CN105021654B - 定量检测系统、汞离子检测芯片的制备方法和应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的定量检测系统、汞离子检测芯片的制备方法和应用方法，其中检测系统包括检测芯片和额温计，所述检测芯片包括样品槽、汞离子响应水凝胶制微阀、滤网、发热槽，所述样品槽底部设置有微孔，所述微孔的下端设置有滤网，所述滤网的上方微孔处覆盖有汞离子响应水凝胶以形成所述的汞离子响应水凝胶制微阀，所述微孔的下端联通至所述发热槽的一端，所述发热槽内填充有多孔毛细材料，所述发热槽的另一端的多孔毛细材料内填充有NaOH粉末。本发明基于发热方法解决了传统检测方法的操作繁琐、成本高等缺点，应用于检测具有灵敏度高、操作简单、成本低的特点。

Description

定量检测系统、汞离子检测芯片的制备方法和应用方法

技术领域

本发明涉及一种定量检测系统及其中的汞离子检测芯片的制备方法，具体包括一种定量检测系统，即通过物质溶解产热释放热信号的原理来对待测物进行定量检测的系统。并使用制备方法成功制备了用于检测水溶液中的汞离子的发热芯片。

背景技术

目前，体外(临床)诊断的途径主要有：一是利用医院配套的分析化验室大型仪器设备，二是通过掌上小型简易设备实现现场快速(POCT)分析诊断，前者具有全自动、高精确性、高灵敏性但是随着人口老龄化日益加剧，单纯依靠医院化验中心，会大大提高健康成本，后者具有简单、快速、低成本的特点，可实现家庭化的分析诊断。

目前，POCT分析检测主要是光学、电化学等方法，即将待测物通过物理化学等信号转换与放大方法，变成光或者电信号，再通过仪器进行检测。因此，无论光学或者电化学方法，都需要复杂的定制仪器来实现定量检测，增加现场检测的成本和操作复杂程度。因而需要发展一种新的操作简单、成本低的检测方法。

红外额温计/耳温计是一种非接触式的便携式温度检测装置，由于成本低，使用简单快速，不含有有害的汞等优点，已经广泛应用于家庭、医院、机场等场所。如采用红外额温计/耳温计作为生化检测的检测器，将大大降低POCT的成本，使该技术更好地走进千家万户。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提出了一种定量检测系统及其中的汞离子检测芯片的制备方法，并基于该方法制备用于检测溶液中金属离子的发热芯片。本发明制备方法简单、灵敏度高、无需昂贵仪器。具有很好的使用价值。

技术方案：本发明所述的定量检测系统，包括检测芯片和额温计，所述检测芯片包括样品槽、汞离子响应水凝胶制微阀、滤网、发热槽，所述样品槽底部设置有微孔，所述微孔的下端设置有滤网，所述滤网的上方微孔处覆盖有汞离子响应水凝胶以形成所述的汞离子响应水凝胶制微阀，所述微孔的下端联通至所述发热槽的一端，所述发热槽内填充有多孔毛细材料，所述发热槽的另一端的多孔毛细材料内填充有NaOH粉末。

进一步地，所述多孔毛细材料为二氧化硅微球或聚苯乙烯微球材料制多孔毛细材料。

本发明还包括上述汞离子检测芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)制作发热槽基底；以及带有微孔的样品槽基底；

2)滴加纳米粒子胶体溶液至样品槽中，溶剂挥发后形成多孔的毛细通道；

3)将遇水溶解放热的化合物研磨成粉末均匀刮涂于发热槽远离样品槽的一端；

4)将所述汞离子响应水凝胶聚合于样品槽的微孔中。

进一步地，包括以下步骤：

1)使用3D打印机制作发热槽和样品槽基底，所述发热槽厚2mm，发热槽内凹槽深度1mm，发热槽内凹槽直径10mm；以及带有凹槽和微孔的样品槽基底，厚度2mm，凹槽深度1mm，直径10mm，微孔深度1mm，直径0.5mm；

2)滴加粒径950nm的SiO₂纳米粒子胶体溶液于发热槽中，溶剂挥发后形成多孔的毛细通道；

3)将固体NaOH研磨成细粉末，使用刮刀均匀涂满发热槽远离样品槽的一端的SiO2毛细层上，作为芯片的发热源使用；

4)使用喷蜡打印机在350目聚酯纤维网上打印，处理成12mm×12mm的正方网片，中间留直径2mm的圆形区域未覆盖蜡，将网层覆盖于发热芯片末端；

5)将Hg²⁺特殊响应的水凝胶含有2mol/L丙烯酰胺、10mmol/L甲叉双丙烯酰胺、10mmol两端修饰丙烯酰键的Hg²⁺aptamer DNA分子5′-NH₂–(CH₂)₆–TTCTTTCTTCCCCTTGTTTGTT–O–CH₂-CH(CH₂OH)–(CH₂)₄-NH₂-3′、以及含1.5v/v％光引发剂的水凝胶前聚体0.3μL滴加于样品槽的微孔中，微孔中提前放置直径200μm的细铜丝作为模板；然后将芯片暴露在波长为365nm，功率100W的紫外光源下距离10cm聚合水凝胶30s，而后去除模板铜丝。

进一步地，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮或Irgacure 2959。

本发明还包括上述的定量检测系统中的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将待测样品滴加于样品槽与水凝胶反应使汞离子响应水凝胶收缩孔洞增加后液体流过孔洞通过通道流入放热槽使遇水溶解放热的化合物溶解产热。

2)使用额温计检测发热端液体流过前后温度变化，依据测温数据和标定数据计算样品中汞离子的浓度。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明提出了一种基于热信号的检测方法，使用额温计直接测量温度变化。本发明基于发热方法解决了传统检测方法的操作繁琐、成本高等缺点，应用于检测具有灵敏度高、操作简单、成本低的特点。

附图说明

图1为本发明所述的汞离子检测芯片检测原理示意图；

图2为本发明所述的汞离子检测芯片检测方式示意图；

图3为本发明实施例1的汞离子检测芯片检测结果数据。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：

本实施例的汞离子检测芯片制备使用过程总体包括以下几个步骤：

检测方法，其特征在于，步骤为：

步骤一、制作带有凹槽和通道8的发热槽4基底；以及带有凹槽和微孔5样品槽1基底。

步骤二、滴加纳米粒子胶体溶液至发热槽4通道8中，溶剂挥发后形成多孔的毛细通道，即多孔毛细材料6。

步骤三、将遇水溶解放热的化合物研磨成粉末均匀刮涂于发热槽4远离样品槽1的一端。

步骤四、将汞离子响应水凝胶聚合于样品槽1的微孔5中，样品滴加于样品端凹槽与水凝胶反应使水凝胶收缩孔洞增加后液体流过孔洞通过通道流入发热槽4凹槽使化合物溶解产热。

步骤五、使用额温计检测发热槽4液体流过前后温度变化，进而通过标定数据换算样品中汞离子的浓度。

所述的步骤一的基底材质可为塑料、玻璃等，基底的制作可使用3D打印机、光刻等。

所述的步骤二多孔毛细通道，其纳米粒子可为二氧化硅微球、聚苯乙烯微球等，粒径介于200nm-1000nm最适。

所述的步骤二化合物为遇水溶解产热较为明显的化合物如氢氧化钠、氧化钙等。

具体使用制备过程如下：

1)使用Formlabs form1型3D打印机制作发热槽4和样品槽1基底，所述发热槽4厚2mm，发热槽4内凹槽深度1mm，发热槽4内凹槽直径10mm；以及带有凹槽和微孔5的样品槽1基底，厚度2mm，凹槽深度1mm，直径10mm，微孔5深度1mm，直径0.5mm；

2)滴加粒径950nm的SiO₂纳米粒子胶体溶液于发热槽4中，溶剂挥发后形成多孔的毛细通道；

3)将固体NaOH研磨成细粉末，使用刮刀均匀涂满发热槽4远离样品槽1的一端的SiO2毛细层上，形成NaOH粉末7作为芯片的发热源使用；

4)使用喷蜡打印机在350目聚酯纤维网上打印，处理成12mm×12mm的正方网片，中间留直径2mm的圆形区域未覆盖蜡，将网层覆盖于发热芯片末端，以形成滤网3；

5)将Hg²⁺特殊响应的水凝胶含有2M丙烯酰胺、10mM甲叉双丙烯酰胺、10mM两端修饰丙烯酰键的DNA分子、以及1.5v/v％2-羟基-2-甲基苯丙酮的水凝胶前聚体0.3μL滴加于样品槽1的微孔5中，微孔5中提前放置直径200μm的细铜丝作为模板；然后将芯片暴露在波长为365nm，功率100W的紫外光源下30s聚合水凝胶，而后去除模板铜丝，以形成水凝胶微阀2。

7)样品滴加于样品槽1凹槽与Hg²⁺特殊响应的智能水凝胶反应使水凝胶收缩微孔5上孔洞增加后液体流过微孔5通过通道流入发热槽4凹槽使NaOH粉末溶解产热。

8)使用额温计检测发热端液体流过前后温度变化，进而通过标定后的数据换算样品中汞离子的浓度。结果表明，随着浓度增加样品端水凝胶孔洞逐渐增加(图3a)，液体流过微阀2所需的时间也逐渐减少(图3b)，温度变化逐渐增加(图3c)。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (6)

1.一种定量检测系统，其特征在于，包括汞离子检测微芯片和额温计，所述汞离子检测微芯片包括样品槽(1)、汞离子响应水凝胶制微阀(2)、滤网(3)、发热槽(4)，所述样品槽(1)底部设置有微孔(5)，所述微孔(5)的下端设置有滤网(3)，所述滤网(3)的上方微孔(5)处覆盖有汞离子响应水凝胶以形成所述的汞离子响应水凝胶制微阀(2)，所述微孔(5)的下端联通至所述发热槽(4)的一端，所述发热槽(4)内填充有多孔毛细材料(6)，所述发热槽的另一端的多孔毛细材料(6)内填充有NaOH粉末(7)。

2.根据权利要求1所述的定量检测系统，其特征在于，所述多孔毛细材料为二氧化硅微球或聚苯乙烯微球材料制多孔毛细材料。

3.根据权利要求1或2所述的定量检测系统中的汞离子检测微芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)制作发热槽基底；以及带有微孔的样品槽基底；

2)滴加纳米粒子胶体溶液至样品槽中，溶剂挥发后形成多孔的毛细通道；

3)将遇水溶解放热的化合物研磨成粉末均匀刮涂于发热槽远离样品槽的一端；

4)将所述汞离子响应水凝胶聚合于样品槽的微孔中。

4.根据权利要求1或2所述的定量检测系统中的汞离子检测微芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)使用3D打印机制作发热槽和样品槽基底，所述发热槽厚2mm，发热槽内凹槽深度1mm，发热槽内凹槽直径10mm；以及带有凹槽和微孔的样品槽基底，厚度2mm，凹槽深度1mm，直径10mm，微孔深度1mm，直径0.5mm；

2)滴加粒径950nm的SiO2纳米粒子胶体溶液于发热槽中，溶剂挥发后形成多孔的毛细通道；

3)将固体NaOH研磨成细粉末，使用刮刀均匀涂满发热槽远离样品槽的一端的SiO2毛细层上，作为芯片的发热源使用；

4)使用喷蜡打印机在350目聚酯纤维网上打印，处理成12mm×12mm的正方网片，中间留直径2mm的圆形区域未覆盖蜡，将网层覆盖于发热芯片末端；

5)将Hg²⁺特殊响应的水凝胶的水凝胶前聚体0.3μL滴加于样品槽的微孔中，所述水凝胶前聚体含有2mol/L丙烯酰胺、10mmol/L甲叉双丙烯酰胺、10mmol两端修饰丙烯酰键的Hg²⁺aptamer DNA分子5′-NH₂–(CH₂)₆–TTCTTTCTTCCCCTTGTTTGTT–O–CH₂-CH(CH₂OH)–(CH₂)₄-NH₂-3′、以及1.5v/v％光引发剂，微孔中提前放置直径200μm的细铜丝作为模板；然后将芯片暴露在波长为365nm，功率100W的紫外光源下距离10cm聚合水凝胶30s，而后去除模板铜丝。

5.根据权利要求4所述的定量检测系统中的汞离子检测微芯片的制备方法，其特征在于，所述光引发剂为2-羟基-2-甲基苯丙酮或Irgacure 2959。

6.根据权利要求1或2所述的定量检测系统的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将待测样品滴加于样品槽与水凝胶反应使汞离子响应水凝胶收缩孔洞增加后液体流过孔洞通过通道流入放热槽使遇水溶解放热的化合物溶解产热；

2)使用额温计检测发热端液体流过前后温度变化，依据测温数据和标定数据计算样品中汞离子的浓度。