设置方法为:
[0012]①以N-异丙基丙烯酰胺、苯并-18-冠6为单体，以偶氮二异丁基脒二盐酸盐为引发剂，以Ν，Ν’_亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，将所述单体、引发剂、交联剂和去离子水混合均匀形成凝胶前驱液，凝胶前驱液中，N-异丙基丙烯酰胺的浓度为0.5?1.5mol/L，苯并-18-冠-6与N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为(I?5):20，引发剂与N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为1:(10?100)，交联剂与N-异丙基丙烯酰胺的摩尔比为1: (20?100)；
[0013]②将凝胶前驱液注入检测毛细管中，然后用带透光缝的遮光板覆盖检测毛细管，所述透光缝与检测毛细管的轴线垂直，在5?25°C用紫外光穿过透光缝照射检测毛细管并旋转检测毛细管，引发透光缝处的检测毛细管中的凝胶前驱液发生交联反应，在检测毛细管中形成凝胶片，再用去离子水洗去检测毛细管中的凝胶前驱液，即完成检测毛细管中凝胶片的设置。
[0014]在检测毛细管中设置凝胶片时，控制检测毛细管旋转的转速为30?200r/min，步骤②中优选的方法为:将装有凝胶前驱液的检测毛细管的一端与电机的动力输出轴相连、另一端放入限位管中，开启电机使检测毛细管旋转。
[0015]在检测毛细管中设置凝胶片时，所述遮光板由能避免紫外线穿过的材料制作，遮光板优选为黑色胶片。
[0016]本发明还提供了一种水样中Pb2+的检测方法，该方法使用恒压输送装置、流量测量装置、热台以及上述基于智能凝胶的Pb2+微流控检测芯片，将所述检测芯片置于热台上，并将检测芯片的进样头和出样头分别通过管件与恒压输送装置和流量测量装置连接，步骤如下:
[0017]①以去离子水为空白试样，使用恒压输送装置将空白试样以恒定的压力输入检测芯片中，空白试样经检测芯片和流量测量装置后排出，待检测芯片的出液流量稳定后，从流量测量装置中读取空白试样的流量值；
[0018]②将步骤①中的空白试样替换为一系列Pb2+浓度已知的标样，重复步骤①的操作，得到一系列标样的流量值，计算输入各标样时相对于输入空白试样时的流量变化量，以标样中Pb2+浓度为纵坐标、以流量变化量为横坐标绘制工作曲线，确定Pb2+浓度与流量变化量的换算关系式；
[0019]③将步骤①中的空白试样替换为待测试样，重复步骤①的操作，得到待测试样的流量值，计算输入待测试样时相对于输入空白试样时的流量变化量，根据步骤②确定的Pb2+浓度与流量变化量的换算关系式计算待测样品中Pb2+浓度；
[0020]步骤②、③中，完成对每一个标样或待测试样的流量测量后，向检测芯片中输入去离子水清洗凝胶片，清洗过程中，将热台的温度升至55?60°C并保温3?5min，然后降至20?25°C并保温3?5min，重复前述升温和降温的操作直到去除凝胶片中的金属离子后再输入下一标样或试样进行流量测量；
[0021]步骤①?③中，在输入空白试样、标样以及待测试样进行流量测量的过程中，控制热台的温度为33?35°C并保持温度恒定。
[0022]上述方法中，向检测芯片中输入空白试样、标样或待测试样时，控制输入压力为20?50kPa。
[0023]本发明所述方法检测水样中Pb2+的原理如下:
[0024]本发明所述检测芯片中，凝胶片垂直于检测毛细管的轴线设置在检测毛细管中，当温度低于聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6的体积相转变温度时，凝胶片将检测毛细管的内孔分隔为两个区间；当温度高于聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯