CN105944773B - 一种用于化学发光时间分辨的纸芯片及其制作方法 - Google Patents

一种用于化学发光时间分辨的纸芯片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于化学发光时间分辨的纸芯片及其制作方法，该纸芯片除一个流通通道外其余各流通通道上均匀覆盖有不同长度的聚二甲基硅氧烷，其制作方法简单、成本低廉、绿色环保，只需利用一个简单的刻字机，即可实现纸芯片的切割和聚二甲基硅氧烷的精准刻画。本发明纸芯片通过控制聚二甲基硅氧烷的覆盖量，实现了纸芯片上样品迁移速度的精确可控，从而可以在相同通道长度的前提下实现样品迁移速率的时间分辨，实现不同物质同时测定的化学发光检测，且所用聚二甲基硅氧烷不影响反应的化学发光信号，迁移时间的重现性较好、精密度较高。

Description

一种用于化学发光时间分辨的纸芯片及其制作方法
技术领域
本发明属于化学发光纸芯片制作技术领域，具体涉及一种在纸芯片上添加可精确控制其位置和量的延迟试剂的方式，利用一台简易切割机实现上述方式的纸芯片的制作，从而可以达到纸上的化学发光时间分辨检测的目的。
背景技术
2007年哈佛大学的Whitesides课题组首次提出了“基于纸张的微流控装置”(或“纸芯片实验室”)的概念，纸芯片实验室作为一个新兴的研究领域，在近几年得到了飞速的发展，给医疗诊断、环境监测和食品安全监测提供了一种新颖的研究手段。纸芯片实验室就是把纸作为反应载体，在纸表面构建相应的亲水和疏水区域，样品及反应溶液通过纸的毛细作用力来驱动，实现将进样、反应以及检测等一系列操作都集成到纸芯片的新方法。
目前纸芯片的制作方法包括物理改性的制作方法(如光刻法、绘图法和激光处理法、喷墨蚀刻法、蜡打印法、丝网印刷和柔印技术)、化学改性方法(如等离子体处理法和喷墨印刷法)以及切割法，前两种方法主要就是通过物理或化学的方法得到纸表面的亲水和疏水通道，第三种方法可直接得到需要的亲水通道。
在纸芯片的检测方法中，比色法是其最常见的方法，通过纸芯片上颜色的改变来测定样品的含量，但该方法检测的灵敏度低，不利于低含量样品的测定。近年来，电化学、荧光、化学发光、电化学发光的方法也成为纸芯片上的主要检测方法，尤其是化学发光的检测方法，因其无需光源、仪器简单、灵敏度高、线性范围宽等特点而受到了青睐，并发展成为纸芯片上的主要检测方法。
研究发现，在纸芯片化学发光检测中，如果检测仪器无法实现时间分辨，而要实现几种物质的同时检测，则只能通过芯片的设计使化学发光试剂通过时间分辨到达检测区域，进行灵敏检测。而在芯片的设计中，最常用的办法是设计通道长度不同的纸芯片来实现芯片的制作，但是这样的制作方法也存在问题。由于试剂在纸芯片中迁移时是无需外加驱动的，完全靠纸的毛细作用力来实现迁移，因此当芯片由于实验需要相当长的通道时，就会出现溶液迁移到一定长度而无法前进的情况，无论如何增大试剂的量，都无法改变因长度过长而使溶液无法迁移的现象。另外，利用长度不同的通道进行测定时，迁移时间的重现性和精密度也不是很好，而迁移时间和精密度是后面化学发光测定的保障。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种通过延迟试剂实现相同长度流通通道上化学发光时间分辨检测的纸芯片，以及该纸芯片的制作方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：该纸芯片除一个流通通道外其余各流通通道上均匀覆盖有不同长度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，且每平方毫米流通通道上PDMS的覆盖量为8×10-6～1.2×10-4g，其中所述流通通道的长度相同。
本发明优选不同流通通道上覆盖PDMS的长度依次相差2～3mm。
本发明进一步优选纸芯片的流通通道的长度为16～24mm，流通通道的宽为2～4mm。
上述用于化学发光时间分辨的纸芯片的制作方法为：首先利用画图软件设计出纸芯片模型，利用日图刻字机的切割刀按照纸芯片模型在纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性绘图笔，并将笔筒内墨水用PDMS与二氯甲烷的体积比为1:25～50的混合液替换，根据纸芯片上PDMS的覆盖部位，用水性绘图笔在纸芯片的流通通道上连续刻画PDMS与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，得到用于化学发光时间分辨的纸芯片。
上述制作方法中优选PDMS与二氯甲烷的体积比为1:30。
上述的纸优选Whatman 1号滤纸或Whatman 3号滤纸。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的纸芯片以PDMS为延迟试剂，通过在相同长度流通通道的纸芯片上覆盖不同长度的PDMS，使得检测溶液到达检测区域的时间不同，达到延迟效果，实现了化学发光的时间分辨检测，克服了由于在不同长度的纸芯片中进行化学发光时间分辨测定时，存在重现性不好及通道长度太长无法实现样品在通道内的有效迁移的缺点，且该延迟试剂不对仪器造成腐蚀，不影响反应的化学发光信号，迁移时间的重现性较好和精密度较高。
2、本发明通过利用一个简单的刻字机，不但实现了纸芯片的切割，而且由于PDMS和二氯甲烷复配后具有较好流动性，直接利用刻字机的水性绘图笔即可将PDMS精准的刻画在流通通道内的相应位置处，实现化学发光测定时的时间分辨可控。
3、本发明制作纸芯片的方法简单、成本低廉、绿色环保，所得纸芯片可以实现多通道阵列的测定，适合于在纸芯片上实现不同物质的测定。
附图说明
图1是实施例1的纸芯片利用荧光素实现延迟的实际效果图。
图2是实施例3的纸芯片利用荧光素实现延迟的实际效果图。
图3是利用实施例1的纸芯片检测辣根过氧化酶的化学发光信号图。
图4是利用实施例2的纸芯片检测辣根过氧化酶的化学发光信号图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。
实施例1
首先利用CorelDraw X6画图软件设计出纸芯片模型，该纸芯片模型具有两个直径为6mm的检测区域，一个直径为6mm的进样区域，各个区域之间经流通通道连接，流通通道宽为3mm、长为16mm；然后利用日图CE5000-40-CRP刻字机的切割刀按照上述纸芯片模型在Whatman 1号滤纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性纤维笔，并将笔筒内的墨水用PDMS与二氯甲烷的体积比为1:30的混合液替换，设置刻画的起点，用水性绘图笔在纸芯片的一个流通通道上沿垂直于通道的方向连续刻画3道PDMS与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，形成6mm长的延迟通道，流通通道上PDMS的覆盖量为5×10-5g/mm2，即得用于化学发光时间分辨的纸芯片。
在本实施例得到纸芯片的进样区域滴加荧光素溶液(用0.1mol/L的NaOH水溶液配制而成)，记录不同时间时，荧光素在各通道上的渗透速度，结果见图1。由图可见，覆盖PDMS的流通通道具有明显的延迟效应。
实施例2
首先利用CorelDraw X6画图软件设计出纸芯片模型，该纸芯片模型具有三个直径为6mm的检测区域，一个直径为6mm的进样区域，各个区域之间经流通通道连接，流通通道宽为3mm、长为16mm；然后利用日图CE5000-40-CRP刻字机的切割刀按照上述纸芯片模型在Whatman 1号滤纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性纤维笔，并将笔筒内的墨水用PDMS与二氯甲烷的体积比为1:30的混合液替换，设置刻画的起点，用水性绘图笔在纸芯片的两个流通通道上沿垂直于通道的方向分别连续刻画1道和2道PDMS与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，一个流通通道形成2mm长的延迟通道，一个流通通道形成4mm长的延迟通道，流通通道上PDMS的覆盖量为5×10-5g/mm2，即得用于化学发光时间分辨的纸芯片。
实施例3
首先利用CorelDraw X6画图软件设计出纸芯片模型，该纸芯片模型具有四个直径为6mm的检测区域，一个直径为6mm的进样区域，各个区域之间经流通通道连接，流通通道宽为3mm、长为16mm；然后利用日图CE5000-40-CRP刻字机的切割刀按照上述纸芯片模型在Whatman 1号滤纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性纤维笔，并将笔筒内的墨水用PDMS与二氯甲烷的体积比为1:30的混合液替换，设置刻画的起点，用水性绘图笔在纸芯片的三个流通通道上沿垂直于通道的方向分别连续刻画1道、2道、3道PDMS与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，依次形成2mm、4mm、6mm长的延迟通道，流通通道上PDMS的覆盖量为5×10-5g/mm2，即得用于化学发光时间分辨的纸芯片。
在本实施例得到纸芯片的进样区域滴加荧光素溶液(用0.1mol/L的NaOH水溶液配制而成)，记录不同时间时，荧光素在各通道上的渗透速度，结果见图2。由图可见，荧光素到达各个检测区域的时间明显不同，即覆盖PDMS的流通通道具有明显的延迟效应，说明通过控制PDMS的覆盖量，可实现化学发光的时间分辨检测。
另外，发明人将本实施例得到的纸芯片与具有不同长度流通通道的纸芯片进行重现性对照，结果见表1。
表1不同纸芯片的重现性对照
由表1可见，利用长度不同的通道进行测定时，迁移时间的重现性和精密度没有通道中覆盖延迟试剂PDMS好，而迁移时间和精密度是后面化学发光测定的保障。鉴于该延迟试剂的优越性，本发明的纸芯片可应用于化学发光的时间分辨检测中。
实施例4
首先利用CorelDraw X6画图软件设计出纸芯片模型，该纸芯片模型具有六个直径为6mm的检测区域，一个直径为6mm的进样区域，各个区域之间经流通通道连接，流通通道宽为4mm、长为16mm；然后利用日图CE5000-40-CRP刻字机的切割刀按照上述纸芯片模型在Whatman 1号滤纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性纤维笔，并将笔筒内的墨水用PDMS与二氯甲烷的体积比为1:25的混合液替换，设置刻画的起点，用水性绘图笔在纸芯片的五个流通通道上沿垂直于通道的方向分别连续刻画1道、2道、3道、4道、5道PDMS与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，依次形成2mm、4mm、6mm、8mm、10mm长的延迟通道，流通通道上PDMS的覆盖量为1.2×10-4g/mm2，即得用于化学发光时间分辨的纸芯片。
实施例5
首先利用CorelDraw X6画图软件设计出纸芯片模型，该纸芯片模型具有六个直径为6mm的检测区域，一个直径为6mm的进样区域，各个区域之间经流通通道连接，流通通道宽为2mm、长为16mm；然后利用日图CE5000-40-CRP刻字机的切割刀按照上述纸芯片模型在Whatman 1号滤纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性纤维笔，并将笔筒内的墨水用PDMS与二氯甲烷的体积比为1:50的混合液替换，设置刻画的起点，用水性绘图笔在纸芯片的五个流通通道上沿垂直于通道的方向分别连续刻画1道、2道、3道、4道、5道PDMS与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，依次形成3mm、6mm、9mm、12mm、15mm长的延迟通道，流通通道上PDMS的覆盖量为8×10-6g/mm2，即得用于化学发光时间分辨的纸芯片。
为了证明本发明的有益效果，发明人采用实施例1和2的纸芯片，利用化学发光检测不同浓度的辣根过氧化物酶(HRP)，具体方法如下：
在实施例1得到的纸芯片的检测区域内分别滴加2μL浓度为0.01mg/mL和0.02mg/mL的HRP水溶液(注意滴加的量要刚好充满整个检测区域而不外泄)，并在进样区域内滴加30μL 0.01mol/L鲁米诺溶液(用0.1mol/L的NaOH水溶液配制而成)与0.01mol/L过氧化氢水溶液、pH为10的NaOH水溶液的体积比为1:1:3的混合液，利用毛细作用力使溶液向检测区域迁移，由于有PDMS的延迟作用，每个流通通道内溶液的迁移速度不相等，分别测定出充满各个流通通道的时间依次为26s、42s。通过高灵敏的光电倍增管进行检测，在化学发光记录仪上，可依次检测到不同检测区的发光信号，具体如图3所示。
在实施例2得到的纸芯片的检测区域内分别滴加2μL浓度为0.008mg/mL0.025mg/mL和0.03mg/mL的HRP水溶液HRP，按照上述方法进行检测，结果见图4。
由图3和4可见，本发明的纸芯片可实现对化学发光的时间分辨检测。
综合上述实验结果可见，延迟试剂PDMS不影响化学发光信号，既保证了延迟的效果，又能使溶液顺利到达检测区，产生化学发光信号。因此，本发明的纸芯片可实现多通道上利用化学发光时间分辨检测不同物质的目的。

Claims (5)

1.一种用于化学发光时间分辨的纸芯片，其特征在于：该纸芯片除一个流通通道外其余各流通通道上均匀覆盖有不同长度的聚二甲基硅氧烷，且每平方毫米流通通道上聚二甲基硅氧烷的覆盖量为8×10-6～1.2×10-4g，其中所述流通通道的长度相同，流通通道上覆盖的聚二甲基硅氧烷的长度依次相差2～3mm。
2.权利要求1所述的用于化学发光时间分辨的纸芯片，其特征在于：该纸芯片的流通通道的长度为16～24mm，流通通道的宽为2～4mm。
3.权利要求1所述的用于化学发光时间分辨的纸芯片的制作方法，其特征在于：首先利用画图软件设计出纸芯片模型，利用日图刻字机的切割刀按照纸芯片模型在纸上切割出纸芯片，然后将切割刀换成水性绘图笔，并将笔筒内墨水用聚二甲基硅氧烷与二氯甲烷的体积比为1:25～50的混合液替换，根据纸芯片上聚二甲基硅氧烷的覆盖部位，用水性绘图笔在纸芯片的流通通道上连续刻画聚二甲基硅氧烷与二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全挥发，得到用于化学发光时间分辨的纸芯片。
4.根据权利要求3所述的用于化学发光时间分辨的纸芯片的制作方法，其特征在于：所述的聚二甲基硅氧烷与二氯甲烷的体积比为1:30。
5.根据权利要求3或4所述的用于化学发光时间分辨的纸芯片的制作方法，其特征在于：所述的纸为Whatman 1号滤纸或Whatman 3号滤纸。
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