CN111551544A - 一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置及检测方法 - Google Patents

一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置及检测方法。装置包括箱体、集成检测盒和智能手机，集成检测盒包括底座、芯片盒、智能手机固定架及四孔芯片盘；在底座上设有薄膜加热片；芯片盒内设有探头和托架，在芯片盒上设有窗口，四孔芯片盘自窗口插入芯片盒后滑入所述滑槽并由所述托架支撑；智能手机固定架包括圆盖，在圆盖上设有卡扣、第二圆口及20X镜片，当智能手机插入所述卡扣后，智能手机的镜头对准20X镜片，智能手机的的闪光灯对准第二圆口。方法包括检测用纸基微流控芯片的制备、纸基微流控芯片的置入及比色分析检测步骤。该方法使整个反应/检测过程能够在单个集成平台上进行。

Description

一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置及检测方法
技术领域
本发明涉及分析检测技术领域，具体涉及一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置及方法。
背景技术
铜离子(Cu2+)是人体健康密切相关的微量元素和金属离子。若人体缺乏Cu2+，则会引发贫血、毛发异常、动脉异常以及脑障碍。在工业生产过程中产生的Cu2+，如果没有经过处理即排放到自然界中会造成重金属污染。因此，监测Cu2+含量对于人体健康和环境问题至关重要。概览现有研究，当前Cu2+检测技术主要包含原子吸收光谱、发射光谱、电感耦合等离子体质谱、电感耦合等离子体原子发射光谱、循环伏安法和电位法等。然而，这些方法在检测Cu2+的过程中存在诸如需专业人员操作、样品/试剂体积大和检测时间长等缺陷，因此难以满足快速检测和野外操作的需求。
近年来，利用微流控平台对分析物检测进行检测的方式引起了人们的极大兴趣。与宏观尺度的器件相比，微流控器件具有以下优点：纸质造价低；液体在纸质中依靠毛细作用力流动，无需外加动力源；纸基多孔薄膜型结构有筛选、分离等功能；纸质易于加工；纸质兼容化学、生化和医学等领域的应用。尽管现有的微流控器件具有以上优势，最终的检测方法仍然依赖于传统的台式技术，如比色法、电化学法、荧光法、化学发光法和电化学发光法等。这些系统通常需要使用大型、沉重和昂贵的设备。因此，纸基微流控分析设备在即时检测(POCT) 中应用的真正潜力尚未实现。
因此，克服现有技术的不足，满足使纸基微流控分析装置在Cu2+检测中便携、快速检测、环境条件稳定、制造成本低、检测试剂体积小、环保等要求，是有待解决的问题。
发明内容
本发明内容是提出了一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置及检测方法，能够解决以往需专业人员操作和大型检测仪器的问题，快速检测、环境条件稳定，同时装置制造成本低、便携，适用于现场检测。
一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置，包括箱体以及固定在所述箱体内的集成检测盒、电源模块、用于控制所述集成检测盒温度的温度控制模块和用于采集芯片图像的智能手机，所述集成检测盒包括底座、设于所述底座的芯片盒、设于所述芯片盒的智能手机固定架及可嵌入所述芯片盒并载有纸基微流控芯片的四孔芯片盘；在底座上设有薄膜加热片且所述薄膜加热片为检测所需热环境提供热源；在芯片盒内设有用于采集纸基微流控芯片温度的探头和用于支撑四孔芯片盘的托架，所述托架上有一滑槽，在芯片盒上还设有一位置与所述滑槽相对应的窗口及纸基微流控芯片图像采集孔，所述四孔芯片盘自窗口插入芯片盒后滑入所述滑槽并由所述托架支撑；智能手机固定架包括扣在芯片盒之纸基微流控芯片图像采集孔上的圆盖，在圆盖上设有用于固定智能手机的卡扣、第二圆口及20X镜片，当智能手机插入所述卡扣后，智能手机的镜头对准20X镜片，智能手机的的闪光灯对准第二圆口。
进一步地，在智能手机固定架的圆盖内设有取景筒，所述取景筒上的第一圆口将智能手机拍摄的图像限制于一个完整的纸基微流控芯片单元。
进一步地，所述四孔芯片盘包括纸基微流控芯片和纸芯片固定模块，所述纸芯片固定模块上部设有四个等间距的第一矩形凹槽，所述第一矩形凹槽(24)下部设有第一圆形凹槽。
一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子的检测方法，以下为具体步骤：
(1)检测用纸基微流控芯片的制备：采用喷蜡打印技术制作，在滤纸上形成亲-疏水性区域，得到纸基微流控芯片，亲水区作为检测区，用移液枪滴加浓度为1mM探针溶液1～3 μl至纸基微流控芯片的检测区后，为确保溶液完全吸收到纸基微流控芯片的检测区，先将纸基微流控芯片在40～60℃的温度下烘烤25～35分钟，然后将纸基微流控芯片放置在 -4～0℃、N2、密封、避光条件下储存备用；
(2)纸基微流控芯片的置入：将备用的纸基微流控芯片裁剪放入四孔芯片盘中与纸基微流控芯片相适配的第一矩形凹槽；
(3)比色分析检测：先将快检装置接通电源，温度控制模块的温度调至40～50℃后，将固定探针的纸基微流控芯片压入纸芯片固定模块中的第一矩形凹槽中，用移液枪滴加pH值为2～4的1～4μl样品溶液到四孔芯片盘中纸基微流控芯片的检测区，通过推拉方式控制四孔芯片盘进出集成检测盒，显色反应120～180s后，智能手机对纸基微流控芯片图像信息进行采集，通过计算机的Image J软件分析检测区的RGB通道灰度值，根据其差值计算比色响应值ΔG，ΔG值越大，表示样品中Cu2+浓度越大。
进一步地，ΔG通过以下公式计算：ΔG＝G-G0，其中，G表示加入Cu2+的绿色通道灰度值，G0表示未加入Cu2+的绿色通道灰度值。
进一步地，所述探针是N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼。
本发明与现有的纸基微流控分析技术相比，该方法使整个反应/检测过程能够在单个集成平台上进行。因此，该平台为比色检测金属离子浓度的测量提供了一种经济实用的方法。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的局部结构示意图。
图3为本发明中集成检测盒的俯视图。
图4为本发明的集成检测盒的爆炸图。
图5为本发明中智能手机固定架的立体图。
图6为本发明中智能手机固定架的剖视图。
图7为本发明中芯片支架的结构示意图。
图8为本发明中集成检测盒去掉智能手机固定架和四孔芯片盘的剖视图。
图9为本发明中集成检测盒去掉智能手机固定架的结构示意图。
图10为四孔芯片盘结构示意图。
图11为本发明中向N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片加入不同Cu2+浓度(0～100μM)反应后的比色成像图。
图12为本发明中向N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片加入不同Cu2+浓度(0～100μM)反应后的灰度图。
图13为本发明中在Cu2+浓度为0.1mM条件下样品溶液的pH和比色响应值ΔG之间的关系图。
图14为本发明中在Cu2+浓度为0.1mM、pH＝3条件下检测温度和比色响应值ΔG之间的关系图。
图15为本发明中在Cu2+浓度为0.08mM、pH＝3、检测温度为45℃条件下比色响应与检测时间之间的关系图。
图16为本发明中不同Cu2+浓度和比色响应值ΔG之间的关系图。
图17为本发明中向N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片Cu2+浓度在 0.1mM、其他干扰离子浓度在0.1mM条件(其它条件:样品溶液pH＝3，检测温度为45℃，检测时间为120s)下的比色成像图。
图18为本发明中N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片Cu2+浓度在0.1 mM、其他干扰离子浓度在0.1mM条件(其它条件:样品溶液pH＝3，检测温度为45℃，检测时间为120s)下的比色响应。
图中：1-箱体，2-集成检测盒，3-电源模块，4-温度控制模块，5-智能手机，6-显示屏， 7-20X镜片，8-智能手机固定架，9-第三圆形凹槽，10-取景筒，11-第一圆口，12-第二圆口， 13-芯片支架，14-窗口，15-圆形卡槽，16-托架，17-薄膜加热片，18-底座，19-第二圆形凹槽，20-第二矩形凹槽，21-探头，22-四孔芯片盘，23-纸芯片固定模块，24-第一矩形凹槽，25-第一圆形凹槽，26-纸基微流控芯片，27-检测区。
具体实施方式
本发明出一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置的技术方案如下：
包括箱体、固定在所述箱体内部底端的集成检测盒、电源模块、用于控制所述集成检测盒温度的温度控制模块和用于采集图像的智能手机。所述集成检测盒包括底座、设于所述底座上端的芯片支架、设于所述芯片支架上端的智能手机固定架、可嵌入所述芯片支架的四孔芯片盘、为所述集成检测盒提供热源的薄膜加热片以及用于检测所述集成检测盒温度的探头，所述底座上端设有第二圆形凹槽，所述底座侧面设有第二矩形凹槽，所述薄膜加热片固定安装在所述第二圆形凹槽上端，所述芯片支架一端设有窗口、相对于所述窗口的另一端设有圆形卡槽，相对于所述圆形卡槽的所述芯片支架的内部设有托架，所述窗口设有所述四孔芯片盘，所述托架设有所述探头。
进一步的，所述箱体、智能手机固定架、芯片支架、底座和四孔芯片盘均可利用3D打印技术PLA材料加工完成，装置制造成本低，整个装置尺寸为180mm×150mm×44 mm～270×150mm×43.5mm×66mm，制造所需成本较低(100～150人民币)，便于携带和满足即时快检的需要。
进一步的，所述纸芯片固定模块上部设有四个等间距的第一矩形凹槽，所述第一矩形凹槽下部设有第一圆形凹槽。
所述四孔芯片盘可同时装载4张纸基微流控芯片，每次检测的3个平行样和对照样在相同检测环境下反应并显色，确保检测结果的准确性。
进一步的，所述纸芯片固定模块的尺寸为75mm×21mm×3.5mm～113mm×32mm×53mm，所述第一矩形凹槽的尺寸为8mm×8mm×1.5mm～12mm×12mm×23mm，所述第一圆形凹槽的间距为9～14mm、直径为7～11mm、深度为1～2mm，所述纸芯片固定模块中所述第一圆形凹槽可使所述纸基微流控芯片的检测区和纸芯片固定模块的分离，避免了试剂沾到所述纸芯片固定模块的表面，显色反应更加准确。
进一步的，所述智能手机固定架上端设有第三圆形凹槽、所述第三圆形凹槽下端设有通孔，所述智能手机固定架的圆形空腔内部设有取景筒，所述取景筒下部设有第一圆口，所述第三圆形凹槽内嵌入20X镜片，所述第三圆形凹槽旁设有第二圆口，所述第二圆口设于所述智能手机的led灯下端。
进一步的，所述取景筒能使所述智能手机的Led灯发出的光在所述取景筒表面扩散变得均匀，扩散后的光在所述纸基微流控芯片上表面发生反射，反射后的光透过所述20X镜片聚焦在所述智能手机的所述CMOS摄像头上，所述智能手机的显示屏对所述20X镜片聚焦后的光进行成像。
进一步的，所述芯片支架上部可通过卡槽扣合在所述智能手机固定架的下部，所述集成检测盒中的所述芯片支架底部可通过卡槽扣合在所述底座的顶部。
进一步的，所述探头远离所述芯片支架的一端通过电线与温度控制模块连接，所述电源模块通过电线与温度控制模块连接，所述温度控制模块一端设有穿过所述第二矩形凹槽的电线与所述薄膜加热片相连。
进一步的，所述薄膜加热片的直径为5～7mm、厚度为0.03～0.06mm，为所述集成检测盒提供热源，使检测不受环境温度的干扰。所述薄膜加热片是以聚酰亚胺电热膜为外绝缘体，以金属箔、金属丝为内导电发热体。
进一步的，所述电源模块为12V锂电池，为所述温度控制模块以及所述薄膜加热片提供电源。
一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置的检测方法采用的技术方案如下：
检测用纸基微流控芯片的制备：采用喷蜡打印技术制作，在滤纸上形成亲-疏水性区域，得到纸基微流控芯片，亲水区作为检测区，用移液枪滴加浓度为1mM探针溶液1～3μl至纸基微流控芯片的检测区后，为确保溶液完全吸收到纸基微流控芯片的检测区，先将纸基微流控芯片在40～60℃的温度下烘烤25～35分钟，然后将纸基微流控芯片放置在-4～0℃、N2、密封、避光条件下储存备用；
纸基微流控芯片的置入：将备用的纸基微流控芯片裁剪放入四孔芯片盘中与纸基微流控芯片相适配的第一矩形凹槽；
比色分析检测：先将快检装置接通电源，温度控制模块的温度调至40～50℃后，然后将固定探针的纸基微流控芯片压入纸芯片固定模块中的第一矩形凹槽中，用移液枪滴加pH值为2～4的1～4μl样品溶液到四孔芯片盘中纸基微流控芯片的检测区，通过推拉方式控制四孔芯片盘进出集成检测盒。显色反应120～180s后，智能手机对纸基微流控芯片图像信息进行采集，通过计算机的Image J软件分析检测区的RGB通道灰度值，根据其差值计算比色响应值ΔG。ΔG值越大，表示样品中Cu2+浓度越大。
ΔG通过以下公式计算：ΔG＝G－G0
其中，G表示加入Cu2+的绿色通道灰度值，G0表示未加入Cu2+的绿色通道灰度值。
所述探针是N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼。
本发明提出的纸基微流控二价铜离子快速检测装置中箱体、智能手机固定架、芯片支架、底座、四孔芯片盘可由3d打印技术制造，整个检测装置体积小、制造所需成本较低、便于携带，可满足野外实时快检的需要。
本发明提出的纸基微流控二价铜离子快速检测装置集进样、加热、反应、显色、成像于一体，检测所需样品和试剂量少、成本低，带有CMOS摄像头和显示屏的智能手机能够对纸基微流控芯片进行清晰成像。
本发明提出的纸基微流控二价铜离子快速检测装置中的温控模块能够控制检测温度，检测实际样品时不受外界环境干扰。
本发明涉及一种对二价铜离子可特异性快速识别的N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B 酰肼微流控纸芯片，相对于传统的二价铜离子检测技术，本发明利用纸基微流控比色检测方法，将四孔芯片盘移入集成检测盒至纸芯片显色结果读出所需时间只有几分钟，显色反应快，可实现二价铜离子快速定量检测。
本发明采用智能手机对纸芯片图像经行采集，利用Image J软件分析上述图像的绿色通道灰度值，根据其差值得比色响应值ΔG推算获得二价铜离子的浓度。
下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
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。
在发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“底”、“内”、“外”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置，其特征在于：包括箱体1、固定在所述箱体1内部底端的集成检测盒2、电源模块3、用于控制所述集成检测盒2温度的温度控制模块4和用于采集图像的智能手机5。所述集成检测盒2包括底座18、设于所述底座18上端的芯片支架13、设于所述芯片支架13上端的智能手机固定架8、可嵌入所述芯片支架13的四孔芯片盘22、为所述集成检测盒2提供热源的薄膜加热片17以及用于检测所述集成检测盒2温度的探头21，所述底座18上端设有第二圆形凹槽19，所述底座18侧面设有第二矩形凹槽20，所述薄膜加热片17固定安装在所述第二圆形凹槽19上端，所述芯片支架13一端设有窗口14、相对于所述窗口14的另一端设有圆形卡槽15，相对于所述圆形卡槽15的所述芯片支架13的内部设有托架16，所述窗口14设有所述四孔芯片盘22，所述托架16设有所述探头21。
本发明中所述箱体1、智能手机固定架8、芯片支架13、底座18和四孔芯片盘22均可由3D打印技术制造，打印材料选用PLA，整个装置尺寸为180mm×150mm×44mm～270×150mm×43.5mm×66mm，制造所需成本较低(100～150人民币)，便于携带和满足即时快检的需要。
本发明中所述四孔芯片盘22包括纸基微流控芯片26和纸芯片固定模块23。所述纸芯片固定模块23上部设有四个等间距的第一矩形凹槽24，所述第一矩形凹槽24下部设有第一圆形凹槽25。
所述四孔芯片盘22可同时装载4张纸基微流控芯片26，每次检测的3个平行样和对照样在相同检测环境下反应并显色，确保检测结果的准确性。
本发明中所述纸芯片固定模块23的尺寸为75mm×21mm×3.5mm～113mm×32mm×53 mm，所述第一矩形凹槽24的尺寸为8mm×8mm×1.5mm～12mm×12mm×23mm，所述第一圆形凹槽25的间距为9～14mm、直径为7～11mm、深度为1～2mm，所述纸芯片固定模块23中所述第一圆形凹槽25可使所述纸基微流控芯片26的检测区27和纸芯片固定模块 23分离，避免了试剂沾到所述纸芯片固定模块23的表面，显色反应更加准确。
本发明中所述智能手机固定架8上端设有第三圆形凹槽9、所述第三圆形凹槽9下端设有通孔，所述智能手机固定架的圆形空腔内部设有取景筒10，所述取景筒10下部设有第一圆口11，所述第三圆形凹槽9内嵌入20X镜片7，所述第三圆形凹槽9旁设有第二圆口12，所述第二圆口12设于所述智能手机的led灯下端。
本发明中所述取景筒10能使所述智能手机5的led灯发出的光在所述取景筒10表面扩散变得均匀，扩散后的光在所述纸基微流控芯片26上表面发生反射，反射后的光透过所述 20X镜片7聚焦在所述智能手机5的所述CMOS摄像头上，所述智能手机5的显示屏6对所述20X镜片7聚焦后的光进行成像。
本发明中所述芯片支架13上部可扣合在所述智能手机固定架8的下部，所述集成检测盒2中的所述芯片支架13底部可扣合在所述底座18的顶部。
本发明中所述探头21远离所述芯片支架13的一端通过电线与所述温度控制模块4连接，所述电源模块3通过电线与所述温度控制模块4连接，所述温度控制模块4一端设有穿过所述第二矩形凹槽20的电线与所述薄膜加热片17相连。
本发明中所述薄膜加热片17的直径为5～7mm、厚度为0.03～0.06mm，为所述集成检测盒2提供热源，不受环境温度的干扰。所述薄膜加热片17是以聚酰亚胺电热膜为外绝缘体，以金属箔、金属丝为内导电发热体。
本发明中所述电源模块3为12V锂电池，进而为所述温度控制模块4以及所述薄膜加热片17提供电源。
实施例2
本发明还公开了一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置的检测方法，具体包括以下步骤：
检测用纸基微流控芯片的制备，使用Autocad 2018设计纸基微流控芯片图案，所用材料为滤纸，采用喷蜡打印技术制作，在纸上形成亲-疏水性区域，得到纸基微流控芯片26，亲水区作为检测区27，圆形检测区27直径为6mm，厚度为0.2mm。移液枪滴加1mM探针溶液1～3μl至纸基微流控芯片的检测区27，为确保溶液完全吸收到纸张的检测区27，先将纸张在40～60℃的温度下烘烤25～35分钟，然后将纸芯片放置在-4～0℃、N2、密封、避光条件下储存备用。
纸基微流控芯片的置入，将备用纸基微流控芯片26裁剪成7.5mm×7.5mm放入四孔芯片盘22中与纸基微流控芯片26相适配的多个第一矩形凹槽28，多个纸基微流控芯片26满足至少四次的多次测量。
比色检测时，先将快检装置接通电源，调节温度控制模块4参数将快检装置的温度控制在45℃左右，制备7组Cu2+溶液的样品(浓度在0、10、20、40、60、80、100μM，乙醇/ 水体积比为1：1)。用移液枪移取1～4μl不同浓度的样品添入四孔芯片盘22上纸基微流控芯片26的检测区27，将四孔芯片盘22放入集成检测盒2后，Cu2+和N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼探针立即反应，纸基微流控芯片26的检测区27呈现肉眼可见的紫红色。将智能手机5放入智能手机固定架8，固定智能手机5专业模式参数：快门＝1/200、感光度＝100、自动白平衡。2分钟后纸基微流控芯片26的颜色信号强度不再发生变化，启动Led 灯，智能手机5对纸基微流控芯片26图像信息进行采集，将四孔芯片盘22移动到窗口14 的最深处开始捕获第一圆口11正对检测区27时的比色图像，通过抽拉四孔芯片盘22可依次得到多个检测区27的比色JPEG格式图片，将图片传至计算机，通过Image J的颜色直方图分析纸基微流控芯片26检测区27的RGB通道灰度值，计算其绿色通道灰度值差值得到比色响应值ΔG。对于每个Cu2+浓度，至少重复3次实验。将分析的数据导入Origin进行拟合，得到比色响应值ΔG随着Cu2+浓度变化的曲线，由图16可知，比色响应值ΔG与Cu2+浓度存在着线性关系，且ΔG值随Cu2+浓度的增加而增加。在最优的条件下，测定Cu2+的线性范围是10-100μM，标准曲线的回归方程为Y＝0.2234X+0.8224，R2＝0.9907，Cu2+的检出限(由测量11次空白信号的标准偏差乘以3再除以标准曲线的回归方程的斜率计算得出)为7.14μM。
实施例3
Cu2+检测条件的优化，其材料与步骤与实施例2相同。
为了优化Cu2+的检测条件，考察了pH值、检测温度和检测时间等相关实验参数。鉴于 N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼探针与Cu2+之间的比色反应会受到样品溶液pH的影响，我们研究了样品溶液在pH＝11、10、9、8、7、6、5、4、3、2条件下的比色响应。从图13可以看出随着样品溶液pH值降低，比色反应逐渐增强，比色响应值ΔG逐渐增加， pH＝3时比色响应最强。然后，考察检测温度对比色检测的影响，我们研究了0.1mM Cu2+存在下检测温度与比色响应之间的关系，从图14可以看出，当温度从30℃升高至35℃时，比色响应值ΔG升高，温度由35℃升至50℃，比色响应值ΔG没有明显的变化。考虑到比色响应的时间和检测装置的散热性，因此将检测温度45℃作为最佳检测温度。最后，在检测温度为45℃、Cu2+浓度为0.08mM的条件下考察了比色响应随时间的变化。从图15可以看出随着时间的延长，0～120s比色响应值ΔG逐渐减小，120s之后比色响应值ΔG无明显变化，因此150s作为最佳检测时间。
实施例4
纸基微流控芯片比色检测二价铜离子的选择性考察，其材料与步骤与实施例2相同。
为了考察该纸基微流控芯片快检装置比色分析二价铜离子的特异性，我们研究了多种可能的干扰金属离子，包括Ba2+、Fe3+、Mg2+、Co2+、Pb2+、Hg2+、Sn2+、Ni2+、Bi3+、Cr3+、 Na+、Ca2+、Al3+。按照上述操作方法，分别对100μM干扰离子和100μM Cu2+进行比色检测。如图17所示，向N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片仅加入Cu2+后，产生肉眼明显可见的紫红色颜色信号的变化。如图18所示，N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片加入干扰离子和空白值没有明显的差异，而上述纸芯片加入Cu2+后，绿色通道灰度值明显增加。因此，N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片对二价铜离子具有良好的选择性。
实施例5
纸基微流控芯片快检装置及方法在实际样品中的应用，其材料与步骤与实施例2相同。
为了证明所提出的纸基微流控芯片快检装置及方法在日常生活中测量Cu2+的潜在实际应用，我们评估了纸基微流控芯片快检装置及方法用于实际样品分析的可行性。我们采用标准加入法分别测定饮用水、尿液中的Cu2+含量，如表1所示，N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片在20、60和100μM的Cu2+存在下，样品回收率为97.04％～107.0％，相对标准偏差小于5.0％。这些结果表明，N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼微流控纸芯片比色分析方法可以为实际应用中Cu2+离子提供可靠手段。
表1本实施例测定实际水样中Cu2+。
Figure BDA0002478918020000071
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置，其特征在于，包括箱体(1)以及固定在所述箱体(1)内的集成检测盒(2)、电源模块(3)、用于控制所述集成检测盒(2)温度的温度控制模块(4)和用于采集芯片图像的智能手机(5)，所述集成检测盒(2)包括底座(18)、设于所述底座(18)的芯片盒(13)、设于所述芯片盒(13)的智能手机固定架(8)及可嵌入所述芯片盒(13)并载有纸基微流控芯片(26)的四孔芯片盘(22)；在底座(18)上设有薄膜加热片(17)且所述薄膜加热片(17)为检测所需热环境提供热源；在芯片盒(13)内设有用于采集纸基微流控芯片(26)温度的探头(21)和用于支撑四孔芯片盘(22)的托架，所述托架上有一滑槽，在芯片盒(13)上还设有一位置与所述滑槽相对应的窗口(14)及纸基微流控芯片图像采集孔，所述四孔芯片盘(22)自窗口(14)插入芯片盒(13)后滑入所述滑槽并由所述托架支撑；智能手机固定架(8)包括扣在芯片盒(13)之纸基微流控芯片图像采集孔上的圆盖，在圆盖上设有用于固定智能手机(5)的卡扣、第二圆口(12)及20X镜片(7)，当智能手机(5)插入所述卡扣后，智能手机(5)的镜头对准20X镜片(7)，智能手机(5)的的闪光灯对准第二圆口(12)。
2.根据权利要求1所述的基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置，其特征在于，在智能手机固定架(8)的圆盖内设有取景筒，所述取景筒上的第一圆口(11)将智能手机(5)拍摄的图像限制于一个完整的纸基微流控芯片单元。
3.根据权利要求1所述的基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置，其特征在于：所述四孔芯片盘(22)包括纸基微流控芯片(26)和纸芯片固定模块(23)，所述纸芯片固定模块(23)上部设有四个等间距的第一矩形凹槽(24)，所述第一矩形凹槽(24)下部设有第一圆形凹槽(25)。
4.一种基于纸基微流控芯片的二价铜离子的检测方法，其特征在于，以下为具体步骤：
(1)检测用纸基微流控芯片的制备：采用喷蜡打印技术制作，在滤纸上形成亲-疏水性区域，得到纸基微流控芯片(26)，亲水区作为检测区(27)，用移液枪滴加浓度为1mM探针溶液1～3μl至纸基微流控芯片(26)的检测区(27)后，为确保溶液完全吸收到纸基微流控芯片(26)的检测区(27)，先将纸基微流控芯片(26)在40～60℃的温度下烘烤25～35分钟，然后将纸基微流控芯片(26)放置在-4～0℃、N2、密封、避光条件下储存备用；
(2)纸基微流控芯片的置入：将备用的纸基微流控芯片(26)裁剪放入四孔芯片盘(22)中与纸基微流控芯片(26)相适配的第一矩形凹槽(24)；
(3)比色分析检测：先将快检装置接通电源，温度控制模块(4)的温度调至40～50℃后，将固定探针的纸基微流控芯片(26)压入纸芯片固定模块(23)中的第一矩形凹槽(24)中，用移液枪滴加pH值为2～4的1～4μl样品溶液到四孔芯片盘(22)中纸基微流控芯片(26)的检测区(27)，通过推拉方式控制四孔芯片盘(22)进出集成检测盒(2)，显色反应120～180s后，智能手机(5)对纸基微流控芯片(26)图像信息进行采集，通过计算机的Image J软件分析检测区(27)的RGB通道灰度值，根据其差值计算比色响应值ΔG，ΔG值越大，表示样品中Cu2+浓度越大。
5.根据权利要求4所述的基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置的检测方法，其特征在于：
ΔG通过以下公式计算：ΔG＝G－G0
其中，G表示加入Cu2+的绿色通道灰度值，G0表示未加入Cu2+的绿色通道灰度值。
6.根据权利要求4所述的基于纸基微流控芯片的二价铜离子快检装置的检测方法，其特征在于：所述探针是N-(1H-吡咯-2-基亚甲基)-罗丹明B酰肼。
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