CN105372233A - 一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法 - Google Patents

一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105372233A
CN105372233A CN201510861233.5A CN201510861233A CN105372233A CN 105372233 A CN105372233 A CN 105372233A CN 201510861233 A CN201510861233 A CN 201510861233A CN 105372233 A CN105372233 A CN 105372233A
Authority
CN
China
Prior art keywords
paper chip
paper
concentration
fluid
detection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510861233.5A
Other languages
English (en)
Inventor
章春笋
张鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China Normal University
Original Assignee
South China Normal University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China Normal University filed Critical South China Normal University
Priority to CN201510861233.5A priority Critical patent/CN105372233A/zh
Publication of CN105372233A publication Critical patent/CN105372233A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/76—Chemiluminescence; Bioluminescence

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By The Use Of Chemical Reactions (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法，具体公开了一种重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，及其制备方法和在检测重金属离子中的应用。本发明的纸芯片分为疏水区和亲水区，亲水区又分为加样区、检测区和流体通道区三个部分；在使用时，该纸芯片要紧贴放置在一个支架上，支架倾斜面与水平面形成一个夹角，放置后加样区和流体通道区应在支架倾斜面上，而检测区在支架的水平部分上。本发明的纸芯片和检测方法与传统的流动化学发光相比，无需采用任何价格昂贵的泵装置(精密注射泵、蠕动泵等)来驱动液体流动。本发明仅通过液体自然的重力以及纸纤维空隙的毛细力来驱动液体流动。

Description

一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法
技术领域
本发明属于微流控分析领域，涉及一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法，具体涉及一种重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，及其制备方法和在检测重金属离子中的应用。
背景技术
目前，Cr(III)、Cr(VI)、Co(III)、Hg(II)、Mn(VII)、Cd(II)、Pb(II)、Ni(II)、Te(III)等重金属离子的污染事件频繁发生，这给人类健康和自然环境造成了巨大的危害，因此实现对重金属离子的快速检测在应对重大突发或应急事件中显得非常重要。
近年来，化学发光作为一种检测手段已经发展得相当成熟，并广泛应用于重金属离子、核酸和蛋白质等物质分析。化学发光检测主要分为静态体系、流动体系和两相流测量体系。相比于其他两种方式，流动化学发光体系检测耗时短，且能够实现样品实时分析、高灵敏度、高通量和高重复性检测，因而已受到人们极大关注。
目前，国际上已经被报道的用于分析检测的流动化学发光系统主要有流动注射化学发光(FI-CL)、离子色谱法化学发光(IC-CL)、高效液相色谱法化学发光(HPLC-CL)和毛细管电泳化学发光(CE-CL)。然而，传统的流动化学发光系统具有装置尺寸大，耗时长，耗样大，检测过程局限于实验室等缺点。
近些年，随着微流控全分析系统或芯片实验室概念的提出，已在芯片上实现了流动化学发光方法检测生化样品。这种高度集成的微流控芯片不仅减少了流动化学发光所需检测时间及耗样量，而且使得操作趋于简单化、装置趋于便携化、数据分析趋于自能化。
但是，这些已被报道的微流控芯片流动化学发光方法仍然存在一些缺点：(1)几乎所有芯片是基于玻璃、硅、聚合物等衬底材料，这些材料价格相对昂贵、用于微加工时过程相对复杂；(2)反应所需微通道较长、微混合器设计细致精准，这给芯片微加工过程增加了难度；(3)整个装置系统尺寸仍较大、系统中常使用的PMT光学检测器不仅需要高电压，而且体积较大；(4)大多数流动化学发光微流控芯片系统需要外置泵用于液体操控，而且还需要一些外置管道用于连接芯片通道和泵。以上这些缺点极大地限制了微流控芯片流动化学发光的普及应用。目前，无需外置泵流体驱动的微流控芯片系统已受到研究者们关注。然而，直到现在，我们还没有发现仅仅依靠重力/毛细力驱动流体的流动化学发光检测分析系统的报道。
2007年以来，纸芯片(也称微流控纸基分析装置、纸基微流控技术、图案化纸基装置)的研究日益引起人们的关注。许多检测方法已应用到纸芯片上以实现重金属或重金属离子的检测，比如比色法、荧光法、电化学法、电致化学发光法、电色谱分离法、距离测量法、以及采用时间作为分析信号报读法。然而，到目前为止，在纸芯片上还未曾发现化学发光方法检测重金属或重金属离子的报道。在纸芯片中，毛细流动速度相当缓慢。根据毛细流动特征，流体通过多孔纸纤维时，毛细力从一个区域到达另一区域的流速将随着流动时间的延长越来越小。这样的流速通常不能用来触发需要快速溶液混合的化学发光体系(如重金属离子催化氧化剂氧化发光剂的化学发光体系)。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，该纸芯片无需外置泵驱动流体流动、无需外接管道，装置简单、实用、廉价。
本发明的另一目的在于提供上述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片的制备方法，该方法简单、易于操作。
本发明的再一目的在于提供上述的纸芯片重力/毛细力驱动流体的流动化学发光(gravity/capillaryflowchemiluminescence,GCF-CL)在检测重金属离子中的应用，其可以实现水溶液中微量重金属离子的快速检测，灵敏且选择性高。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，该纸芯片分为疏水区和亲水区，亲水区又分为加样区、检测区和流体通道区三个部分；在使用时，该纸芯片要紧贴放置在一个支架上，该支架的倾斜部分(即支架倾斜面)与水平面形成一个夹角，放置后加样区和流体通道区应在支架倾斜面上，而检测区在支架的水平部分上；
所述支架的倾斜面和水平部分上与纸芯片亲水区域对应的位置是被挖空的，以保证充分的重力/毛细流动；
设支架倾斜面与水平面形成的夹角为θ，需满足0°<θ<90°，夹角优选30°。
上述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片的制备方法，包括如下步骤：
(a)使用绘图软件设计出纸芯片亲水区域的图案，然后制成网板；
(b)将网板紧贴在纸片上，并在网板上涂蜡，且用平滑器具均匀用力碾磨；碾磨后将纸片和网板一同放在加热板上加热数秒，蜡渗透在纸片中形成疏水区域，纸片的其他区域即为亲水区域；将纸片与网板从加热板上取下，剥离纸片，得到蜡网印纸芯片；
(c)按纸芯片上检测区与流体通道区的分界处折叠，然后固定在支架上，加样区和流体通道区在支架倾斜面上，检测区在支架水平部分上，得到重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片；
所述的绘图软件优选AdobeIllustratorCS5；所述纸片优选Whatman1号层析纸。
上述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片可用于重金属离子的检测；
所述的重金属离子是指Hg(II)、Pb(II)、Cr(III)、Cu(II)、Ni(II)、Co(II)和Fe(II)等；Hg(II)是指二价的汞离子，其他的与此类同；
上述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片在检测重金属离子中的应用，包括以下步骤：
(a)将固定着纸芯片的支架放进暗箱中，纸芯片检测区正对准CCD相机的宏观镜头，调节CCD相关参数和焦距，使成像最清晰；
(b)将含有重金属离子的测试液滴加到检测区中心位置，紧接着将过量的底液滴加到加样区以用来触发化学发光；在重力和纸纤维毛细力共同作用下，化学发光底液向下流动，数秒后以较高流速进入检测区与测试液混合，从而触发化学发光；
(c)采用CCD相机视频成像化学发光过程，并通过VGIF(http://video-to-gif.watermark-software.com/)、MatlabR2012a(MathWorkscompany,USA)开发的图像自动处理程序、AdobePhotoshopCS4，以及Origin7.0(MicrocalSoftwareInc.,Newark,USA)对成像数据进行分析；
所述的含有重金属离子的测试液的配制方法，是将重金属离子的标准溶液储备液用去离子水稀释到所需浓度，然后与等体积的、含有掩蔽剂和增敏剂溶液均匀混合，再调节其pH值1.5-4.5，以制得测试液；
所述的掩蔽剂为乙二胺四乙酸(EDTA)或柠檬酸铵，优选乙二胺四乙酸(EDTA)；
所述的增敏剂为溴化钾(KBr)或邻啡啰啉，优选溴化钾(KBr)；
测试液中，掩蔽剂浓度优选10mM以下；pH值优选3.0；增敏剂浓度优选0.75M；
所述的化学发光底液的配制方法，是用TE缓冲液配制3-27mM的发光剂溶液和0.2-1.4M的氧化剂溶液，然后将发光剂溶液和氧化剂溶液等体积均匀混合，调节其pH值为10.0-13.0，制得底液；
所述的发光剂是指鲁米诺(Luminol)或光泽精，优选鲁米诺(Luminol)；
所述的氧化剂是指H2O2或高锰酸钾，优选H2O2；
底液中，发光剂浓度优选9mM；氧化剂浓度优选0.4M；pH值优选11.5；
所述的CCD相机购自广州市明美科技有限公司，型号为MC15。
本发明的基本原理是：Hg(II)、Pb(II)、Cr(III)、Cu(II)、Ni(II)、Co(II)和Fe(II)等重金属离子对一些基于发光剂-氧化剂的化学发光反应通常有良好的催化作用。当发光剂和氧化剂过量时，反应体系的化学发光强度一般在若干个数量级范围内与金属离子浓度成正比。以Cr(III)-Luminol-H2O2-EDTA-KBr体系为例，Cr(III)在碱性介质中对Luminol-H2O2体系具有线性催化作用，以EDTA掩蔽剂消除其他金属离子的干扰，从而能对Cr(III)进行选择性的定量分析。另外，KBr可以增强Cr(III)催化H2O2氧化Luminol反应的化学发光信号，而Cr(III)浓度变化时，增强作用基本保持不变。
本发明巧妙地将纸芯片、重力/毛细力流体驱动、重金属离子催化氧化剂氧化发光剂的化学发光等技术有机集成，实现一种纸芯片GCF-CL方法，并对重金属离子进行定量检测，其示意图如图1所示。
本发明相比于现有技术具有如下优点和效果：
1、本发明的纸芯片和检测方法与传统的流动化学发光相比，无需采用任何价格昂贵的泵装置(精密注射泵、蠕动泵等)来驱动液体流动。本发明仅通过液体自然的重力以及纸纤维空隙的毛细力来驱动液体流动。
2、本发明的纸芯片和检测方法使用的重力/毛细力流体驱动与传统流体驱动方法相比，显著的优势之一是基于重力加速运动的特性，液体流速随流体通道长度的延长越来越快，适合需要快速液体流动的应用场合；优势之二是重力/毛细力流体驱动的有机耦合无需对衬底材料进行化学处理，因此本发明使用的重力/毛细力液流驱动方法具有简单、廉价、易于使用、便携且现场即时使用等优点。
3、本发明的纸芯片和检测方法使用的芯片与传统衬底(如硅、玻璃等)的芯片相比，纸芯片材料具有廉价、生物兼容性好、亲水性好、可废弃等优点，而且其加工方法简单、快速、廉价、环保、并可批量生产。因此，本发明的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片非常符合分析设备大众化、家庭化这一发展趋势。
4、本发明的纸芯片和检测方法中，纸芯片的良好弹性允许其沿着流体通道区与检测区相接处的折线自由折叠，这不仅能很好地保证折叠角度与支架两叶片夹角完全一致，而且能通过折叠角(注：芯片适当放置时，折叠角也是流体通道相对于水平面的倾斜角)来控制底液在流体通道中的流动。
5、本发明的纸芯片和检测方法中，测试液滴加到检测区后立即将底液滴加到加样区以触发化学发光，底液经流体通道流到检测区接近3秒，化学发光经触发后整个反应过程持续约15s，完成检测分析时间小于20s。事实上，化学发光经触发后在1s内达到最大发光值，因此就考察最大发光值而言，从重金属离子测试液滴加到检测的分析速度极快。本方明方法适用于水样品中重金属离子的快速、灵敏、定量分析。
6、本发明检测方法所描述的操作流程简单，不需要专业人员操作。
7、本发明的纸芯片和检测方法减少了环境污染，检测完成后纸芯片可通过燃烧方法处理掉。
8、本发明检测方法的化学发光体系具有稳定性好、动态范围宽等优点，能够直接检测环境水中重金属离子，这在环境监测、食品安全检测等领域具有极其重要的研究意义。
附图说明
图1是纸芯片GCF-CL方法示意图。
图2是纸芯片沿一定折线折叠前的亲水区域图案。
图3是蜡网印纸芯片实物图(含有8个单元的亲水区域和蜡疏水区域)。
图4是纸芯片GCF-CL成像传感示意图；其中，1为暗箱、2为CCD相机、3为宏观镜头、4为转轴1、5为纸芯片、6为塑料板A、7为塑料支架、8为接至电脑的USB信号线、9为塑料板B、10为转轴2、11为塑料板D、12为塑料板E、13为调节螺丝、14为滑轮、15为塑料板C、16为倾斜角度θ(0°<θ<90°)。
图5是在毛细力作用下(即流体通道区水平放置时)纸芯片通道尺寸与流动时间的关系图。
图6是在重力/毛细力作用下(即流体通道区与水平面成30°倾斜角度)纸芯片通道尺寸与流动时间的关系图。
图7是纸芯片流体通道倾斜角度与流动时间的关系图。
图8是测试液体积与GCF-CL相对光强度的关系图。
图9是底液体积与GCF-CL相对光强度的关系图。
图10是流体通道倾斜角度与GCF-CL相对光强度的关系图。
图11是EDTA浓度与GCF-CL相对光强度的关系图。
图12是底液pH值与GCF-CL相对光强度的关系图。
图13是测试液pH值与GCF-CL相对光强度的关系图。
图14是Luminol浓度与GCF-CL相对光强度的关系图。
图15是H2O2浓度与GCF-CL相对光强度的关系图。
图16是KBr浓度与GCF-CL相对光强度的关系图。
图17是去离子水中Cr(III)浓度与GCF-CL相对光强度的关系图。
图18是1mMEDTA条件下五种典型干扰离子浓度1倍、3倍或5倍于50μg/mLCr(III)时的GCF-CL相对光强度。
图19是10mMEDTA条件下五种典型干扰离子浓度10倍、30倍或50倍于50μg/mLCr(III)时的GCF-CL相对光强度。
图20是10mMEDTA条件下Ni(II)离子浓度50倍、100倍、500倍或1000倍于1或5μg/mLCr(III)浓度时的GCF-CL相对光强度。
图21是四种水中含有1或5μg/mLCr(III)时的GCF-CL相对光强度。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片的制备方法，包括如下步骤：
(a)使用AdobeIllustratorCS5软件设计出纸芯片亲水区域和疏水区域图案(图2)。图案上亲水区域包括加样区[4mm(长)×5mm(宽)]、流体通道区[10,15或20mm(长)×3,4或5mm(宽)]和检测区然后，基于这些图案，由广州联畅印刷器材店加工制成300目网纱网板。
(b)Whatman1号层析纸(200mm×200mm)被裁剪成数个大小为60mm×90mm的纸片，然后将网板紧贴在纸片上；用紫色蜡笔在网板上涂刷，且进一步用平滑碾磨勺均匀用力碾磨；碾磨后将纸和网板一同放在温度设置为85℃的加热板(型号YH-946B)上加热大约5秒(带纸片的一面朝向加热板)，蜡渗透在纸片中形成疏水区域，其他区域则是亲水区域。然后，将纸与网板从加热板上取下，剥离得到蜡网印纸芯片，包括8个单元的亲水区域和蜡疏水区域。图3是具有20mm×4mm流体通道区的蜡网印纸芯片实物图。
(c)制成的纸芯片被裁剪成8个含单个亲水区域的芯片，每个纸芯片使用前，首先沿着流体通道区与检测区相接处的折线进行折叠，使得流体通道区与检测区所在水平面的锐角夹角为0°-90°；然后使用双面胶将纸芯片固定在一个PET塑料支架上，组装成可用于GCF-CL的微流控装置。
该装置进行CL检测时，纸芯片检测区被放置到暗箱中CCD相机宏观镜头正下方(图4)。正如图4下方所示，塑料支架上位于纸芯片亲水区域下方是被切割成中空的，以保证充分的重力/毛细流动；纸芯片检测区背面正朝着水平放置的塑料板A、加样和流体通道区背面朝着塑料板B；相对于水平放置塑料板C而言，塑料板B倾斜角度θ(0°＜θ＜90°)可通过转轴1调节。与此同时，由塑料板D、塑料板E以及调节螺丝组成的支撑物能够通过转轴2在一滑轮上自由移动，这一方面用于稳固塑料板B，另一方面实现倾斜角度θ的自由调节。
在倾斜角度θ等于0°和30°时，在上述不同尺寸流体通道的纸芯片加样区滴加40μL胭脂红溶液，通过电子秒表记录胭脂红溶液从加样区经过流体通道区流到检测区并均匀分布所需要的时间，每个实验重复5次做统计，其测试结果分别如图5和图6所示。一方面，流体通道宽度一定时，通道越长，溶液流过它所需要的时间越长；长度一定时，通道越宽，溶液流过它所需要的时间也就越长。另一方面，对于溶液在相同流体通道中流动，倾斜角度θ为30°时重力/毛细流动时间(图6)要比倾斜角度θ为0°时毛细流动时间(图5)短得多。
优选出两种具有不同流体通道的纸芯片，其通道的宽度×长度分别为5mm×15mm和4mm×20mm，在加样区滴加40μL胭脂红溶液，倾斜角度θ分别调为5°、10°、15°、20°和30°，通过电子秒表记录胭脂红溶液从加样区流到检测区并均匀分布所需要的时间，每个实验重复8次做统计，其测试结果如图7所示。倾斜角度越小，溶液流动时间越长；流体通道为4mm×20mm的纸芯片能够获得相对短的流动时间。一般来讲，一个适当长时间需要来关闭暗箱门，一个尽可能小的流体通道区用来减少试剂消耗，以及一个相对快的流动速度用来执行GCF-CL反应。基于这些考虑，本发明方法优选流体通道宽度为4mm、长度为20mm的纸芯片来进行GCF-CL检测。
实施例2
实施例1的纸芯片GCF-CL在检测Cr(III)中的应用，包括如下步骤：
(a)将组装有纸芯片的塑料支架放进暗箱中，纸芯片检测区正对准CCD相机(型号MC15)的宏观镜头(型号M1614-MP)，调节CCD相关参数(如曝光时间、蓝色光增益等)和焦距，使成像最清晰。
(b)5-50μL含有Cr(III)的测试液滴加到纸芯片检测区中心位置，紧接着将10-45μL化学发光底液滴加到纸芯片加样区以用来触发GCF-CL反应。
(c)采用CCD相机视频成像GCF-CL过程，视频成像参数为每秒15帧、比特率为3000，并通过VGIF(http://video-to-gif.watermark-software.com/)软件处理暗箱关闭至化学发光结束期间的成像视频，每100ms截取一张图片。然后，所得的批量图片经过MatlabR2012a(MathWorkscompany,USA)开发的图像自动处理程序来分析，从而得到化学发光强度最大的的图片。接着，采用AdobePhotoshopCS4、Matlab软件分别截取和分析图片上包含有化学发光区域的、500像素×500像素的正方形区域，以得到相对光强度(即灰度值)。最后，采用Origin7.0(MicrocalSoftwareInc.,Newark,USA)对相对光强度进行数据分析。
测试液配制：将1000μg/mLCr(III)标准储备液用水(除非指出，否则所用水为去离子水)稀释到所需浓度(0-1000μg/mL)，然后与等体积含EDTA(0-50mM)的KBr(0-3M)溶液均匀混合，再调节pH值为1.5-4.5，以制得GCF-CL测试液。
底液配制：用TE缓冲液配置浓度为3-27mM的Luminol溶液以及浓度为0.2-1.4mMH2O2溶液，然后Luminol溶液和H2O2溶液等体积均匀混合，再调节pH值为10.0-13.0，以制得GCF-CL底液。
现以检测区中Cr(III)浓度50μg/mL、EDTA浓度1mM、KBr浓度0.75M，以及加样区中Luminol浓度1.5mM、H2O2浓度0.2M为例，采用GCF-CL检测过程来测试GCF-CL相对光强度分别与测试液体积(图8)、底液体积(图9)以及纸芯片流体通道倾斜角度(图10)之间的关系。在这些测试例子中，流体通道倾斜角度、测试液体积和/或底液体积分别固定为15°、30μL和/或30μL。
从图8可以看出，在流体通道倾斜角度(15°)和底液体积(30μL)保持不变时，纸芯片检测区中测试液体积从5μL逐渐增大到30μL，对应的CL相对光强度大约从36.4逐渐增大到107.5；当测试液体积大于30μL时，相应的CL相对光强度减弱。小体积(如5μL)测试液仍然具有较高的光强度，因此本发明方法可以进行不同测试液体积的GCF-CL检测。鉴于其发光强度最大，本发明方法30μL优选为测试液体积。
从图9可以看出，在流体通道倾斜角度(15°)和测试液体积(30μL)保持不变时，纸芯片加样区中底液体积从10μL逐渐增大到30μL，对应的CL相对光强度大约从0.01增大到114.8。10μL底液不能将纸芯片流体通道充满，因而没有底液流到检测区来触发GCF-CL。另外，当底液体积大于30μL时，相应的CL相对光强度开始减少。鉴于其发光强度最大，本发明方法30μL优选为底液体积。
从图10可以看出，纸芯片流体通道倾斜角度为0°时，CL相对光强度几乎为0；随着流体通道倾斜角度从0°逐渐增大到30°，CL相对光强度逐渐增大。然而，继续增加流体通道倾斜角度时，相应的CL相对光强度几乎保持不变。鉴于此，本发明方法优选纸芯片流体通道倾斜角度为30°。
实施例3
对影响实施例2中纸芯片GCF-CL发光强度的若干重要因素(测试液和底液pH值、成分浓度)进行优选
a)优选EDTA浓度
1、30μL测试液成分：Cr(III)浓度为50μg/mL、KBr浓度为0.75M、EDTA浓度待定、pH3.0；30μL底液成分：Luminol浓度为9mM、H2O2浓度为0.4M、pH11.5。
2、设置若干组实验：GCF-CL测试液中EDTA的浓度设置为几个不同值(0mM、1mM、5mM、10mM、15mM、20mM、25mM)。
3、纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，测试结果如图11所示。
从实验结果可以看出：当EDTA浓度大于10mM时，化学发光强度受到一定抑制，而EDTA浓度为1mM、5mM和10mM时，对应的GCF-CL相对光强度几乎和无EDTA时的一样。因此，不大于10mMEDTA可用来屏蔽外源重金属离子的干扰。比如，低浓度EDTA可用来屏蔽较低外源重金属离子对GCF-CL干扰，而高浓度EDTA可用来屏蔽较高外源重金属离子对GCF-CL干扰。
b)优选底液pH值
1、30μL测试液成分：Cr(III)浓度为50μg/mL、KBr浓度为0.75M、EDTA浓度选1mM、pH3.0；30μL底液成分：Luminol浓度为9mM、H2O2浓度为0.4M、pH值待定。
2、设置若干组实验：GCF-CL底液pH设置为几个不同值(10.0、10.5、11.0、11.5、12.0、12.5、13.0)。
3、纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，测试结果如图12所示。
从实验结果可以看出：当底液pH值为11.5，纸芯片GCF-CL相对光强度最大；pH值超过11.5时，CL相对光强度随pH值增大而减少。
c)优选测试液pH值
1、30μL测试液成分：Cr(III)浓度为50μg/mL、KBr浓度为0.75M、EDTA浓度选1mM、pH值待定；30μL底液成分：Luminol浓度为9mM、H2O2浓度为0.4M、pH11.5。
2、设置若干组实验：GCF-CL测试液pH设置为几个不同值(1.5、2.0、2.5、2.75、3.0、3.25、3.5、4.0、4.5)。
3、纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，测试结果如图13所示。
从实验结果可以看出：当测试液pH值为3.0，纸芯片GCF-CL相对光强度最大；pH值超过3.0时，CL相对光强度随pH值增大而减少。
d)优选Luminol浓度
1、30μL测试液成分：Cr(III)浓度为50μg/mL、KBr浓度为0.75M、EDTA浓度选1mM、pH3.0；30μL底液成分：Luminol浓度待定、H2O2浓度为0.4M、pH11.5。
2、设置若干组实验：GCF-CL底液中Luminol的浓度设置为几个不同值(1.5mM、4.5mM、7.5mM、9mM、10.5mM、12.0mM、13.5mM)。
3、纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，测试结果如图14所示。
从实验结果可以看出：Luminol浓度为9mM时GCF-CL相对光强度最大，其浓度超过9mM时，随着浓度增大，相对光强度反而减小。
e)优选H2O2浓度
1、30μL测试液成分：Cr(III)浓度为50μg/mL、KBr浓度为0.75M、EDTA浓度选1.0mM、pH3.0；30μL底液成分：Luminol浓度为9mM、H2O2浓度待定、pH11.5。
2、设置若干组实验：GCF-CL底液中H2O2的浓度设置为几个不同值(0.1M、0.2M、0.3M、0.4M、0.5M、0.6M、0.7M)。
3、纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，测试结果如图15所示。
从实验结果可以看出：H2O2浓度为0.4M时GCF-CL相对光强度最大，其浓度超过0.4M时，随着浓度增大，相对光强度反而减小。
f)优选KBr浓度
1、30μL测试液成分：Cr(III)浓度为50μg/mL、KBr浓度待定、EDTA浓度选1mM、pH3.0；30μL底液成分：Luminol浓度为9mM、H2O2浓度为0.4M、pH11.5。
2、设置若干组实验：GCF-CL测试液中KBr的浓度设置为几个不同值(0M、0.25M、0.5M、0.75M、1M、1.25M、1.5M)。
3、纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，测试结果如图16所示。
从实验结果可以看出：KBr浓度为0.75M时GCF-CL相对光强度最大，其浓度超过0.75M时，随着浓度增大，相对光强度反而减小。
实施例4
以实施例3摸索到的优选条件进行纸芯片GCF-CL检测检测去离子水中Cr(III)
(a)采用实施例3优选的反应试剂浓度(即测试液中KBr浓度为0.75M、EDTA浓度选1mM；底液中Luminol浓度为9mM、H2O2浓度0.4M)。另外，底液和测试液pH值分别为11.5和3.0。
(b)设置若干组实验：GCF-CL测试液中Cr(III)的浓度设置为几个不同值(0μg/mL、0.025μg/mL、0.5μg/mL、0.75μg/mL、5μg/mL、50μg/mL、500μg/mL)。
(c)取测试液和底液体积都为30μL，纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，检测结果见图17。
从结果可以看出：GCF-CL相对光强度随着Cr(III)浓度升高而增大。Cr(III)浓度从0.025μg/mL变化到500μg/mL时，GCF-CL相对光强度与Cr(III)浓度的对数呈一定线性关系(Y＝53.70X+86.52)。根据图17所示Cr(III)检测的校正曲线以及未加Cr(III)时的空白值加上其标准偏差三倍作为GCF-CL相对光强度，算出本发明方法对离子水中Cr(III)的检测极限为0.024μg/mL。
结合图7的纸芯片流体通道倾斜角度与流动时间关系的测试结果可知：当芯片流体通道倾斜角度为30°时，GCF-CL底液从加样区流到检测区2-3秒，整个化学发光反应过程持续约15s，完成Cr(III)成像检测所需时间(包括测试液和底液添加时所用时间)小于20s。实际上，化学发光经触发后达到最大发光值小于1s，因此就获得最大发光值而言，从测试液滴加到成像检测的分析速度极快。因此，本方明方法适用于水样品中Cr(III)的快速、灵敏、定量分析。另外，从图17可以看出，本发明方法可以实现较宽范围的Cr(III)定量检测，且具有良好的线性。
实施例5
外源金属离子对纸芯片GCF-CL检测Cr(III)的干扰性评价
(a)采用实施例3优选的测试液中KBr浓度为0.75M、EDTA浓度为1mM或10mM；底液中Luminol浓度为9mM、H2O2浓度为0.4M。另外，底液和测试液pH值分别为11.5和3.0。
(b)设置3组实验来评价外源金属离子(即干扰离子)对纸芯片GCF-CL检测Cr(III)的干扰性。第1组实验：测试液中EDTA浓度为1mM，外源金属离子(Na(I)、Cu(II)、Pb(II)、Ni(II)或Cd(II))浓度0倍、1倍、3倍或5倍于50μg/mLCr(III)浓度；第2组实验：测试液中EDTA浓度为10mM，外源金属离子(Na(I)、Cu(II)、Pb(II)、Ni(II)或Cd(II))浓度0倍、10倍、30倍或50倍于50μg/mLCr(III)浓度；第3组实验：测试液中EDTA浓度为10mM，外源Ni(II)干扰离子浓度0倍、50倍、100倍、500倍或1000倍于1或5μg/mLCr(III)浓度。
(c)取测试液和底液体积都为30μL，纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2。第1、第2和第3组实验的测试结果分别如图18、图19和图20所示。
在无干扰离子(即0倍于Cr(III)浓度)的情况下，Cr(III)测试的标准偏差设为s。如果测试液中干扰离子对GCF-CL相对光强度的影响小于±3s时，本发明方法则认为外源金属离子对GCF-CL检测无干扰。鉴于此，图18表明在EDTA浓度为1mM时，浓度1倍于50μg/mLCr(III)的各种外源金属离子都对GCF-CL检测无干扰。然而，除Na(I)之外，浓度5倍于50μg/mLCr(III)的表现出对GCF-CL检测都有明显干扰。图19表明当EDTA浓度提高为10mM时，浓度10倍于50μg/mLCr(III)的外源金属离子对GCF-CL检测无干扰。然而，除Na(I)之外，浓度50倍于50μg/mLCr(III)的对GCF-CL检测有明显干扰。图20表明当测试液中Cr(III)浓度减少到5μg/mL时，10mMEDTA能使得浓度100倍于5μg/mLCr(III)的外源Ni(II)离子对GCF-CL检测无干扰；进一步减少测试液中Cr(III)浓度为1μg/mL时，10mMEDTA能使得浓度500倍于1μg/mLCr(III)的外源Ni(II)离子对GCF-CL检测无干扰。这些结果表明本发明方法能够对具有不同外源金属离子干扰程度的Cr(III)实现高选择性检测。
实施例6
纸芯片GCF-CL检测不同水样中Cr(III)
(a)采用实施例3优选的测试液中KBr浓度为0.75M、EDTA浓度为5mM；底液中Luminol浓度为9mM、H2O2浓度为0.4M。另外，底液和测试液pH值分别调为11.5和3.0。
(b)设置2组实验来验证纸芯片GCF-CL检测不同水样中Cr(III)：第1组实验：采用去离子水、纯净水、自来水和矿山水制备测试液，其中添加Cr(III)浓度为1μg/mL；第2组实验：采用去离子水、纯净水、自来水和矿山水制备测试液，其中添加Cr(III)浓度为5μg/mL。
(c)取测试液和底液体积都为30μL，纸芯片GCF-CL检测过程同实施例2，检测结果见图21。从结果可以看出：相比于去离子水制备的Cr(III)测试液(对照实验)，纯净水、自来水和矿山水制备的Cr(III)测试液表现出与对照实验几乎相同的相对发光强度，因此本发明方法能够检测不同水样中的Cr(III)。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，其特征在于：该纸芯片分为疏水区和亲水区，亲水区又分为加样区、检测区和流体通道区三个部分；在使用时，该纸芯片要紧贴放置在一个支架上，支架倾斜面与水平面形成一个夹角，放置后加样区和流体通道区应在支架倾斜面上，而检测区在支架的水平部分上。
2.根据权利要求1所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，其特征在于：所述支架的倾斜面和水平部分上与纸芯片亲水区域对应的位置是被挖空的。
3.根据权利要求1所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片，其特征在于：所述的支架倾斜面与水平面形成的夹角为θ，需满足0°<θ<90°。
4.权利要求1-3任一项所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)使用绘图软件设计出纸芯片亲水区域的图案，然后制成网板；
(b)将网板紧贴在纸片上，并在网板上涂蜡，且用平滑器具均匀用力碾磨；碾磨后将纸片和网板一同放在加热板上加热数秒，蜡渗透在纸片中形成疏水区域，纸片的其他区域即为亲水区域；将纸片与网板从加热板上取下，剥离纸片，得到蜡网印纸芯片；
(c)按纸芯片上检测区与流体通道区的分界处折叠，然后固定在支架上，加样区和流体通道区在支架倾斜面上，检测区在支架水平部分上，得到重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片。
5.权利要求1-3任一项所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片在重金属离子检测中的应用。
6.根据权利要求5所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片在重金属离子检测中的应用，其特征在于：所述的重金属离子是指Hg(II)、Pb(II)、Cr(III)、Cu(II)、Ni(II)、Co(II)和Fe(II)。
7.根据权利要求5所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片在重金属离子检测中的应用，其特征在于包括以下步骤：
(a)将固定着纸芯片的支架放进暗箱中，纸芯片检测区正对准CCD相机的宏观镜头，调节CCD相关参数和焦距，使成像最清晰；
(b)将含有重金属离子的测试液滴加到检测区中心位置，紧接着将过量的底液滴加到加样区以用来触发化学发光；
(c)采用CCD相机视频成像化学发光过程，并通过VGIF、MatlabR2012a开发的图像自动处理程序、AdobePhotoshopCS4，以及Origin7.0对成像数据进行分析。
8.根据权利要求7所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片在重金属离子检测中的应用，其特征在于：
所述的含有重金属离子的测试液的配制方法，是将重金属离子的标准溶液储备液用去离子水稀释到所需浓度，然后与等体积的、含有掩蔽剂和增敏剂溶液均匀混合，再调节其pH值1.5-4.5，以制得测试液；
所述的掩蔽剂为乙二胺四乙酸或柠檬酸铵；
所述的增敏剂为溴化钾或邻啡啰啉。
9.根据权利要求7所述的重力/毛细力耦合驱动流体的纸芯片在重金属离子检测中的应用，其特征在于：
所述的化学发光底液的配制方法，是用TE缓冲液配制3-27mM的发光剂溶液和0.2-1.4M的氧化剂溶液，然后将发光剂溶液和氧化剂溶液等体积均匀混合，调节其pH值为10.0-13.0，制得底液；
所述的发光剂是指鲁米诺或光泽精；
所述的氧化剂是指H2O2或高锰酸钾。
CN201510861233.5A 2015-11-30 2015-11-30 一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法 Pending CN105372233A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510861233.5A CN105372233A (zh) 2015-11-30 2015-11-30 一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510861233.5A CN105372233A (zh) 2015-11-30 2015-11-30 一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105372233A true CN105372233A (zh) 2016-03-02

Family

ID=55374623

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510861233.5A Pending CN105372233A (zh) 2015-11-30 2015-11-30 一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105372233A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106525823A (zh) * 2016-11-23 2017-03-22 航天神舟生物科技集团有限公司 一种微流控纸芯片及化学发光免疫检测方法
CN106546578A (zh) * 2016-10-28 2017-03-29 华南师范大学 含蜡坝的重力/毛细流布芯片及其在葡萄糖传感中的应用
CN106996929A (zh) * 2017-03-10 2017-08-01 广州军区广州总医院 集成化的电化学发光纸质微流控芯片及其制备方法与应用
CN107233942A (zh) * 2017-05-09 2017-10-10 南京大学 一种快速导流和物质输运的纸芯片及其制法和用途
CN108940389A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 东南大学 基于激光打印的纸基微流控芯片及其制备方法和应用
CN113289701A (zh) * 2021-05-21 2021-08-24 合肥工业大学 一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501981A (en) * 1988-11-25 1996-03-26 Sievers Instruments, Inc. Method and apparatus for chemiluminescent detection of sulfur
CN104090117A (zh) * 2014-07-10 2014-10-08 大连理工大学 基于sers检测瘦肉精类物质的开关控制型纸质微流控芯片
CN203949878U (zh) * 2014-06-06 2014-11-19 福建医科大学 一种用于葡萄糖、尿酸、乳酸同时检测的纸基微流控芯片
CN104198469A (zh) * 2014-09-24 2014-12-10 华南师范大学 双性电极电致化学发光纸基微流控芯片及其成像传感应用
CN104502332A (zh) * 2014-12-05 2015-04-08 苏州国环环境检测有限公司 一种检测水中氯离子浓度的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5501981A (en) * 1988-11-25 1996-03-26 Sievers Instruments, Inc. Method and apparatus for chemiluminescent detection of sulfur
CN203949878U (zh) * 2014-06-06 2014-11-19 福建医科大学 一种用于葡萄糖、尿酸、乳酸同时检测的纸基微流控芯片
CN104090117A (zh) * 2014-07-10 2014-10-08 大连理工大学 基于sers检测瘦肉精类物质的开关控制型纸质微流控芯片
CN104198469A (zh) * 2014-09-24 2014-12-10 华南师范大学 双性电极电致化学发光纸基微流控芯片及其成像传感应用
CN104502332A (zh) * 2014-12-05 2015-04-08 苏州国环环境检测有限公司 一种检测水中氯离子浓度的方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AZADEH NILGHAZ ET AL.: "Flexible microfluidic cloth-based analytical devices using a low-cost wax patterning technique", 《LAB ON A CHIP》 *
SERENA LASCHI ET AL.: "A new gravity-driven microfluidic-based electrochemical assay coupled to magnetic beads for nucleic acid detection", 《ELECTROPHORESIS》 *
苏政权 等: "《卫生化学》", 31 July 2008, 科学出版社 *
蒋艳 等: "微流控纸芯片的加工技术及其应用", 《化学进展》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106546578A (zh) * 2016-10-28 2017-03-29 华南师范大学 含蜡坝的重力/毛细流布芯片及其在葡萄糖传感中的应用
CN106546578B (zh) * 2016-10-28 2019-08-30 华南师范大学 含蜡坝的重力/毛细流布芯片及其在葡萄糖传感中的应用
CN106525823A (zh) * 2016-11-23 2017-03-22 航天神舟生物科技集团有限公司 一种微流控纸芯片及化学发光免疫检测方法
CN106525823B (zh) * 2016-11-23 2019-02-15 航天神舟生物科技集团有限公司 一种微流控纸芯片及化学发光免疫检测方法
CN106996929A (zh) * 2017-03-10 2017-08-01 广州军区广州总医院 集成化的电化学发光纸质微流控芯片及其制备方法与应用
CN107233942A (zh) * 2017-05-09 2017-10-10 南京大学 一种快速导流和物质输运的纸芯片及其制法和用途
CN108940389A (zh) * 2018-06-29 2018-12-07 东南大学 基于激光打印的纸基微流控芯片及其制备方法和应用
CN113289701A (zh) * 2021-05-21 2021-08-24 合肥工业大学 一种可用于电化学检测的免泵式微流控芯片及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105372233A (zh) 一种纸芯片重力/毛细流动化学发光方法
CN105344391A (zh) 一种布芯片重力/毛细流动化学发光方法
Jokerst et al. Advances in microfluidics for environmental analysis
US8440148B2 (en) Microfluidic device and microfluidic analysis equipment
Gu et al. Droplet-based microfluidics for dose–response assay of enzyme inhibitors by electrochemical method
JP4375183B2 (ja) マイクロチップ
FI935128A (fi) Samtidiga maongfaldiga bestaemningar
CN105973823A (zh) 基于微流控芯片紫外可见吸收检测系统及其检测方法
KR101409065B1 (ko) 전기화학적 검출을 위한 전기영동칩
Frantz et al. Quantitative hematocrit measurement of whole blood in a point-of-care lateral flow device using a smartphone flow tracking app
Som-Aum et al. Determination of chromium (III) and total chromium using dual channels on glass chip with chemiluminescence detection
Su et al. Capillary electrophoresis microchip coupled with on-line chemiluminescence detection
Nagy et al. Interfacing microfluidic chip-based chromatography with flame atomic absorption spectrometry for the determination of chromium (VI)
US11491487B2 (en) Devices and methods for measuring analytes and target particles
Zhu et al. Continuous monitoring of bisulfide variation in microdialysis effluents by on-line droplet-based microfluidic fluorescent sensor
US20050282287A1 (en) Apparatus for effecting chemical separation and plural-point sers detection using metal-doped sol-gels
Mavrakis et al. Chip-based microfluidics on-line with inductively coupled plasma-mass spectrometry for standard dilution analysis
Ohashi et al. On-chip antibody immobilization for on-demand and rapid immunoassay on a microfluidic chip
Bathany et al. An electrochemical-sensor system for real-time flow measurements in porous materials
Bevanda et al. Flow injection analysis toward green analytical chemistry
Pérez-Bendito et al. Automated kinetic-based determinations for routine analysis: recent developments
US20240125699A1 (en) Microfluidic ion detection chip having bubble brightening structure, and detection method thereof
Xu et al. Distance readout of Al content with naked eyes on a cotton thread
KR101048858B1 (ko) 개방형 그루브 채널 칩
CN116559138B (zh) 一种体液大麻的快速检测方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20160302