CN108982892A - 一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片及其使用方法 - Google Patents

一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片及其使用方法，纸基分析芯片的结构为：多个检测区对称排列组成一个圆环，检测区和分散层为一个圆形和一个矩形共面连接而成，分散层的圆形部分圆心与检测区对称排列组成的圆环中心重合，分散层的矩形部分末端的顶面可与任意检测区的矩形部分末端的底面相接触连接；进样层设置在分散层上方，在进样层上方设置上板电极；在分散层的圆形部分和矩形部分末端的底面均固定有磁性贴片，其中在分散层的圆形部分底面固定的磁性贴片下方固定下板电极。本发明的多层芯片，可以实现进样、微流体控制和检测分析的集成自动化操作，是目前首款可实现全程无人为参与的纸基微流控芯片系统设计。

Description

一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片及其使用方法
技术领域
本发明属于分析芯片技术领域，具体涉及一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片及其使用方法。
背景技术
纸张具有容易获取和成本低等优势，并且通过毛细作用液体可流入纸张，使操作者在极小地空间内简便的操控微升级液体。由此而诞生的纸基微流控芯片正在受到基础科学研究、临床疾病诊断等多领域的重视，极大促进了低成本分析技术的发展。作为一个多元化应用平台，纸基微流控芯片技术具有广阔前景。尤其在一些资源受限的地方，如第三世界国家，缺乏昂贵的检测仪器和训练有素的医疗保健专员，微流控纸芯片具有重大应用价值。
完整的纸基微流控芯片系统通常应至少包含微流体驱动、流动控制、生化反应、信号检测和数据分析等多个功能单元。其中，流动控制目前多采用物理、化学和机械力传递等方法，实际操作中往往需要引入价格较高的辅助设备或试剂。磁流体作为一种新型功能材料，具有液体流动性又兼顾固体磁性材料磁性。该材料可在外加磁场作用时即表现出磁性，磁场消散时恢复流体性质，在工程实际中有着广泛的应用价值。目前，国内外研究尚未有文献报道磁流体应用于纸基微流控芯片中的液体流动的自动控制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片及其使用方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片，包括进样层、分散层、磁性贴片、上板电极、下板电极和检测区，多个检测区对称排列组成一个圆环，所述检测区和分散层均为一个圆形和一个矩形共面连接而成，其中分散层的圆形部分的圆心与检测区对称排列组成的圆环的中心重合，分散层的矩形部分末端的顶面可与任意检测区的矩形部分末端的底面相接触连接；所述进样层设置在分散层上方，在进样层上方设置上板电极；在分散层的圆形部分和矩形部分末端的底面均固定有磁性贴片，其中在分散层的圆形部分底面固定的磁性贴片下方固定下板电极。
所述分散层和检测区的材料均为亲水滤纸。
所述磁性贴片的制备方法为：将四氧化三铁纳米粉末作为磁性固体颗粒，普通食用油作为基载液，将磁性固体颗粒和基载液按质量比为2:1混合，并经搅拌、超声处理后至组分稳定，得到磁流体；采用激光加工按特定图案切割滤纸，并将滤纸浸没到磁流体中待干燥固化后，将滤纸表面贴封绝缘胶带，制得磁性贴片。
所述分散层能够转动，从而实现与各个检测区的错层连接。
所述上板电极由导电墨水印刷涂布在进样层上。
所述下板电极由导电墨水在柔性聚乙烯衬底上丝网印刷制成。
在分散层的圆形部分底面固定的磁性贴片与下板电极之间设置PE绝缘层。
所述进样层的材料选择疏水多孔介质薄膜材料。
如上所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片的使用方法，具体包括以下步骤：
（1）将样本试剂滴定在疏水进样层，保证上板电极与液滴接触，待液滴稳定后对上、下板电极供电；
（2）借助电润湿作用，液滴与疏水进样层薄膜间的接触角将改变，进而向分散层渗透；（3）样本接近分散层矩形通道末端时，在其正中央上方放置永磁铁，连接分散层通道与检测区；
（4）重复步骤（1）~（3）的操作至相邻检测区，完成下一液滴进样与分析。
步骤（3）中若将永磁铁替换成位置可控电磁铁，并采用可编程微量进样泵供给样本，则可以实现全自动分析。
本发明的有益效果在于：
1）本发明首次将纳米磁流体材料应用于纸基微流控芯片，可以快速简单地加工出任意形状的固体纸基磁层结构，这极大创新了现有磁流体应用范畴；
2）本发明设计的多层芯片，可以实现进样、微流体控制和检测分析的集成自动化操作，是目前首款可实现全程无人为参与的纸基微流控芯片系统设计。
附图说明
图1为本发明的基于纳米磁流体的纸基分析芯片的结构示意图；
图2为本发明的基于纳米磁流体的纸基分析芯片的剖面图；
图中，1-进样层，2-分散层，3-中心磁性贴片，4-PE绝缘层，5-上板电极，6-下板电极，7-样品液滴，8-检测区，9-边缘磁性贴片；
图3为本发明的基于纳米磁流体的纸基分析芯片的工作流程图；
图4为电浸润过程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例
一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片，包括进样层1、分散层2、磁性贴片（包括中心磁性贴片3和边缘磁性贴片9）、上板电极5、下板电极6和检测区8，多个检测区对称排列组成一个圆环，所述检测区8和分散层2均为一个圆形和一个矩形共面连接而成，其中分散层的圆形部分的圆心与检测区对称排列组成的圆环的中心重合，分散层的矩形部分末端的顶面可与任意检测区的矩形部分末端的底面相接触连接；所述进样层1设置在分散层2上方，在进样层上方设置上板电极5；在分散层的圆形部分的底面固定有中心磁性贴片3，在分散层的矩形部分末端的底面固定有边缘磁性贴片9，其中在分散层的圆形部分底面固定的中心磁性贴片3的下方固定下板电极6。
进一步的，所述分散层和检测区的材料均为亲水滤纸。
进一步的，所述分散层能够转动，从而实现与各个检测区的错层连接。
进一步的，所述上板电极由导电墨水印刷涂布在进样层上。
进一步的，所述下板电极由导电墨水在柔性聚乙烯衬底上丝网印刷制成。
进一步的，在分散层的圆形部分底面固定的中心磁性贴片3与下板电极6之间还设置PE绝缘层4。
进一步的，所述进样层的材料选择疏水多孔介质薄膜材料。
所述磁性贴片的制备方法为：将四氧化三铁纳米粉末作为磁性固体颗粒，普通食用油作为基载液，将磁性固体颗粒和基载液按质量比为2:1混合，并经搅拌、超声处理后至组分稳定，得到磁流体；采用激光加工按特定图案切割滤纸，并将滤纸浸没到磁流体中待干燥固化后，将滤纸表面贴封绝缘胶带，制得磁性贴片。
本发明的基于纳米磁流体的纸基分析芯片的使用方法为：1. 将样本试剂滴定在疏水进样层，保证上板电极与液滴接触，待液滴稳定后对上、下板电极供电；2. 借助电润湿作用，液滴与疏水进样层薄膜间的接触角将改变，进而向分散层渗透；3. 样本接近分散层矩形通道末端时，在其正中央上方放置永磁铁，连接分散层通道与检测区；4. 重复步骤1~3的操作至相邻检测区，完成下一液滴进样与分析。若将永磁铁替换成位置可控电磁铁，并采用可编程微量进样泵供给样本，则可以实现全自动分析。
本发明首次将纳米磁流体材料应用于纸基微流控芯片，可以快速简单地加工出任意形状的固体纸基磁层结构，这极大创新了现有磁流体应用范畴；本发明设计的多层芯片，可以实现进样、微流体控制和检测分析的集成自动化操作，是目前首款可实现全程无人为参与的纸基微流控芯片系统设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种基于纳米磁流体的纸基分析芯片，包括进样层、分散层、磁性贴片、上板电极、下板电极和检测区，其特征在于：多个检测区对称排列组成一个圆环，所述检测区和分散层均为一个圆形和一个矩形共面连接而成，其中分散层的圆形部分的圆心与检测区对称排列组成的圆环的中心重合，分散层的矩形部分末端的顶面可与任意检测区的矩形部分末端的底面相接触连接；所述进样层设置在分散层上方，在进样层上方设置上板电极；在分散层的圆形部分和矩形部分末端的底面均固定有磁性贴片，其中在分散层的圆形部分底面固定的磁性贴片下方固定下板电极。
2.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：所述分散层和检测区的材料均为亲水滤纸。
3.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：所述磁性贴片的制备方法为：将四氧化三铁纳米粉末作为磁性固体颗粒，普通食用油作为基载液，将磁性固体颗粒和基载液按质量比为2:1混合，并经搅拌、超声处理后至组分稳定，得到磁流体；采用激光加工按特定图案切割滤纸，并将滤纸浸没到磁流体中待干燥固化后，将滤纸表面贴封绝缘胶带，制得磁性贴片。
4.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：所述分散层能够转动，从而实现与各个检测区的错层连接。
5.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：所述上板电极由导电墨水印刷涂布在进样层上。
6.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：所述下板电极由导电墨水在柔性聚乙烯衬底上丝网印刷制成。
7.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：在分散层的圆形部分底面固定的磁性贴片与下板电极之间设置PE绝缘层。
8.根据权利要求1所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片，其特征在于：所述进样层的材料选择疏水多孔介质薄膜材料。
9.一种如权利要求1~8中任一项所述的基于纳米磁流体的纸基分析芯片的使用方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）将样本试剂滴定在疏水进样层，保证上板电极与液滴接触，待液滴稳定后对上、下板电极供电；
（2）借助电润湿作用，液滴与疏水进样层薄膜间的接触角将改变，进而向分散层渗透；（3）样本接近分散层矩形通道末端时，在其正中央上方放置永磁铁，连接分散层通道与检测区；
（4）重复步骤（1）~（3）的操作至相邻检测区，完成下一液滴进样与分析。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于：步骤（3）中若将永磁铁替换成位置可控电磁铁，并采用可编程微量进样泵供给样本，则可以实现全自动分析。
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