CN105424629A - 微流控芯片及铜离子检测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种微流控芯片及铜离子检测系统，该系统包括：微流控芯片，包括样品检测池、连通于样品检测池一端的三个进样口、以及连通于样品检测池另一端的废液口，所述三个进样口分别为样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口，所述三个进样口和样品检测池之间连通有促进液体混合的混合微通道，所述混合微通道为多次迂回形成的曲折的管道；分光光度计，对样品检测池中铜离子的含量进行实时检测。本发明芯片通道结构具有促进铜样品与锌试剂混合和反应的结构，降低了试剂与样品的用量；芯片还具有类似比色皿检测池结构，可实现在线检测铜离子；检测溶液体系为水溶性，对环境影响小；检测时间短、稳定性较高。

Description

微流控芯片及铜离子检测系统

技术领域

本申请涉及一种检测铜离子含量的装置，特别是涉及一种微流控芯片及铜离子检测系统。

背景技术

铜是一种生命必须的过渡金属，除了铁和锌，铜是人体中的第三个最丰富的软过渡金属离子。在一定的浓度下铜对各种生物过程起着十分重要的作用。铜作为一种人体必须的营养物质，每天的摄入量不得高于0.9mg，美国环保署规定饮用水中的铜浓度安全限值为1.3ppm。短期暴露在高浓度的铜环境下会引起肠胃不适，长期接触则会对肝脏造成损害，有报道指出铜被认为是造成儿童肝脏损害的罪魁祸首(Chem.Commun,2010,46:1257-1259)。铜也会对其他一些生物造成剧毒影响，例如某些藻类、真菌，铜可以通过芬顿反应或者β淀粉样蛋白纤维中可溶性铜的积累刺激高度活性氧的产生，而这种高度活性氧又会诱发阿尔茨海默氏病的发展(J.Am.Chem.Soc.2006,128:11370-11371)。铜污染的来源广泛，包括冶炼、金属加工、机器制造、有机合成及其他工业，近些年我国频繁发生突发铜污染事件，如2010年发生的福建省紫金矿业紫金山铜矿污染事件，2011年发生的江西铜业德兴铜矿污染事件、江西铜业贵溪冶炼厂污染事件等。

铜离子含量是水质检测的一项重要指标，是常规检测项目之一，检测频率较高。《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中总铜最高允许排放浓度为0.5mg/L，《污水综合排放标准》GB8978-1996中总铜最高允许排放浓度，一级标准为0.5mg/L。

目前铜离子检测方法主要有：分光光度法、原子吸收法、流动注射法、电化学分析法、x荧光分析、离子色谱法。大部分检测方法操作复杂、仪器昂贵、设备大型而不适用于现场检测，此外还需专业人员进行操作。分光光度法以其操作单元简单、检测成本低被广泛用于各种微量及痕量组分的分析，分光光度计可以做成便携式，如果配合合适的显色体系，会对重金属的现场快速检测产生十分重要的意义。水质国标法中是用二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法测定水质中的铜，但该方法涉及到萃取显色，会对环境产生二次污染。

因此建立一种简单、快速、有效、便携、绿色环保的铜离子检测方法非常必要。

微流控芯片又称芯片实验室(Lab-on-a-chip)或微全分析系统(Micro-totalAnalysisSystem，μTAS)，可把各种基本操作单元(细胞培养、分选、裂解、样品制备、反应、分离、检测等)集成到一个只有几平方厘米的芯片上，因具有微型化、集成化、自动化、试剂消耗少、分析速度快等优点，已广泛用于环境监测、分析化学、合成化学、临床诊断、生物技术、药物筛选等领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微流控芯片及铜离子检测系统，该方法使用混合检测用微流控芯片作为载体进行铜离子的混合显色反应，利用分光光度法进行检测。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开了一种铜离子检测系统，包括：

微流控芯片，包括样品检测池、连通于样品检测池一端的三个进样口、以及连通于样品检测池另一端的废液口，所述三个进样口分别为样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口，所述三个进样口和样品检测池之间连通有促进液体混合的混合微通道，所述混合微通道为多次迂回形成的曲折的管道；

分光光度计，对样品检测池中铜离子的含量进行实时检测。

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述混合微通道与一进液管道连通，所述缓冲液进样口形成于所述进液管道的末端，所述样品进样口和进液管道之间连通有样品管道，所述显色剂进样口和进液管道之间连通有显色剂管道，所述样品管道和显色剂管道分别垂直于所述进液管道，位于所述样品管道和显色剂管道之间的进液管道为S形曲折的管道。

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述微流控芯片包括上盖板、下盖板、以及形成于所述上盖板和下盖板之间的芯片通道板，所述混合微通道、样品检测池、进液管道、样品管道和显色剂管道形成于所述芯片通道板上，所述三个进样口开设于所述上盖板上，所述废液口开设于所述下盖板上。

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述芯片通道板包括主体部以及凸伸于主体部一侧的延伸部，所述混合微通道、进液管道、样品管道和显色剂管道形成于所述主体部上，所述样品检测池形成于所述延伸部上。

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口的入口处分别设置有驱动装置，该驱动装置分别用以向所述样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口注入铜离子样品、显色剂试剂和缓冲液。

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述驱动装置为微量注射泵、蠕动泵、恒压泵，或微型隔膜泵。

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述显色剂为锌试剂

优选的，在上述的铜离子检测系统中，所述微流控芯片的材质为PMMA。

本申请还公开了一种微流控芯片，包括样品检测池、连通于样品检测池一端的三个进样口、以及连通于样品检测池另一端的废液口，所述三个进样口分别为样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口，所述三个进样口和样品检测池之间连通有促进液体混合的混合微通道，所述混合微通道为多次迂回形成的曲折的管道。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1.该检测方法采用微流控芯片，试剂损耗小，操作简单；

2.微流控芯片通道将样品与显色剂混合、反应及检测集中于一体，可实现在线检测铜离子；

3.将光学检测系统进行自组装实现检测方法的便携性；

4.检测溶液体系为水溶性，对环境影响小；

5.检测时间短、稳定性较高；

6.检测成本低；

7.芯片通道结构具有促进铜样品与锌试剂混合和反应的结构，降低了试剂与样品的用量；

8.芯片还具有类似比色皿检测池结构，可实现在线检测铜离子。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明具体实施例中微流控芯片的俯视图；

图2所示为本发明具体实施例中微流控芯片的立体分解图。

具体实施方式

本系统利用外部驱动力，将含有铜离子的样品与pH一定的缓冲液配制的显色剂，利用混合检测用微流控芯片做载体进行混合显色操作，通过紫外分光光度法进行在线检测混合显色后样品中铜离子的含量。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合图1和图2所示，铜离子检测系统，包括：

微流控芯片，包括样品检测池1、连通于样品检测池一端的三个进样口、以及连通于样品检测池另一端的废液口2，三个进样口分别为样品进样口3、显色剂进样口4和缓冲液进样口5，三个进样口和样品检测池1之间连通有促进液体混合的混合微通道6，混合微通道6为多次迂回形成的曲折的管道；

分光光度计，对样品检测池中铜离子的含量进行实时检测。

在该技术方案中，混合微通道为促进液体混合的阵列结构，典型的是至少三列并排的、具有统一宽度和长度的回形结构。

混合微通道与一进液管道7连通，缓冲液进样口5形成于进液管道7的末端，样品进样口3和进液管道7之间连通有样品管道8，显色剂进样口4和进液管道7之间连通有显色剂管道9，样品管道8和显色剂管道9分别垂直于进液管道7，位于样品管道8和显色剂管道9之间的进液管道为S形曲折的管道10。

微流控芯片包括上盖板11、下盖板12、以及形成于上盖板11和下盖板12之间的芯片通道板13，混合微通道6、样品检测池1、进液管道7、样品管道8和显色剂管道9形成于芯片通道板13上，三个进样口开设于上盖板11上，废液口2开设于下盖板12上。芯片通道板13包括主体部14以及凸伸于主体部一侧的延伸部15，混合微通道、进液管道、样品管道和显色剂管道形成于主体部上，样品检测池形成于延伸部上。

在该技术方案中，上盖板11、下盖板12和芯片通道板13之间键合固定，键合方式为力致粘性膜胶粘键合或热压键合。芯片通道板13可以为单层或双层结构，当为单层时，各通道形成于其表面，当为双层时，各通道形成于双层之间。

样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口的入口处分别设置有提供驱动力的驱动装置，该驱动装置分别用以向样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口注入铜离子样品、显色剂试剂和缓冲液。

驱动装置优选为微量注射泵、蠕动泵、恒压泵，或微型隔膜泵。

显色剂优选为用pH为8.0-9.0的缓冲液配制的锌试剂(邻2-(2-羟基-5-磺基苯偶氮)亚苄基肼基苯甲酸)水溶液。

微流控芯片的材质优选为透光率较高的PMMA。

上述系统的检测方法包括：

1.将微量注射泵和芯片进样口使用PTEF管进行密封连接，并将芯片插入紫外分光光度计中；

2.使用微量注射泵，分别将缓冲液、显色剂和样品注入芯片中，缓冲液的pH需保持在8.9-9.0之间；

3.经过进样口的含铜样品和锌试剂在混合微通道内进行混合显色反应，混合样品经微通道进入样品检测池中，在紫外光光度计下进行在线检测，利用仪器软件进行测试数据分析，得出检测结果。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种铜离子检测系统，其特征在于，包括：

微流控芯片，包括样品检测池、连通于样品检测池一端的三个进样口、以及连通于样品检测池另一端的废液口，所述三个进样口分别为样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口，所述三个进样口和样品检测池之间连通有促进液体混合的混合微通道，所述混合微通道为多次迂回形成的曲折的管道；

分光光度计，对样品检测池中铜离子的含量进行实时检测。

2.根据权利要求1所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述混合微通道与一进液管道连通，所述缓冲液进样口形成于所述进液管道的末端，所述样品进样口和进液管道之间连通有样品管道，所述显色剂进样口和进液管道之间连通有显色剂管道，所述样品管道和显色剂管道分别垂直于所述进液管道，位于所述样品管道和显色剂管道之间的进液管道为S形曲折的管道。

3.根据权利要求1或2所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述微流控芯片包括上盖板、下盖板、以及形成于所述上盖板和下盖板之间的芯片通道板，所述混合微通道、样品检测池、进液管道、样品管道和显色剂管道形成于所述芯片通道板上，所述三个进样口开设于所述上盖板上，所述废液口开设于所述下盖板上。

4.根据权利要求3所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述芯片通道板包括主体部以及凸伸于主体部一侧的延伸部，所述混合微通道、进液管道、样品管道和显色剂管道形成于所述主体部上，所述样品检测池形成于所述延伸部上。

5.根据权利要求1所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口的入口处分别设置有驱动装置，该驱动装置分别用以向所述样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口注入铜离子样品、显色剂试剂和缓冲液。

6.根据权利要求5所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述驱动装置为微量注射泵、蠕动泵、恒压泵，或微型隔膜泵。

7.根据权利要求5所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述显色剂为锌试剂。

8.根据权利要求1所述的铜离子检测系统，其特征在于：所述微流控芯片的材质为PMMA。

9.一种微流控芯片，其特征在于，包括样品检测池、连通于样品检测池一端的三个进样口、以及连通于样品检测池另一端的废液口，所述三个进样口分别为样品进样口、显色剂进样口和缓冲液进样口，所述三个进样口和样品检测池之间连通有促进液体混合的混合微通道，所述混合微通道为多次迂回形成的曲折的管道。