CN114088789A - 一种基于微流控的毒品检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于微流控的毒品检测装置及方法，涉及微流控芯片技术领域，装置包括电流测量单元和设置于载玻片上的微流控芯片，所述微流控芯片内部一端设置有第一储液池和第二储液池，所述微流控芯片内部另一端设置有第三储液池和第四储液池，所述第一微通道和第二微通道通过分子印迹通道相连，所述电流测量单元的输出端设置有两个接口，所述接口通过导线分别与两个电极相连，所述电极分别设置于第一储液池和第三储液池内。本发明所使用的毒品检测方法响应速度快，离子在通道内的传输时间短，可以在数分钟内测定电压电流曲线，从而可以检测出样品中的毒品分子，进而得到相应的毒品分子的浓度，极大地缩短了检测时间。
Description
技术领域
本发明涉及微流控芯片技术领域，尤其涉及一种基于微流控的毒品检测装置及方法。
背景技术
随着人们生活和工作压力不断加大，越来越多的人开始寻求精神层面的需求，在外部不良环境的诱惑下，逐渐染上了毒瘾，最终导致家庭支离破碎。因此，为了严厉打击毒品犯罪，就必须要有更加准确和快速的检测方法，能够对毒品进行定量和定性分析，从而快速确定毒品种类，为打击毒品罪犯提供最有利的线索。现阶段，随着科学技术的不断发展，毒品检测方法也是层出不穷，良好的检测方法能够更加准确的识别出毒品成分和种类，给相关司法部门提供有效的帮助，对严厉打击毒品犯罪和毒品治理具有重要意义。
目前毒品检测方法主要有以下几种：化学分析法：主要是利用不同种类的毒品和特定的化学试剂产生的肉眼可见的化学反应，通常用于毒品的排除和筛选，对毒品的检测起到指向性作用。此种方法灵敏度较低，专属性差，当毒品含量较低时或者有结构相似的物质存在时，检测结果却差强人意。光谱法：主要是采用激光拉曼技术、傅里叶变换红外光谱等方法对毒品的化学成分进行测定。但是此种方法对检测样品的纯度要求很高，对于混合样品中毒品化学成分的检测，光谱法受到了一定的限制。色谱/质谱联用法：主要原理是把质谱仪和色谱仪通过分子分离器连接，控制端采用计算机进行参数的调控。这种方法适合检测复杂的混合型样品，它可以准确快速的检测出样品中各组分的成分和含量，而且操作简便。目前已经成为毒品检测中最有效和最常用的方法之一。但是由于对检测环境的要求较高，实验室器材的配备和后期维护不能及时到位，无法实验大量的推广和实施，也给基层的执法机关的工作带来各种不便。
还有一些新型的检测方法，如毛细血管电泳法和免疫学分析法等，检测成本较高，对检测人员的技术水平要求较高，检测机理复杂，无法进行系统的检测和推广，只能用于后续的检测和使用。综上所述，有待发明一种操作简便，检测灵敏度高的毒品检测方法。
发明内容
本发明提供一种基于微流控的毒品检测装置及方法，解决了现有毒品检测方法无法同时做到操作简便和检测灵敏度高的问题。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于微流控的毒品检测装置，其特征在于：包括电流测量单元和设置于载玻片上的微流控芯片，所述微流控芯片内部一端设置有第一储液池和第二储液池，所述微流控芯片内部另一端设置有第三储液池和第四储液池，所述第一储液池和第二储液池连接第一微通道，所述第三储液池和第四储液池连接第二微通道，所述第一微通道和第二微通道通过分子印迹通道相连，所述电流测量单元的输出端设置有两个接口，所述接口通过导线分别与两个电极相连，所述电极分别设置于第一储液池和第三储液池内。
优选地，所述分子印迹通道采用光固化分子印迹材料，所述分子印迹通道长度为200μm-500μm，宽度为100μm-300μm，高度为为50μm。
优选地，所述第一微通道和第二微通道为U型通道，所述第一微通道的两端分别连接第一储液池和第二储液池，所述第二微通道的两端分别连接第三储液池和第四储液池，所述第一微通道和第二微通道的中段连接分子印迹通道。
优选地，所述第一微通道和第二微通道的长度为1cm，宽度为300μm，高度为50μm。
一种基于微流控的毒品检测方法，基于上述任意一项所述的装置实现，包括如下步骤：
S1、改性处理：
将纯水经所述第一储液池、第二储液池加入第一微通道，将纯水经所述第三储液池和第四储液池加入第二微通道；
将阳离子表面活性剂经所述第三储液池和第四储液池加入第二微通道，将盐溶液经所述第一储液池、第二储液池加入第一微通道，所述分子印迹通道与第二微通道接触端表面电荷由负电荷转化为正电荷；
S2、电流测量：
将所述电极分别插入第一储液池和第三储液池中，打开所述电流测量单元；
所述电流测量单元通过电极向微流体芯片施加线性变化的电压，并实时测量对应电压下回路中的电流值，得到电流电压变化曲线；
根据所述电流电压变化曲线，选取大小相同方向相反电压对应的电流值，计算得到第一电流比值；
S3、加入待测样品溶液：
在所述第一储液池和第二储液池使用待测样品溶液置换出S1加入的盐溶液，静置几分钟，使目标毒品分子与分子印迹材料进行特异性结合；
抽出所述待测样品溶液，用纯水清洗第一微通道；
S4、检测：
将盐溶液经所述第一储液池、第二储液池加入第一微通道，打开所述电流测量单元，测量线性变化电压下第一储液池和第三储液池两端的电流值，计算大小相同方向相反电压下的电流比值，得到第二电流比值；
将第一电流比值与第二电流比值相比较，实现样品中目标毒品分子的识别与浓度的测定。
本发明的有益效果在于：
本发明所使用的毒品检测方法响应速度快，离子在通道内的传输时间短，可以在数分钟内测定电压电流曲线，进而得到相应的毒品分子的浓度，极大地缩短了检测时间。
本发明具有良好的特异性，通过目标毒品分子与分子印迹材料特异性结合进行毒品分子的识别，可以屏蔽样品中其他杂质的影响。
本发明所使用的检测方法操作简单，容易上手没有复杂而又精密的操作仪器，所使用的药剂也很容易采购，所需样品量也很少。
本发明所使用的检测方法适用范围广，检测过程中也不会对样品进行化学处理，不会造成化学污染。该方法不仅限于毒品分子，也适用于其他目标分子的检测。
本发明整体装置简单、重量轻，具有便携性。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明装置的结构示意图。
图2为本发明方法流程图。
附图标号说明：
1、载玻片；2、微流控芯片；3、分子印迹通道；4、电极；5、导线；6、电流测量单元；7、第一微通道；8、第二微通道；9、第一储液池；10、第二储液池；11、第三储液池；12、第四储液池。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本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楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明提供一种基于微流控的毒品检测装置，装置如图1所示，包括电流测量单元6和设置于载玻片1上的微流控芯片2，电流测量单元6采用吉时利静电计。所述微流控芯片2内部一端设置有第一储液池9和第二储液池10，所述微流控芯片2内部另一端设置有第三储液池11和第四储液池12，所述第一储液池9和第二储液池10连接第一微通道7，所述第三储液池11和第四储液池12连接第二微通道8，所述第一微通道7和第二微通道8为U型通道，所述第一微通道7的两端分别连接第一储液池9和第二储液池10，所述第二微通道8的两端分别连接第三储液池11和第四储液池12，所述第一微通道7和第二微通道8的中段连接分子印迹通道3。所述电流测量单元6的输出端设置有两个接口，所述接口通过导线5分别与两个电极4相连，所述电极4分别设置于第一储液池9和第三储液池11内。所述分子印迹通道3采用光固化分子印迹材料，通过将液态分子印迹材料注入微流控芯片2、光固化、洗脱等步骤在微流控芯片2中合成。所述分子印迹通道3长度为200μm-500μm，宽度为100μm-300μm，高度为为50μm。所述第一微通道7和第二微通道8的长度为1cm，宽度为300μm，高度为50μm。
本发明还提供了一种基于微流控的毒品检测方法，基于上述装置实现，如图2所示，包括如下步骤：
S1、改性处理：
将纯水经所述第一储液池9、第二储液池10加入第一微通道7，将纯水经所述第三储液池11和第四储液池12加入第二微通道8；对微通道和分子印迹材料进行润湿。
将阳离子表面活性剂经所述第三储液池11和第四储液池12加入第二微通道8，将盐溶液经所述第一储液池9、第二储液池10加入第一微通道7，通过阳离子表面活性剂的修饰处理，所述分子印迹通道3与第二微通道8接触端表面电荷由负电荷转化为正电荷；
S2、电流测量：
将所述电极4分别插入第一储液池9和第三储液池11中，打开所述电流测量单元6；
所述电流测量单元6通过电极4向微流体芯片2施加线性变化的电压，并实时测量对应电压下回路中的电流值，得到电流电压变化曲线；
根据所述电流电压变化曲线，选取大小相同方向相反电压对应的电流值，将在正向电压下的电流值除以负向的电流值，取绝对值后得到第一电流比值；
S3、加入待测样品溶液：
在所述第一储液池9和第二储液池10使用待测样品溶液置换出S1加入的盐溶液，静置几分钟，使目标毒品分子与分子印迹材料进行特异性结合；
抽出所述待测样品溶液，用纯水清洗第一微通道7，目的是去除微通道中残留的待测样品中的杂质与离子。
S4、检测：
将盐溶液经所述第一储液池9、第二储液池10加入第一微通道7，打开所述电流测量单元6，测量线性变化电压下第一储液池9和第三储液池11两端的电流值，计算大小相同方向相反电压下的电流比值，方法如计算第一电流比值，得到第二电流比值；
将第一电流比值与第二电流比值相比较，实现样品中目标毒品分子的识别与浓度的测定。当第一电流比值小于第二电流比值时，说明样品中存在目标毒品分子，当毒品分子浓度发生变化时，相应电流比值的大小也会不一样，根据电流比值得到样品毒品分子浓度。
本发明的基本原理如下：
分子印迹材料是一种高分子聚合物，内部分布有纳米通道网络。在与电解质溶液接触后，固体表面发生水解，进而聚合物表面带有一层负电荷。通过在分子印迹材料一端加入阳离子表面活性剂进行修饰，该端表面电性变化，由带负电变为带正电。表面带有电荷的纳米通道具有离子选择透过性。在外加电场作用下，分子印迹材料未修饰的一端允许阳离子通过，阻碍阴离子的运动；而修饰有阳离子表面活性剂的一端允许阴离子通过，阻碍阳离子的运动。当外加电场方向从未修饰一端指向修饰一端时，阳离子和阴离子分别从未修饰一端和修饰一端分别流入分子印迹材料，使分子印迹材料内部离子浓度增加，对应的离子电流变大。当外加电场方向从修饰一端，指向未修饰一端时，阳离子和阴离子分别从未修饰一端和修饰一端流出分子印迹材料，在分子印迹材料内部离子浓度降低，从而使离子电流减小。通过测量不同偏置电压条件下分子印迹材料两端电流值，进而计算出电流比值，能够反映分子印迹材料两端离子选择透过的性能。
纳米通道的离子选择透过性与纳米通道尺寸与表面带电量相关。当往分子印迹材料未处理一端加入待测毒品分子时，分子印迹材料会与毒品分子发生特异性结合，使分子吸附在分子印迹材料表面。随着毒品分子的吸附，未处理一端纳米通道尺寸及表面带电量将发生变化，且相关变化与加入毒品分子浓度相关。由于纳米通道尺寸和表面带电量会影响离子选择透过性，通过测量分子印迹材料两端电流值，根据电流比值能够反映出未处理一端毒品分子的吸附量，实现样品中毒品分子的识别与浓度测定。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于微流控的毒品检测装置，其特征在于：包括电流测量单元(6)和设置于载玻片(1)上的微流控芯片(2)，所述微流控芯片(2)内部一端设置有第一储液池(9)和第二储液池(10)，所述微流控芯片(2)内部另一端设置有第三储液池(11)和第四储液池(12)，所述第一储液池(9)和第二储液池(10)连接第一微通道(7)，所述第三储液池(11)和第四储液池(12)连接第二微通道(8)，所述第一微通道(7)和第二微通道(8)通过分子印迹通道(3)相连，所述电流测量单元(6)的输出端设置有两个接口，所述接口通过导线(5)分别与两个电极(4)相连，所述电极(4)分别设置于第一储液池(9)和第三储液池(11)内。
2.根据权利要求1所述的基于微流控的毒品检测装置，其特征在于：所述分子印迹通道(3)采用光固化分子印迹材料，所述分子印迹通道(3)长度为200μm-500μm，宽度为100μm-300μm，高度为为50μm。
3.根据权利要求1所述的基于微流控的毒品检测装置，其特征在于：所述第一微通道(7)和第二微通道(8)为U型通道，所述第一微通道(7)的两端分别连接第一储液池(9)和第二储液池(10)，所述第二微通道(8)的两端分别连接第三储液池(11)和第四储液池(12)，所述第一微通道(7)和第二微通道(8)的中段连接分子印迹通道(3)。
4.根据权利要求1所述的基于微流控的毒品检测装置，其特征在于：所述第一微通道(7)和第二微通道(8)的长度为1cm，宽度为300μm，高度为50μm。
5.一种基于微流控的毒品检测方法，基于权利要求1-4中任意一项所述的装置实现，其特征在于，包括如下步骤：
S1、改性处理：
将纯水经所述第一储液池(9)、第二储液池(10)加入第一微通道(7)，将纯水经所述第三储液池(11)和第四储液池(12)加入第二微通道(8)；
将阳离子表面活性剂经所述第三储液池(11)和第四储液池(12)加入第二微通道(8)，将盐溶液经所述第一储液池(9)、第二储液池(10)加入第一微通道(7)，所述分子印迹通道(3)与第二微通道(8)接触端表面电荷由负电荷转化为正电荷；
S2、电流测量：
将所述电极(4)分别插入第一储液池(9)和第三储液池(11)中，打开所述电流测量单元(6)；
所述电流测量单元(6)通过电极(4)向微流体芯片(2)施加线性变化的电压，并实时测量对应电压下回路中的电流值，得到电流电压变化曲线；
根据所述电流电压变化曲线，选取大小相同方向相反电压对应的电流值，计算得到第一电流比值；
S3、加入待测样品溶液：
在所述第一储液池(9)和第二储液池(10)使用待测样品溶液置换出S1加入的盐溶液，静置几分钟，使目标毒品分子与分子印迹材料进行特异性结合；
抽出所述待测样品溶液，用纯水清洗第一微通道(7)；
S4、检测：
将盐溶液经所述第一储液池(9)、第二储液池(10)加入第一微通道(7)，打开所述电流测量单元(6)，测量线性变化电压下第一储液池(9)和第三储液池(11)两端的电流值，计算大小相同方向相反电压下的电流比值，得到第二电流比值；
将第一电流比值与第二电流比值相比较，实现样品中目标毒品分子的识别与浓度的测定。
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| CN114216950A (zh) * | 2021-11-30 | 2022-03-22 | 清华大学 | 一种测量液液界面电荷密度的方法及装置 |
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2021
- 2021-12-10 CN CN202111506662.2A patent/CN114088789B/zh active Active
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