CN110408068A - 一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构pdms芯片及其制备方法以及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片及其制备方法以及应用，该制备方法包括：将SU8环氧胶常温固化，雕刻出一定的模具图形；将附着荧光染料的氯化钠颗粒加入模具的检测区凹槽中，使氯化钠颗粒充分吸附在各个检测区凹槽中；将PDMS与固化剂搅拌均匀后加入模具中，加热固化，脱模；放入水中溶解氯化钠颗粒，晾干，获得一种多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体；将该本体与PDMS基底等离子键合，即得。根据本发明提供的多孔海绵伞状结构PDMS芯片，成本低廉、芯片设计简单方便、染料稳定性好，可实现水溶液中检测目标物，使得该芯片在实际运用推广上更加便捷，为荧光芯片用于重金属及环境污染物的检测提供了平台。

Description

一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片及其制备方 法以及应用

技术领域

本发明属于材料制备和化学分析领域，更具体地涉及一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片及其制备方法以及应用。

背景技术

随着我国经济的飞速发展，工业技术也不断提升，大量工业用水排入到河流和海洋中，给水环境带来了极大的污染。很多地区的水环境都面临着重金属污染问题，被重金属污染的水被人类饮用后，会引发各种疾病、损害神经系统，危害人类健康。因此对重金属的检测提出了更高要求。

为了更好地进行重金属离子的快速便捷检测，需要开发新的技术。传统的重金属检测方法主要有电化学检测、光学检测、比色法检测等，其中光学检测法(如原子吸收分光光度法)所需仪器昂贵，并且需要专业技术人员操作，而比色法检测操作过程繁琐，费时费力。

因此需要设计一种重金属检测方法，能够快捷检测多种重金属离子。近年来开发的微流控芯片技术，具有成本低、加工简单、检测便捷的优点在环境监测、临床检测和食品监测方面有广泛的应用，但是该方法通过比色法检测，灵敏度较低。因此提高灵敏度，增加准确性成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片及其制备方法以及应用，从而解决现有技术中的重金属检测方法灵敏度较低、检测仪器复杂、应用领域窄、检测成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1：将SU8环氧胶常温固化制备成一定尺寸的模具，在该模具上雕刻出一定的模具图形，所述模具图形包括居中布置的一个进样区凹槽，以及自所述进样区凹槽延伸出的若干连接通道凹槽，以及连接于每根所述连接通道凹槽末端的检测区凹槽，每个所述检测区凹槽与所述进样区凹槽之间的距离相等；S2：提供一种荧光染料，所述荧光染料是一种氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物，向其中加入氯化钠，研磨，得到附着荧光染料的氯化钠颗粒；S3：将步骤S2获得的附着荧光染料的氯化钠颗粒加入步骤S1制得的模具的各个检测区凹槽中，然后将整个模具放入容器中，向容器中加水，使水面高度低于所述模具在容器中的高度，密封该容器；S4：将步骤S3获得的装有模具的容器放入干燥箱加热一定时间，然后将模具从容器中取出再次放入干燥箱加热，使附着荧光染料的氯化钠颗粒充分吸附在所述各个检测区凹槽中；S5：将PDMS与固化剂按照10∶1-8∶1的重量比搅拌均匀后，真空抽气，加入至步骤S4获得的模具中，真空抽气，使所有的氯化钠颗粒处于PDMS浸润的状态；S6：将步骤S5获得的模具置于加热板中，加热进行固化，然后脱模，获得一种伞状结构PDMS芯片本体；S7：将步骤S6脱模得到的伞状结构PDMS芯片本体放入水中，溶解氯化钠颗粒，晾干，获得一种多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体；S8：将PDMS与固化剂按照10∶1-8∶1的重量比搅拌均匀固化，使用雕刻机镂空出步骤S1相同的模具图形，获得PDMS基底；以及S9：将步骤S7获得的多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体与步骤S8获得的PDMS基底进行等离子键合，即得一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片。

优选地，所述步骤S1中，所述模具图形中，所述连接通道凹槽以及检测区凹槽分别均匀布置在所述进样区凹槽的四周。

优选地，步骤2)中氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物和氯化钠的重量比为1∶400-1∶500。

优选地，所述步骤2)中研磨后得到附着荧光染料的氯化钠颗粒的颗粒尺寸为50-100nm。

在该制备方法中，所述步骤S4中采用两步加热法，第一步加热温度为40-50℃，时间为1.5-2.5h，第二步加热温度为55-70℃，时间为1.0-2.0h。

其中，第一次加热使用的温度是40-50℃，在该温度下水的饱和蒸汽压所拥有的湿度可将氯化钠颗粒周围溶解，氯化钠颗粒形成一种粘黏状态，氯化钠颗粒之间形成孔洞，为后面的PDMS填充提供更好的环境，有利于染料的吸附；第二次的加热温度为55-70℃，目的在于该温度下既可以让氯化钠颗粒中的水分去除掉，同时也不会影响到氯化钠颗粒形成的孔隙均匀程度。

优选地，步骤S6包括将步骤S5获得的模具置于加热板中，在75℃下隔夜加热固化时间10-15小时，然后脱模。

所述步骤S2中的荧光染料是以氧杂蒽为荧光官能团的小分子化合物。

优选地，所述步骤S2中的荧光染料是3-羟基-6-二乙氨基-9-氧代螺异苯并呋喃-呫吨-异硫氰酸苯酯，其化学结构式如下：

根据本发明，所述氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物的制备方法包括以下步骤：

1)将氧杂蒽染料水合肼衍生物和异硫氰酸苯酯加入到N，N-二甲基甲酰胺中，氮气保护，室温下搅拌；以及

2)将上述步骤1)得到的反应液萃取干燥，并减压蒸馏除去溶剂得到粗产品，通过柱层析硅胶提纯，得到的粉红色固体即为目标产物；

其中，所述氧杂蒽染料水合肼衍生物的化学结构式如下：

优选地，所述步骤1)中氧杂蒽染料水合肼衍生物和异硫氰酸苯酯摩尔比为1∶1.5-1∶2。优选地，所述步骤1)中所述氧杂蒽染料水合肼衍生物和异硫氰酸苯酯投入的总质量与所加溶剂N，N-二甲基甲酰胺的质量比为1∶4-1∶6。

其中，氧杂蒽染料水合肼衍生物的合成步骤可参考文献RSC Advances 2015vol.5#27p.20634-20638。

根据本发明的第二方面，提供一种根据上述制备方法制备得到的掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片。

所述掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片包括：一个进样区，若干检测区，以及连接所述进样区与每个检测区的连接通道，其中，所述一个进样区包括多个进样口，所述进样口的数量与检测区的数量相等，每个检测区与所述进样区之间的距离相等。根据该芯片结构，通过简单滴加操作即可通过连接通道进入检测区中。

根据本发明的第三方面，提供一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片在检测重金属离子中的应用。

所述应用包括：将待测重金属离子溶液自掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的进样口加入，待测重金属离子溶液进入检测区后，重金属离子与所述多孔海绵伞状结构PDMS芯片中的荧光染料发生反应后产生荧光，利用荧光强度在显微镜下的RGB灰度值检测重金属离子的浓度。

根据本发明的一个优选实施方案，测试汞离子浓度时，将氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物用N，N二甲基甲酰胺配制成5×10-3M的探针溶液，取2ml的汞离子溶液(纯净水配置)，使用480纳米作为激发波长测定染料的紫外吸收光谱，根据本发明提供的氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物，其核心为单螺环酰胺结构的分子探针，该氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物在原始状态下不发光，当探针和Hg2+作用时发生反应，生成1，3，4-恶二唑后发生强烈的荧光。该反应是基于螺环内酰胺的开环和关环两种结构体之间的转换，通过Hg2+诱导形成氨基硫脲反应，脱去HgS成环反应，生成1，3，4-恶二唑，并促使氧杂蒽染料共轭体系的恢复而产生相应的光学信号。

根据本发明，氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物检测重金属的原理：氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物在加入汞离子后Hg2+与氨基硫脲反应导致酰胺的开环，共轭体系的重新恢复，因此氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯产生相应的光学信号，同时脱去HgS生成1，3，4-恶二唑。

本发明提供的负载氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物的多孔海绵伞状结构PDMS芯片，其核心为吸附染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体，由于PDMS芯片本体的海绵结构具有良好的吸附性，并且具有优良柔韧性，易加工及成本低等特性，通过将荧光染料吸附在海绵结构中，避免了化学键连及物理旋涂的不足。根据本发明提供的多孔海绵伞状结构PDMS芯片在原始状态下不发光，当芯片加入汞离子溶液时，芯片上负载的荧光探针和Hg2+作用时发生反应，生成1，3，4-恶二唑后发生强烈的荧光，该反应通过汞离子诱导形成氨基硫脲反应，脱去HgS成环反应，生成1，3，4-恶二唑，并促使氧杂蒽染料共轭体系的恢复而产生相应的光学信号。

根据本发明提供的负载了氧杂蒽染料异硫氰酸酯衍生物的多孔海绵伞状结构PDMS芯片，在进样口加入不同浓度的Hg2+，在检测区使用荧光显微镜的405nm波长的滤光片，测定检测区红色灰度值，通过灰度值前后的差值判定检测汞离子的浓度。应当理解的是，根据本发明提供的芯片，不仅可用来检测汞离子的浓度，还可使用相同的方法进行Ag+、Cu2+、Co2+、Mg2+等不同离子的检测。

本发明的创造性主要体现在如下几方面：其一，设计出一种新的染料，该染料具有的螺环结构可控制整个化合物的荧光产生，苯酯基的引入让整个螺环结构更具有一定的稳定性，可直接在水溶液中检测金属离子。与3-羟基-6-二乙氨基-9-氧代螺异苯并呋喃-呫吨-异硫氰酸丁酯相比，3-羟基-6-二乙氨基-9-氧代螺异苯并呋喃-呫吨-异硫氰酸苯酯的苯环对主化合物的官能团有更快速的开关环的响应。并且，苯酯的化合物相对于丁酯更容易提纯，因为整个化合的极性相对于原料更小更加容易分离；丁酯虽然是水溶液但是水中含有少量的乙醇，苯酯的化合物是完全的去离子水配制的离子水溶液，相比较，水溶性更好。其二，设计这样一种多孔海绵伞状结构PDMS芯片，通过进样口与检测区同距离的设计使检测更准确，避免了检测液在各个连接通道中的损耗不同和进入检测区的压强不同对检测结果产生的不良影响，多孔海绵结构更容易吸附染料提高芯片检测的准确度，汞离子检测浓度达到10-7M数量级。其三，最主要的优势在于避免了繁琐的化学表面修饰和化学修饰中间体的探索，通过简单滴加操作即可通过通道进入检测位点中，利用海绵结构中固定的荧光染料分子实现重金属离子的荧光检测，并且通过提供一种伞状阵列式结构可以增加检测样品多样性，方便快捷，同时使用RGB灰度值满足了定量检测需求。

总之，根据本发明提供的一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片及其制备方法以及应用，由于这类芯片结构简单，检测效果好，既解决了传统重金属离子检测仪器复杂、应用领域窄、检测成本高等问题，又解决了化学分析法操作繁琐问题，使其应用更加广泛，有望实现便携式检测，芯片材料成本低廉、芯片设计简单方便、染料稳定性好，可实现水溶液中检测目标物，使得该芯片在实际运用推广上更加便捷，为荧光芯片用于重金属及环境污染物的检测提供了平台。

附图说明

图1是根据本发明的一个优选实施例提供的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的制备流程示意图；

图2是SU8环氧胶固化后并雕刻有一定模具图形的模具的示意图；

图3是多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体的立体结构示意图；

图4是如图3所示多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体的主视图；

图5是PDMS基底的结构示意图；

图6是根据本发明优选实施例制备的氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物连续滴定的荧光发射光谱图；

图7是根据本发明制备的多孔海绵伞状结构PDMS芯片应用实例2离子选择性测试灰度值差值柱状图；

图8是根据本发明制备的多孔海绵伞状结构PDMS芯片应用实例3加入不同浓度汞离子灰度值差值柱状图。

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。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

实施例1、掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的制备

结合图1-图5所示，掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的制备包括以下步骤：

1)将SU8环氧胶加入到直径是8.5cm，厚度0.8cm的培养皿中，常温固化12小时制备成一定尺寸的模具10；将SU8(4∶1)固化后的模板使用雕刻机雕刻成出一定的模具图形，该模具图形包括居中布置的一个进样区凹槽11，以及自进样区凹槽11延伸出的若干连接通道凹槽12，以及连接于每根连接通道凹槽12末端的检测区凹槽13，每个检测区凹槽13与进样区凹槽11之间的距离相等，如图2所示；

2)将氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物加入氯化钠中，室温下使用研钵充分研磨至细颗粒，得到附着荧光染料的淡粉色氯化钠颗粒；

3)将上述步骤2)得到的附着荧光染料的淡粉色氯化钠细颗粒加入上述步骤1)做的模具的检测区凹槽13中，模具放入烧杯中，烧杯中放入蒸馏水，蒸馏水的水面高度低于模具在烧杯中的高度，烧杯口密封；

4)将上述步骤3)得到的装有模具的烧杯放入鼓风干燥箱中，进行检测区域中氯化钠颗粒的区域融合，加热温度为45℃，加热时间为2h，随后取出烧杯中的模具在鼓风干燥箱中，进行干燥，加热温度为60℃，干燥1h；

5)将上述步骤4)得到的模具用作进一步PDMS成膜的模板，将PDMS与固化剂按照10∶1的比例搅拌均匀后，进行真空抽气，直至没有气泡产生为止；将调好的PDMS加入至制作好的模具，真空下反复抽气，直至所有的氯化钠颗粒处于PDMS浸润的状态，且液面平行于模板，氯化钠颗粒与倒入的PDMS比例为2∶3；

6)将上述步骤5)得到的模具置于加热板中，加热8h进行固化，然后脱模；

7)将上述步骤6)脱模得到含有氯化钠颗粒的芯片模型放入水中进行溶解氯化钠颗粒，得到多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体20，空气中自然晾干，该多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体20的立体结构如图3所示，该多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体20的主视图如图4所示；

8)将PDMS与固化剂按照10∶1的比例搅拌均匀后固化成模板，使用雕刻机镂空出与多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体20形状大小相同的图形，制得PDMS基底30，如图5所示；

9)将上述步骤7)获得的多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体20和PDMS基底30用氧等离子机表面离子化，氧等离子机中将不需要键合的一面使用锡纸遮住，两分钟后键合，即可获得一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片40，如图1中所示，该掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片40的结构包括：一个进样区41，六个检测区43，以及连接进样区41与每个检测区43的连接通道42，其中，一个进样区包括六个进样口，通过雕刻机雕刻成型，每个检测区43与进样区41之间的距离相等。

实施例2、氧杂蒽荧光染料的制备

根据本发明的一个优选实施例，氧杂蒽荧光染料分子探针为3-羟基-6-二乙氨基-9-氧代螺异苯并呋喃-呫吨，制备步骤如下：

1)取100ml圆底烧瓶加入甲磺酸(5ml)，苯甲酸(2-(4-二乙氨基-2-羟基苯甲酰基))(313mg，1ml)和间二苯酚(110mg，1mmol)，在油浴锅中磁子搅拌90℃油浴下加热24h；

2)将上述反应溶液冷却至室温，倒入到500ml的烧杯中，加入100ml的蒸馏水，加入配制好的1.0M的NaOH溶液将溶液调节至中性，将上述中性溶液以二氯甲烷和乙酸乙酯萃取剂多次萃取。收集二氯甲烷和乙酸乙酯的有机相，使用无水硫酸镁进行除水干燥，通过减压蒸馏旋蒸的方式旋去溶剂后得到粗产物，使用硅胶层析柱提纯，除去溶剂后干燥得到红色固体产物(310mg)，产率80％。核磁共振氢谱数据：

1H NMR(500MHz，Methanol-d4)δ8.04(s，1H)，7.74(t，J＝7.4Hz，1H)，7.69(t，J＝7.5Hz，1H)，7.24(d，J＝7.6Hz，1H)，6.76-6.68(m，3H)，6.61(d，J＝7.6Hz，2H)，6.57(dd，J＝8.8，2.4Hz，1H)，3.47(q，J＝7.1Hz，4H)，1.20(t，J＝7.1Hz，6H).13C NMR(101MHz，DMSO-d6)δ168.71，152.32，152.32，152.20，149.19，135.32，129.86，128.93，128.56，126.52，124.47，124.05，112.32，109.95，108.50，104.82，102.17，96.93，48.56，43.73，12.28.

实施例3、氧杂蒽染料水合肼衍生物的制备

步骤如下：

1)将上述实施例2中得到的产物3-羟基-6-二乙氨基-9-氧代螺异苯并呋喃-呫吨(186mg，0.6mmol)，80％水合肼(1.5ml)和无水乙醇(20ml)加入到100ml的圆底烧瓶中，在95℃油浴锅中回流加热24小时；

2)将上述反应溶液冷却至室温，倒入到500ml的烧杯中，加入100ml的蒸馏水磁子搅拌均匀，使用二氯甲烷和乙酸乙酯溶剂进行多次萃取，收集二氯甲烷和乙酸乙酯的有机相，使用无水硫酸镁进行除水干燥，通过减压蒸馏旋蒸的方式旋去溶剂后得到粗产物，使用硅胶层析柱提纯，洗脱剂为二氯甲烷和甲醇(100∶1)。得到目标产物氧杂蒽染料水合肼衍生物，白色固体(144mg)，产率为60％。其核磁共振氢谱如下：

1H NMR(500MHz，Methanol-d4)δ7.89-7.83(m，1H)，7.56-7.46(m，2H)，7.06-6.99(m，1H)，6.64(dd，J＝2.0，0.8Hz，1H)，6.45(d，J＝2.1Hz，3H)，6.40(t，J＝1.7Hz，2H)，3.37(q，J＝7.0Hz，4H)，3.30(p，J＝1.7Hz，2H)，1.15(t，J＝7.0Hz，6H).13C NMR(126MHz，Methanol-d4)δ168.55，155.17(d，J＝9.3Hz)，134.38，129.86，129.46，129.09，125.16，123.98，113.22，111.04，110.02，105.79，104.18，99.57，45.64，40.30，40.13，39.96，39.80，39.63，13.24.

实施例4、氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物的制备

步骤如下：

1)将上述实施例3得到的氧杂蒽染料水合肼衍生物(100mg，0.25mmol)和异硫氰酸苯酯(150μL，1.25mmol)加入到N，N-二甲基甲酰胺(DMF，5ml)中，氮气保护，室温搅拌28小时；

2)取50ml的圆底烧瓶，将上述实施例3得到的氧杂蒽水合肼衍生物(100mg，0.25mmol)，异硫氰酸苯酯(30μL，0.75mmol)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF，2ml)加入烧瓶中，室温搅拌下反应26个小时。

3)将上述反应液导入到250ml的烧杯中，加入30ml的去离子水进行搅拌均匀，使用二氯甲烷和乙酸乙酯反复萃取，收集二氯甲烷和乙酸乙酯的有机相，使用无水硫酸镁进行除水干燥，通过减压蒸馏旋蒸的方式旋去溶剂后得到粗产物，使用硅胶层析柱提纯，洗脱剂为二氯甲烷和乙酸乙酯(1∶1)，得到目标产物为氧杂蒽染料异硫氰酸酯衍生物，为淡粉色固体(70mg)，产率为52％。其核磁共振氢谱如下：

1H NMR(500MHz，Chloroform-d)δ8.05(d，J＝7.6Hz，1H)，7.66(t，J＝7.5Hz，2H)，7.59(dd，J＝15.3，7.8Hz，1H)，7.26(t，J＝3.8Hz，1H)，7.17(t，J＝7.7Hz，2H)，7.09(t，J＝7.4Hz，1H)，7.02(d，J＝7.7Hz，1H)，6.74(d，J＝2.2Hz，1H)，6.54(d，J＝8.7Hz，1H)，6.50(s，1H)，6.46(d，J＝9.1Hz，2H)，6.28(s，1H)，4.13(q，J＝7.2Hz，1H)，3.35-3.29(m，4H)，2.05(s，1H)，1.26(t，J＝7.2Hz，1H)，1.13(t，J＝7.1Hz，6H)；13C NMR(126MHz，Chloroform-d)δ182.38，167.32，158.00，154.07，153.96，149.64，137.85-137.37(m)，137.11，134.50，129.37，129.02，128.36，128.04，127.60，126.24，125.24，124.73，124.11，112.61，109.60，108.77，108.75，103.94，98.36，83.11-73.52(m)，44.41，12.51.

应用实例1：连续滴定待测物的紫外吸收光谱

利用氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物制成5×10-3M的无色溶液，取上述的溶液加入到100ml的锥形瓶中加入蒸馏水，配制成5×10-6M的溶液进行检测。采用400nm的激发波长激发测定其紫外吸收光谱参见图6。取5×10-6M的主体溶液，进行紫外吸收检测，不加入汞离子的时候紫外吸收在530nm处为0.017，加入1当量的汞离子后紫外的吸收强度增加到0.083，随着汞离子的浓度的增加吸光度不断增加。直至9当量时吸收强度基本维持在0.46左右，再加入汞离子后无明显变化，吸光强度基本达到一个饱和状态。

应用实例2：掺杂氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯的多孔海绵伞状结构PDMS芯片对金属离子的筛选

取实施例1制备得到的掺杂氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯的多孔海绵伞状结构PDMS芯片40，将待测的各个重金属离子配置成浓度为10-2M的水溶液，从芯片的进样口加入，待溶液进入检测区域后，在荧光显微镜下，切换405nm波长的滤光片，调准荧光显微镜软件RGB的基线，测定各个离子反应前后RGB中的红色灰度值，得到图7，从图7中可以看出加入汞离子后灰度值有明显的增强。

应用实例3：掺杂氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯的多孔海绵伞状结构PDMS芯片加入不同浓度汞离子的变化

取实施例1制备得到的掺杂氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯的多孔海绵伞状结构PDMS芯片40，将待测的汞金属离子配制成不同浓度0、10-6、10-5、10-4、10-3M，将不同浓度的汞金属离子从芯片的进样口加入，检测液进入检测区域后，在荧光显微镜下，切换405nm波长的滤光片，调准荧光显微镜中软件中RGB的基线，测定不同浓度汞离子反应前后RGB中的红色灰度值，如图8所示，加入不同汞离子浓度后灰度值的增加情况，随着汞离子浓度增加，灰度值逐渐增加。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

S1：将SU8环氧胶常温固化制备成一定尺寸的模具，在该模具上雕刻出一定的模具图形，所述模具图形包括居中布置的一个进样区凹槽，以及自所述进样区凹槽延伸出的若干连接通道凹槽，以及连接于每根所述连接通道凹槽末端的检测区凹槽，每个所述检测区凹槽与所述进样区凹槽之间的距离相等；

S2：提供一种荧光染料，所述荧光染料是一种氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物，向其中加入氯化钠，研磨，得到附着荧光染料的氯化钠颗粒；

S3：将步骤S2获得的附着荧光染料的氯化钠颗粒加入步骤S1制得的模具的各个检测区凹槽中，然后将整个模具放入容器中，向容器中加水，使水面高度低于所述模具在容器中的高度，密封该容器；

S4：将步骤S3获得的装有模具的容器放入干燥箱加热一定时间，然后将模具从容器中取出再次放入干燥箱加热，使附着荧光染料的氯化钠颗粒充分吸附在所述各个检测区凹槽中；

S5：将PDMS与固化剂按照10∶1-8∶1的重量比搅拌均匀后，真空抽气，加入至步骤S4获得的模具中，真空抽气，使所有的氯化钠颗粒处于PDMS浸润的状态；

S6：将步骤S5获得的模具置于加热板中，加热进行固化，然后脱模；

S7：将步骤S6脱模得到的伞状结构PDMS芯片本体放入水中，溶解氯化钠颗粒，晾干，获得一种多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体；

S8：将PDMS与固化剂按照10∶1-8∶1的重量比搅拌均匀固化，使用雕刻机镂空出步骤S1相同的模具图形，获得PDMS基底；以及

S9：将步骤S7获得的多孔海绵伞状结构PDMS芯片本体与步骤S8获得的PDMS基底进行等离子键合，即得。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，在所述模具图形中，所述连接通道凹槽以及检测区凹槽分别均匀布置在所述进样区凹槽的四周。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的荧光染料是以氧杂蒽为荧光官能团的小分子化合物。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的荧光染料是3-羟基-6-二乙氨基-9-氧代螺异苯并呋喃-呫吨-异硫氰酸苯酯，其化学结构式如下：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述氧杂蒽染料异硫氰酸苯酯衍生物的制备方法包括以下步骤：

1)将氧杂蒽染料水合肼衍生物和异硫氰酸苯酯加入到N，N-二甲基甲酰胺中，氮气保护，室温下搅拌；以及

2)将上述步骤1)得到的反应液萃取干燥，并减压蒸馏除去溶剂得到粗产品，通过柱层析硅胶提纯，得到的粉红色固体即为目标产物；

其中，所述氧杂蒽染料水合肼衍生物的化学结构式如下：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中采用两步加热法，第一步加热温度为40-50℃，时间为1.5-2.5h，第二步加热温度为55-70℃，时间为1.0-2.0h。

7.一种根据权利要求1-6中任意一项所述的制备方法制备得到的掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片。

8.根据权利要求7所述的掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片，其特征在于，所述掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片包括：一个进样区，若干检测区，连接所述进样区与每个检测区的连接通道，其中，所述一个进样区包括多个进样口，所述进样口的数量与检测区的数量相等，每个检测区与所述进样区之间的距离相等。

9.一种根据权利要求7-8中任意一项所述的掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片在检测重金属离子中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括：将待测重金属离子溶液自掺杂荧光染料的多孔海绵伞状结构PDMS芯片的进样口加入，待测重金属离子溶液进入检测区后，重金属离子与所述多孔海绵伞状结构PDMS芯片中的荧光染料发生反应后产生荧光，利用荧光强度在显微镜下的RGB灰度值检测重金属离子的浓度。