CN112916065B - 一种微流控纸芯片及其制备方法以及微流控纸芯片检测系统与应用 - Google Patents

一种微流控纸芯片及其制备方法以及微流控纸芯片检测系统与应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种微流控纸芯片，包含进样区与检测区，进样区与检测区是亲水区，进样区与检测区的外围为疏水区；所述进样区位于纸芯片的一面，检测区位于另一面；进样区可透过纸基贯通到纸芯片的另一面形成滤液区，滤液区通过接触方式或非接触方式使滤液流动到检测区。本发明还一种制备所述微流控纸芯片的方法，以及基于微流控芯片的检测系统，并将该系统应用于食品、蔬菜、中药材、血液样品成分的检测。本发明的纸芯片使用简便、成本低廉，更适合所获样品量较少的物质的检测。在进样溶液电离喷雾时，进入质谱仪的信号更强，检测精度更高。在进行检测操作时，能够防止污染，保证检测数据的准确性和保障质谱仪不损坏。

Description

一种微流控纸芯片及其制备方法以及微流控纸芯片检测系统 与应用
技术领域
本发明涉及一种微流控纸芯片及其制备方法以及微流控纸芯片检测系统与应用，属于化学成分检验技术领域。
背景技术
微流控纸芯片是在滤纸的特定区域建立“疏水屏障”和“亲水通道”，进而构造出具有一定亲疏水通道网络结构的纸基微流控芯片。微流控纸芯片由美国哈佛大学Whitesides教授团队于2007年提出，目前已成为微流控芯片中很有潜力的发展方向。与传统的以硅、玻璃及塑料为基体材料的微流控芯片相比，微流控纸芯片具有原料来源广泛、价格低廉、易于加工、生物样品相容性好、可降解等诸多优点，常被用作承载分析诊断测试的基底材料，涉及医学诊断、环境监测、生化分析等多个领域。目前, 微流控纸芯片已成为一种新型的平台技术,在低资源配置地区的快速诊断检测领域显示出了较大的应用潜力。
微流控纸芯片制备的主要工作是在基底纸材料上构造亲水通道和疏水屏障，其制备工艺有很多种，主要有分为物理工艺和化学工艺。采用物理工艺例如喷蜡打印、绘图、喷墨打印、印章压印等方法在亲水纸上构造出疏水屏障，从而使待分析流体按照设定的亲水通道流动，实现各种化学分析；而采用化学工艺主要是通过光刻、紫外固化、等离子体刻蚀等构造流道，实现分析样品的流动控制。
微流控纸芯片分析常用的检测方法是比色法、光学检测法或电化学检测法。比色法操作简单，但依托于色差进行对比，分辨率和灵敏度不高；光学检测和电化学检测要求被检测的分析物需有相应的光学特性或电化学特性，或者要易于标记等特点，且这些方法的抗干扰能力相对较弱，且很难做到高通量分析，这一定程度上限制了纸芯片的应用。而质谱检测可以有效解决这些困难，质谱检测可以对混合物中多种化合物的质荷比进行同时检测，无需对被检测物进行标记，也不需要显色或分析物具有光电等活性，因此可检测的分析物范围广泛，且可以通过二级质谱对分析物进行分子结构分析，使其先天具备了多元分析和高通量分析的能力。纸喷雾电离技术是 2010 年发展起来的一种新型敞开式大气压电离源，可以实现纸基上样品的实时原位检测，将微流控纸芯片分析装置与质谱检测进行耦合，可以实现复杂基质中分析物的快速定性定量分析。
现有方法制备的微流控纸芯片大多仅是一个分析操作的微型平台，在实际的复杂样品分析操作中一般还需在进行微流控纸芯片分析前，对样品进行提取、过滤等提纯步骤，需要相应的提取、过滤设备，且一般溶剂消耗量大，这种情况下微流控纸芯片的使用会增加操作步骤和操作时间，对预处理设备和步骤也提出了更高的要求，在随取随用上亦存在不足。如果搭建一个在一张微流控纸芯片上实现复杂基质中分析物的提取、分离与检测的一体化平台，将为纸芯片的应用拓展更大的空间，而相关研究还很少。现有技术中为了在一件纸芯片上满足对样品进行提取、过滤等提纯步骤，采取的是多层纸芯片叠加的组合使用方式。然而在堆叠或折叠过程中需要层与层之间精准对齐和紧密贴合，操作麻烦，流体在层层流动中由于层与层之间的紧密贴合程度不够容易造成损失，且在堆叠过程中需要用到双面胶，在分析测定过程容易产生非特异性吸附，污染样品，对分析结果的准确度造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的是针对以上背景技术中的至少一项技术问题，提供一种微流控纸芯片及其制备方法和应用，在能有效地检测出物质成分情况的前提下，以希望进一步简化检测操作手段、减少检测操作时间。
本发明提供的方案如下：
一种微流控纸芯片，包含设于纸芯片上的进样区与检测区，进样区与检测区是以亲水性材质为载体的亲水区，所述进样区与检测区的外围为疏水材质构成的疏水区，所述进样区位于纸芯片的一面，所述检测区位于纸芯片的另一面；所述进样区的亲水区可透过纸基贯通到纸芯片的另一面形成滤液区，所述滤液区可通过接触方式或非接触方式使滤液流动到所述检测区。
在本发明中，通过在一张纸芯片上就构造了具有过滤功能的3D纸芯片，且流体在纸芯片上面流动时仅有一条路径可走，可减少流体在流动过程中的损耗且可免受背面的污染，无需像多层纸芯片叠加的方式那样使用双面胶或人为精准对齐，不会产生非特异性吸附，污染样品。该纸芯片可实现对复杂样品的预过滤和清洁功能，对一些成分复杂的样品分析特别有利，如中药成分的快速鉴定、真伪鉴别、食品药品分析以及受污染的土壤等，在后续配用其他仪器进行检测时能大大减少基质的干扰。
进一步优选的，上述进样区位于纸芯片的一端，上述检测区配置有足够长的流道使得上述滤液在检测区流动后可实现后续进样检测。进样区位于纸芯片的一端并配置有足够长的流道使得滤液中的各种成分能够通过设计的流道线路在纸芯片上进行初步分离，便于后续的进样检测。
进一步优选的，上述进样区包含有能够捕捉阳离子化合物的杂质隔离栅。通过在纸芯片进样区设置能够捕捉阳离子化合物的杂质隔离栅，可以更好的拦截待测样品溶液中的杂质，防止杂质随滤液从纸芯片进样面透过到另一面而最终进入检测机构妨碍检测精度。
进一步优选的，上述杂质隔离栅的材料为磺酸基树脂。此种树脂能够很好的捕捉阳离子化合物如季铵碱等。
进一步优选的，上述后续进样检测为质谱检测。质谱检测方法是一种高分辨、高灵敏度的检测方法，对大多数分子都有响应，能够通过串联质谱的方式给出目标分子的结构信息。将质谱检测与纸基微流控芯片进行结合可以提高检测效率和检测精度。
进一步优选的，上述接触方式是指上述滤液区与检测区在纸芯片的一面相连通；上述非接触方式是指上述滤液区可通过纸芯片的折叠再与上述检测区相接触。不同的接触方式设计，可以更好的满足不同性质的样品检测需求。通过这种设计，使得纸芯片具有一种滤纸过滤功能，便于更好的对进样的待测溶液进行除杂。
进一步优选的，在上述非接触方式中，滤液区与检测区在纸芯片的一面通过折叠线相分隔。通过设置便于折叠的折叠线，在实际操作时按照折叠线折叠，使得折叠后的滤液区刚好与检测区贴合，方便准确的进行操作。
进一步优选的，上述纸芯片为多边形，且检测区的进样端设置在多边形的一角，进样区设置在进样端相对的另一侧。检测区的进样端设置在多边形的一角，与进样区相分隔较长距离，避免了在将纸芯片进行质谱检测时出现误差。
进一步优选的，上述纸芯片为等腰三角形或类等腰三角形，且检测区的进样端设置在等腰三角形的顶角，进样区设置在靠近等腰三角形底边的区域。
进一步优选的，上述进样区与滤液区的形状大小相同，且分别位于纸芯片相对的两面。
进一步优选的，上述进样区包含反应区和多个进样点，且各进样点通过亲水区通道连接到所述反应区。设计反应区和多个进样点，目的是为了满足待测样品需要先混合反应后才能进行进样检测的情况。
一种制备上述微流控纸芯片的方法，包含以下步骤：
1）直接获取疏水纸基或对滤纸全部进行疏水化预处理得到疏水纸基；
2）在所述疏水纸基上铺设掩膜，根据微流控纸芯片上设计的亲水区的形状在所述掩膜上设置镂空区域；
3）用介质阻挡放电离子源DBDI对步骤2）中疏水纸基上的掩膜镂空区域进行照射，照射区域转变为亲水性；
4）进行后续清洗、晾干后，即得到微流控纸芯片。
进一步优选的，上述步骤4）中所述后续清洗、晾干的具体步骤还包括在步骤3）中DBDI照射过的区域涂布研磨好的磺酸基树脂，然后进行干燥处理。
进一步优选的，上述步骤1）中的滤纸选材为Whatman No.1滤纸；所述疏水化预处理具体包括以下步骤：
11）配制体积分数为0.1-0.5%的硅烷化试剂的正己烷溶液；
12）将所述滤纸浸泡于上述硅烷化试剂的正己烷溶液中，反应后取出滤纸再用正己烷、乙醇、甲醇淋洗，晾干，即得疏水纸基。
Whatman No.1滤纸与其他滤纸相比，由于其纤维程度更高，性质更稳定，因此用来做纸芯片时加工性能最佳。
进一步优选的，上述步骤3）中固定介质阻挡放电离子源DBDI喷嘴距离疏水纸基的距离为8-12mm；所述介质阻挡放电离子源DBDI设置He流速为0.2-5L/min，离子源温度为90-120oC。
以上He流速，离子源温度都是优化后的实验参数。流体在纸芯片上的流动速率对分析检测结果也至关重要，其中可用浸润速率来表示。流体在亲水通道中的浸润速率与众多因素有关，如DBDI喷嘴距疏水纸基的距离、离子源温度、He流速等。固定喷嘴和纸基的距离约为1 cm（距离过近，等离子体束会扩散，难以集中照射在某个点上；且等离子体束最小长度为3 cm，因此也不能距离过远；当距离约为1 cm时，等离子体束不会扩散，集中照射在纸基的某个点上）此处He流量可选的范围是0.2-5 L/min，但当He流量小于3 L/min时，等离子体束会变粗变虚，对纸基的照射强度也大大减弱；当He流速等于3 L/min时，等离子体束细且明亮，照射强度大；因此一般更优选的He流量控制为3 L/min。
一种基于微流控芯片的检测系统，包含上述的微流控纸芯片，还包括质谱仪，且所述微流控芯片的检测区的进样端置于所述质谱仪的进样口处。
一种如上所述的微流控纸芯片或检测系统应用于食品、蔬菜、中药材、血液样品成分的检测。
上述应用的具体操作包括：称量适量的中药材粉末实置于微流控纸芯片的进样区，加入提取溶剂提取多次，挥干后滴加喷雾溶剂到微流控纸芯片的检测区上，再外接高电压，喷雾溶剂带着样品到达纸芯片尖端形成喷雾，喷雾进样到质谱检测仪进行质谱分析。
进一步优选的，上述提取溶剂为甲醇水溶剂、乙醇水溶剂、丙酮水溶剂以及乙腈水溶剂中的一种；上述的喷雾溶剂为甲醇、乙腈、水、二氯甲烷、二氯甲烷-甲醇混合物、二甲基亚砜、异丙醇和丁醇、四氢呋喃、丙酮以及二甲基甲酰胺中的一种。
进一步优选的，上述中药材粉末为枳实和/或青皮。
进一步优选的，上述中药材粉末为枳实或青皮中的一种待测物，若在负离子模式下的质谱图中多出两类物质的图谱峰，即615-柚皮苷及其同分异构体与645-新橙皮苷及其同分异构体，则判定待测物为枳实；若在负离子模式下的质谱图中没有多出两类物质的图谱峰，则判定待测物为青皮。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的纸芯片使用简便、成本低廉。本发明提供纸芯片的是兼具上样、提取、分离、检测一体化的平台，更适合复杂基质中相关成分的分析。对于野外操作更加便利，不需要各种辅助的如回流、超声、微波、离心、过滤等提取纯化设备，使用简便、成本低廉。
2、本发明更适合所获样品量较少的物质的检测。本发明由于是在一张滤纸的正反面进行亲疏水刻蚀，方便微量物质的流动，不需要滴加太多的样品溶液也能使样品溶液透过纸芯片到达检测区，因而更适用于检测进样量较少的物质。
3、本发明的纸芯片在进样溶液电离喷雾时，进入质谱检测仪的信号更强。纸芯片检测区双面为亲水性时，电离形成的喷雾类似于圆锥体状，最终进入质谱检测仪的样品量将会较少，样品信号不强；而本发明的纸芯片检测区采用一面亲水另一面疏水的设计，使得进样溶液电离喷雾时喷雾更集中，进入质谱检测仪的样品量将会较大，样品信号更强。
4、本发明的纸芯片在进行检测操作时，能够防止污染，保证检测数据的准确性和保障质谱仪不损坏。当样品溶液置于纸芯片上并加高压电进行电离喷雾时，样品溶液内的有效物质和杂质都会在电流作用下进行电离喷雾而进入质谱检测仪，出现这种情况将不仅使检测结果不准确，也将污染质谱检测仪内的环境造成其破坏。而本发明的纸芯片由于是在纸芯片的一面进行进样而另一面进行检测，可以将杂质进行过滤，保障检测数据的准确和仪器的安全。此外，通过在纸芯片进样区设置能够捕捉阳离子化合物的杂质隔离栅，可以更好的拦截待测样品溶液中的杂质，防止杂质随滤液从纸芯片进样面透过到另一面而最终进入检测机构妨碍检测精度。
5、本发明的纸芯片通过在一张纸芯片上就构造了具有过滤功能的3D纸芯片，且流体在纸芯片上面流动时仅有一条路径可走，可减少流体在流动过程中的损耗且可免受背面的污染，无需像多层纸芯片叠加的方式那样使用双面胶或人为精准对齐，不会产生非特异性吸附，污染样品。可实现对复杂样品的预过滤和清洁功能，对一些成分复杂的样品分析特别有利。
附图说明
图1为本发明实施例1中微流控纸芯片的结构示意图；
图2为本发明实施例2中具有折叠结构的微流控纸芯片结构示意图；
图3为本发明实施例3中具有多个进样点的微流控纸芯片结构示意图；
图4为本发明的微流控纸芯片应用流程示意图；
图5为本发明制备纸芯片时探究的DBDI照射时间及温度对浸润速率的影响实验结果图；
图6为本发明应用方法探究的提取溶剂比例对目标物响应强度的影响实验结果图；
图7为本发明实施例5枳实化学成分的质谱检测结果图；
图8为本发明实施例6枳实化学成分的质谱检测结果图；
图9为本发明实施例7枳实化学成分的质谱检测结果图；
图10为本发明实施例7青皮化学成分的质谱检测结果图。
其中：11、进样区；12、滤液区；2、检测区；21、检测区进样端；31、进样区；32、滤液区；4、检测区；41、检测区进样端；51、第一进样区进样点；52、第二进样区进样点；53、进样区反应区；54、滤液区；6、检测区；61、检测区进样端。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明的一种微流控纸芯片，包含设于纸芯片上的进样区与检测区，进样区与检测区是以亲水性材质为载体的亲水区，所述进样区与检测区的外围为疏水材质构成的疏水区，所述进样区位于纸芯片的一面，所述检测区位于纸芯片的另一面；所述进样区的亲水性可透过纸基贯通到纸芯片的另一面形成滤液区，所述滤液区可通过接触方式或非接触方式使滤液流动到所述检测区。所述进样区包含有以磺酸基树脂材料制成的能够捕捉阳离子化合物的杂质隔离栅。
本发明的一种微流控纸芯片的优选方案是，微流控纸芯片进样区位于纸基的一端，检测区为长条状与进样区的背面亲水区相连接。使用时对进样区进行进样，样品溶液透过进样区到达进样区背面，又通过与背面相连接的长条状检测区进入检测区。
本发明的一种微流控纸芯片的优选方案是，在折叠之前，微流控纸芯片进样区的背面位置与检测区是分隔的，折叠后进样区覆盖检测区靠近进样区一端部分。在制造时可以事先设置折叠线，使用时按照折叠线进行折叠。在使用时对微流控纸芯片按折叠线折叠后进行进样，样品溶液透过进样区从背面上落入检测区。进样完成后可以按照折叠线剪去进样区端。
本发明的一种微流控纸芯片的优选方案是，进样区包含反应区和多个进样点，进样点通过亲水区通道连接到反应区。进样时，各种样品先滴入进样点，再又进样点流通到反应区，在反应区反应后再透过微流控纸芯片到达背面。微流控纸芯片正面的进样点与亲水通道的背面都是疏水区，只在反应区位置的背面设置成亲水区。
一种制备微流控纸芯片的方法，步骤如下：
1）配制体积分数为0.1%的十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液。
2）将滤纸浸泡于上述溶液中，反应后取出滤纸再依次用正己烷、乙醇、甲醇淋洗3-6次，室温下自然晾干，即得疏水纸基。
3）将上述制备好的疏水纸基置于载玻片上，再放置聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）掩膜，并用塑料夹子固定好，此处不能用金属夹子固定，因为金属夹子容易吸引等离子体束；其中PMMA掩膜根据所需亲水区域形状设置镂空区域，形成由上往下的PMMA掩膜-疏水纸基-载玻片三层结构，并将其放到三维移动平台上。
4）用介质阻挡放电离子源DBDI对步骤3中三维移动平台上的疏水纸基的掩膜镂空区域进行照射；每次固定DBDI喷嘴距离疏水纸基的距离为8-12mm，打开He和高压，便可以清晰地观察到一束浅紫色的等离子体束，利用该等离子体束对疏水纸基的掩膜镂空区域进行照射。
5）将照射后的疏水纸基依次用正己烷、乙醇、甲醇超声清洗3-6遍，自然晾干后，再在DBDI照射过的区域涂布研磨好的磺酸基树脂，然后进行干燥处理。即得照射面为亲水区的微流控纸芯片。
上述滤纸选材为Whatman No.1滤纸。Whatman No.1滤纸与其他滤纸相比，由于其纤维程度更高，性质更稳定，因此常用来做纸芯片加工的最佳材质。
介质阻挡放电离子源DBDI主要由电脑、控制箱和离子源三个部分组成，外加一个自行改装的三维移动平台，根据实验要求在电脑上设置He流速以及离子源温度等各种参数，选择He流速为3 L/min，离子源温度为120oC。
一种微流控纸芯片应用于中药材成分检测，具体方法为：
称量适量的中药材粉末实置于微流控纸芯片的进样区，加入提取溶剂提取多次，挥干后滴加喷雾溶剂到微流控纸芯片的检测区上，再外接高电压，喷雾溶剂带着样品到达纸芯片尖端形成喷雾，喷雾进样到质谱检测仪进行质谱分析。
实施例1
一种微流控纸芯片，如图1所示， （I）为微流控纸芯片的正面图，（II）为微流控纸芯片的背面图；微流控纸芯片的正面图中包含阴影部分的进样区11，微流控纸芯片的背面图中包括检测区2、滤液区12和检测区进样端21。微流控纸芯片的进样区11、滤液区12与检测区2都位于亲水区，其它非阴影区域为疏水区。微流控纸芯片的进样区11与滤液区12位置上位于微流控纸芯片两面对应的位置。进样区11位于微流控纸芯片的一端，检测区2为长条状与滤液区12相连接。微流控纸芯片的进样区11上覆盖有磺酸基树脂。
实施例2
一种微流控纸芯片，如图2所示， （III）为微流控纸芯片的正面图，（IV）为微流控纸芯片的背面图，（V）为微流控纸芯片折叠后的示意图，微流控纸芯片的正面图包含进样区31，微流控纸芯片的背面图包括检测区4、滤液区32和检测区进样端41，进样区、检测区和滤液区都位于微流控纸芯片的亲水区，其它非阴影区域为疏水区。微流控纸芯片的进样区31与滤液区32位置上位于微流控纸芯片两面对应的位置。滤液区32位置在折叠之前与检测区4是分隔的，折叠后滤液区32覆盖检测区4靠近滤液区32一端的部分；进样区31与检测区4设置有折叠线，使用时按照折叠线进行折叠，进样区可以按折叠线剪下。进样区31上覆盖有磺酸基树脂。
实施例3
一种微流控纸芯片,如图3所示，（VI）为微流控纸芯片的正面图，（VII）为微流控纸芯片的背面图，微流控纸芯片的正面图包含阴影部分的进样区，进样区包含进样区反应区53和第一进样区进样点51、第二进样区进样点52，第一进样区进样点51和第二进样区进样点52通过亲水区通道连接到进样区反应区53；进样区上覆盖有磺酸基树脂。微流控纸芯片的背面图包括检测区6、滤液区54和检测区进样端61，微流控纸芯片的进样区、滤液区与检测区都位于纸基上的亲水区，纸基的其它非阴影区域为疏水区。微流控纸芯片的进样区反应区53与滤液区54位置上位于微流控纸芯片两面对应的位置。微流控纸芯片进样区位于纸基的一端，检测区为长条状与滤液区相连接。
实施例4
一种制备实施例1中微流控纸芯片的方法，步骤如下：
1）配制体积分数为0.1%的十八烷基三氯硅烷的正己烷溶液。
2）将滤纸浸泡于上述溶液中，反应后取出滤纸再依次用正己烷、乙醇、甲醇淋洗3次，室温下自然晾干，即得疏水纸基。
3）将上述制备好的疏水纸基置于载玻片上，再放置聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）掩膜，并用塑料夹子固定好；其中PMMA掩膜根据实施例1中亲水区域形状设置镂空区域，形成由上往下的PMMA掩膜-疏水纸基-载玻片三层结构，并将其放到三维移动平台上。
4）用介质阻挡放电离子源DBDI对步骤3）中三维移动平台上的疏水纸基的掩膜镂空区域进行照射；每次固定DBDI喷嘴距离疏水纸基的距离为10mm，打开He和高压，便可以清晰地观察到一束浅紫色的等离子体束，利用该等离子体束对疏水纸基的掩膜镂空区域进行照射。
5）将照射后的疏水纸基依次用正己烷、乙醇、甲醇超声清洗3遍，自然晾干后，将在步骤4）中DBDI照射过的区域涂布研磨好的磺酸基树脂，然后进行干燥处理。即得照射面为亲水区的微流控纸芯片。
以上He流速，离子源温度都是优化后的实验参数。
由于流体在纸芯片上的流动速率对分析检测结果也至关重要，流体在亲水通道中的浸润速率与众多因素有关，如DBDI喷嘴距疏水纸基的距离、离子源温度、He流速等。因而本实施例做了对浸润速率影响因素的探究试验：
固定喷嘴和纸基的距离约为1 cm（距离过近，等离子体束会扩散，难以集中照射在某个点上；且等离子体束最小长度为3 cm，因此也不能距离过远；当距离约为1 cm时，等离子体束不会扩散，集中照射在纸基的某个点上）此处He流量可选的范围是0.2-5 L/min，但当He流量小于3 L/min时，等离子体束会变粗变虚，对纸基的照射强度也大大减弱；当He流速等于3 L/min时，等离子体束细且明亮，照射强度大；因此更优选的He流量控制为3 L/min。
固定介质阻挡放电离子源DBDI喷嘴和纸基的距离为1 cm，He流速为3 L/min，均匀照射限定区域（由长度3 cm，宽度2 mm的PMMA掩模限定），控制离子源温度为30 oC、60 oC、90oC和120 oC，照射时间为1、2、3、4、5、6、7、8 min。照射后的纸基平放于载玻片上，然后往限定区域一端滴加10 μL鸡冠花红染色剂，同时开始计时，记录染色剂自然浸润到末端所用的时间。下图为浸润速率随照射时间的变化曲线，由图5可知，当离子源温度不变时，随着照射时间的增加，浸润速率逐渐升高并进入一个稳定值。当控制照射时间不变时，随着离子源温度的升高，浸润速率也在加快。其中原因是由于随着离子源温度和照射时间的增加，流体在纸基上的亲水深度也会相应增加，因此浸润速率越快。但是温度升高，特别是超过120 oC时，纸基表面的羟基（-OH）之间会相互脱水（-H2O），从而使纸基变硬变脆。同时流体在亲水通道中的浸润速率也直接影响复杂基质在纸芯片上初步分离的效果。因此在实际应用过程中，要综合考虑在纸芯片本身不受破坏的前提下，选择合适的离子源温度和照射时间，使得流体在纸芯片上的浸润速率相对较快。
实施例5
微流控芯片与质谱仪检测系统用于枳实化学成分的检测，具体操作如下：
如图4所示步骤，精确称量1.00 mg的枳实中药粉末置于实施例1中微流控纸芯片 的进样区，加入10
Figure 536038DEST_PATH_IMAGE001
的提取溶剂（甲醇：水=8:2），提取5次，挥干后，用剪刀剪下后端的进样 区，并将余下的纸芯片用金属铜夹固定好，用20
Figure 515495DEST_PATH_IMAGE001
的甲醇作为喷雾溶剂滴加在检测区，再外 接高电压，喷雾溶剂带着样品迁移至芯片尖端处形成喷雾，从而进入质谱仪进行分析。
正离子模式下的质谱条件：
锥孔电压：35 V；喷雾电压：3.5 kV；离子源温度：120 oC；
正离子模式下的质谱结果如图7所示：
104.04：4-氨基丁酸
152.16：N -甲基酪胺
168.14：辛弗林
372.99：桔皮素
403.01：川陈皮素
提取溶剂比例对目标物响应强度的影响，因而本实施例也对提取溶剂的比例选择有做过对比试验，试验结果如图6所示。由图可得当甲醇：水体积比为8:2时，3种目标物的响应强度最佳。图6中为提取溶剂比例对3种目标物响应强度的影响，其中m/z 168.06为辛弗林，372.95为桔皮素，402.96为川陈皮素。
实施例6
微流控芯片与质谱仪检测系统用于枳实化学成分的检测，具体操作如下：
如图4所示步骤，精确称量1.00 mg的枳实中药粉末置于实施例2中微流控纸芯片 的进样区，加入10
Figure 295232DEST_PATH_IMAGE001
的提取溶剂（甲醇：水=8:2），提取5次，挥干后，用剪刀剪下后端的进样 区，并将余下的纸芯片用金属铜夹固定好，用20
Figure 752758DEST_PATH_IMAGE001
的甲醇作为喷雾溶剂滴加在检测区，再外 接高电压，喷雾溶剂带着样品迁移至芯片尖端处形成喷雾，从而进入质谱仪进行分析。
正离子模式下的质谱条件：
锥孔电压：35 V；喷雾电压：3.5 kV；离子源温度：120 oC；
正离子模式下的质谱结果如图8所示：
104.01：4-氨基丁酸
152.09：N-甲基酪胺
168.11：辛弗林
372.98：桔皮素
402.97：川陈皮素
实施例7
微流控芯片与质谱仪检测系统用于对枳实与青皮的检测识别，具体操作如下：
如图4所示步骤，将枳实中药粉末精确称量1.00 mg置于实施例1（或者实施例2亦可）中微流控纸芯片的进样区，加入10 μL的提取溶剂（甲醇：水=8:2），提取5次，挥干后，用剪刀剪下后端的进样区，并将余下的纸芯片用金属铜夹固定好，用20 μL的甲醇作为喷雾溶剂滴加在检测区，再外接高电压，喷雾溶剂带着样品迁移至芯片尖端处形成喷雾，从而进入质谱仪进行分析。负离子模式下的质谱条件：锥孔电压：25 V；喷雾电压：3.0 kV；离子源温度：120oC。
将青皮中药粉末精确称量1.00 mg置于实施例1（或者实施例2亦可）中微流控纸芯片的进样区，加入10 μL的提取溶剂（甲醇：水=8:2），提取5次，挥干后，用剪刀剪下后端的进样区，并将余下的纸芯片用金属铜夹固定好，用20 μL的甲醇作为喷雾溶剂滴加在检测区，再外接高电压，喷雾溶剂带着样品迁移至芯片尖端处形成喷雾，从而进入质谱仪进行分析。负离子模式下的质谱条件：锥孔电压：25 V；喷雾电压：3.0 kV；离子源温度：120oC。
如图9、10所示，枳实在负离子模式下的质谱图中比青皮的质谱图多出两类物质的图谱峰即615-柚皮苷及其同分异构体与645-新橙皮苷及其同分异构体；因而在检测过程中只需对比两者的质谱图中看是否存在这两类物质就能判断出何种为枳实何种为青皮。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (20)

1.一种微流控纸芯片，包含设于纸芯片上的进样区与检测区，进样区与检测区是以亲水性材质为载体的亲水区，所述进样区与检测区的外围为疏水材质构成的疏水区，其特征在于，所述纸芯片由一张滤纸构成；所述进样区位于纸芯片的一面，所述检测区位于纸芯片的另一面；所述进样区的亲水区可透过纸基贯通到纸芯片的另一面形成滤液区，所述滤液区可通过接触方式或非接触方式使滤液流动到所述检测区。
2.根据权利要求1所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述进样区位于纸芯片的一端，所述检测区配置有足够长的流道使得所述滤液在检测区流动后可实现后续进样检测。
3.根据权利要求1所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述进样区包含有能够捕捉阳离子化合物的杂质隔离栅。
4.根据权利要求3所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述杂质隔离栅的材料为磺酸基树脂。
5.根据权利要求2所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述后续进样检测为质谱检测。
6.根据权利要求1所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述接触方式是指所述滤液区与检测区在纸芯片的一面相连通；所述非接触方式是指所述滤液区可通过纸芯片的折叠再与所述检测区相接触。
7.根据权利要求6所述的微流控纸芯片，其特征在于，在所述非接触方式中，所述滤液区与检测区在纸芯片的一面通过折叠线相分隔。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述纸芯片为多边形，且所述检测区的进样端设置在多边形的一角，所述进样区设置在进样端相对的另一侧。
9.根据权利要求8所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述纸芯片为等腰三角形或类等腰三角形，且所述检测区的进样端设置在等腰三角形的顶角，所述进样区设置在靠近等腰三角形底边的区域。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述进样区与滤液区的形状大小相同，且分别位于纸芯片相对的两面。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的微流控纸芯片，其特征在于，所述进样区包含反应区和多个进样点，且各进样点通过亲水区通道连接到所述反应区。
12.一种制备如权利要求1-11中任一项所述的微流控纸芯片的方法，其特征在于，包含以下步骤：
1）直接获取疏水纸基或对滤纸全部进行疏水化预处理得到疏水纸基；
2）在所述疏水纸基上铺设掩膜，根据微流控纸芯片上设计的亲水区的形状在所述掩膜上设置镂空区域；
3）用介质阻挡放电离子源DBDI对步骤2）中疏水纸基上的掩膜镂空区域进行照射，照射区域转变为亲水性；
4）进行后续清洗、晾干后，即得到微流控纸芯片。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中所述后续清洗、晾干的具体步骤还包括在步骤3）中DBDI照射过的进样区区域涂布研磨好的磺酸基树脂，然后进行干燥处理。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中的滤纸选材为WhatmanNo.1滤纸；所述疏水化预处理具体包括以下步骤：
11）配制体积分数为0.1-0.5%的硅烷化试剂的正己烷溶液；
12）将所述滤纸浸泡于上述硅烷化试剂的正己烷溶液中，反应后取出滤纸再用正己烷、乙醇、甲醇淋洗，晾干，即得疏水纸基。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中固定介质阻挡放电离子源DBDI喷嘴距离疏水纸基的距离为8-12mm；
所述介质阻挡放电离子源DBDI设置He流速为0.2-5 L/min，离子源温度为90-120℃。
16.一种基于微流控芯片的检测系统，包含上述权利要求1-11中任一项所述的微流控纸芯片，其特征在于，还包括质谱仪，且所述微流控芯片的检测区的进样端置于所述质谱仪的进样口处。
17.一种如权利要求1-11任一项中所述的微流控纸芯片或权利要求16所述的检测系统应用于食品、蔬菜、中药材、血液样品成分的检测。
18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于，所述应用的具体操作包括：称量适量的中药材粉末实置于微流控纸芯片的进样区，加入提取溶剂提取多次，挥干后滴加喷雾溶剂到微流控纸芯片的检测区上，再外接高电压，喷雾溶剂带着样品到达纸芯片尖端形成喷雾，喷雾进样到质谱仪进行质谱分析。
19.根据权利要求18所述的应用，其特征在于，所述中药材粉末为枳实和/或青皮。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于，所述中药材粉末为枳实或青皮中的一种待测物，若在负离子模式下的质谱图中多出两类物质的图谱峰，即615-柚皮苷及其同分异构体与645-新橙皮苷及其同分异构体，则判定待测物为枳实；若在负离子模式下的质谱图中没有多出两类物质的图谱峰，则判定待测物为青皮。
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Assignee: Hunan Houde Environmental Protection Technology Co.,Ltd.

Assignor: HUNAN NORMAL University

Contract record no.: X2022980001477

Denomination of invention: The invention relates to a microfluidic paper chip and a preparation method thereof, as well as a microfluidic paper chip detection system and application

Granted publication date: 20210810

License type: Common License

Record date: 20220217

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