CN115753725A - 基于3d打印制备的液滴微流控芯片及sers检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于3D打印制备的液滴微流控芯片及SERS检测方法，所述微流控芯片采用光敏树脂材料，利用3D打印机制做而成，所述液滴微流控芯片包括十字型液滴生成区(1)、螺旋型混合反应区(2)以及液滴收集区(3)。通过调节水油两相溶液的流速可在芯片通道中生成微液滴，金属纳米粒子和待测物在微液滴中充分混合，并通过在液滴收集区采集SERS光谱实现待测物的定性、定量分析。本发明中液滴在三维立体通道中运动，可提高金属纳米粒子和待测物的混合效率，实现快速、高灵敏SERS检测。
Description
技术领域
本发明涉及检测装置领域，具体涉及液滴微流控芯片的设计与应用和基于表面增强拉曼散射的检测方法。
背景技术
3D打印技术是线下发展比较强劲的一项快速成型技术，它是一种以计算机中的数字模型文件为基础，运用不同的材料，如塑料、金属粉末、纤维丝等，通过逐层打印将材料叠加构成目标物的技术
液滴微流控芯片将多种单元模块在整体可控的微小平台上灵活组合、规模集成，能够大幅缩短样品处理时间，显著提高检测灵敏度，降低成本。液滴微流控芯片可以在很小的空间中实现反应和检测，其快速、精准的特点为高通量检测提供了一个有力的工具。
作为近几年兴起的一种光学探测技术，表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术利用表面等离子激元波的增强作用，突破了拉曼散射信号强度弱的缺点，使得利用拉曼散射进行物质分析检测从理论上的可能上升为实际操作中的可行。SERS能够提供丰富的光谱信息，提高检测灵敏度，克服了荧光成像中存在的光漂白、光淬灭等问题，目前已成功应用于物质结构分析、生物化学检测、环境污染监测、食品安全等领域。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种基于3D打印制备的液滴微流控芯片及SERS检测方法，用以实现样品的快速、高灵敏、自动化定量分析检测。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于3D打印制备的液滴微流控芯片的制造基于3D打印技术，由光敏树脂材料制成；
所述液滴微流控芯片包括十字型液滴生成区、螺旋型混合反应区以及液滴收集区；所述十字型液滴生成区设有互通的三个通道入口和一个通道出口，所述的三个通道入口分别通入油溶液、金属纳米粒子溶液和待测物溶液；所述的一个通道出口与螺旋型混合反应区的入口连通，将三个通道入口通入的油溶液、金属纳米粒子溶液和待测物溶液混合；所述螺旋型混合反应区的输出端连通液滴收集区。
所述液滴微流控芯片的三个通道入口和液滴收集区的出口均采用侧向开口方式。
本发明的基于3D打印制备的液滴微流控芯片的SERS检测方法具体步骤如下：
步骤1，使用所述液滴微流控芯片并搭建检测系统，系统由注射泵、三个注射器、PTFE导管、所述液滴微流控芯片、可移动实验台和共聚焦显微镜组成；
步骤2，在三个注射器中分别装入油溶液、金属纳米粒子溶液与待测物溶液，启动注射泵后，三种溶液由PTFE导管通入芯片中；
步骤3，利用共聚焦显微镜观察所述液滴微流控芯片的液滴收集区；
步骤4，通过注射泵调节流速，改变油溶液与水相溶液的流速比来控制产生的液滴大小，所述水相溶液为通道入口通入的金属纳米粒子溶液和待测物溶液；所述流速比增大可以减小液滴的体积，所述流速比减小可以增大液滴的体积；
步骤5，利用三光栅拉曼光谱仪在液滴收集区采集待测物的SERS光谱。
其中：
所述的油相溶液与水相溶液的流速比为1.00-2.00，其中三种液体流速分别为：油溶液1-3μL/min，金属纳米粒子溶液0.5-0.75μL/min，待测物溶液0.5-0.75μL/min。
所述金属纳米粒子为具有SERS增强效应的纳米粒子中的任意一种。
所述油溶液为与所述金属纳米粒子溶液和所述待测物溶液不相溶的油溶液。
有益效果：
(1)本发明采用3D打印技术制做微流控芯片，获得三维立体的通道结构，能够提高金属纳米粒子和待测物分子的混合效率，并提高SERS检测的灵敏度；
(2)本发明采用3D打印技术制做微流控芯片，相比传统的模塑法制备PDMS芯片具有速度快、成本低的优点；
(3)本发明液滴微流控芯片通道入口采用侧向进样方式，相比于传统的垂直进样方式，通道外和通道内的液体流动方向一致，有利于保持通道内液压的稳定，进而保持液滴尺寸和生成频率的稳定性。
附图说明
图1为本发明液滴微流控芯片的结构示意图。
图中有：十字型液滴生成区1、螺旋型混合反应区2、液滴收集区3。
具体实施方式
如附图1所示为芯片的设计图，所述液滴微流控芯片的制造基于3D打印技术，由光敏树脂材料制成；所述液滴微流控芯片包括十字型液滴生成区、螺旋型混合反应区以及液滴收集区；所述十字型液滴生成区设有互通的三个通道入口和一个通道出口，所述的三个通道入口分别通入油溶液、金属纳米粒子溶液和待测物溶液；所述的一个通道出口与螺旋型混合反应区的入口连通，将三个通道入口通入的油溶液、金属纳米粒子溶液和待测物溶液混合；所述螺旋型混合反应区的输出端连通液滴收集区。所述微流控芯片的通道入口和出口均采用侧向开口方式。
以下结合附图1对本发明做进一步的说明
(1)利用画图软件建立液滴微流控芯片模型，用3D打印机制做所述微流控芯片；
(2)使用所述液滴微流控芯片搭建检测系统，系统由注射泵、注射器、PTFE导管、所述微流控芯片，以及可移动实验台和外部观察仪器组成；
(3)利用共聚焦显微镜观察所述液滴微流控芯片的液滴收集区，通过调节注射泵流速，改变油溶液与水相溶液的流速比来控制产生的液滴大小，所述水相溶液为通道入口通入的金属纳米粒子溶液和待测物溶液，所述流速比增大可以减小液滴的体积，所述流速比减小可以增大液滴的体积，该实验中使用的流速比为1.00-2.00，其中三种液体流速分别为：油溶液1-3μL/min，纳米棒溶液0.5-0.75μL/min，待测物溶液0.5-0.75μL/min；控制待测样品、与油的流速，产生持续，稳定直径大小合适的液滴；
(4)利用三光栅拉曼光谱仪在液滴收集区采集待测物的SERS光谱，对待测物进行定性和定量分析。
下面结合具体实施例来进一步描述本实用新例，但实例仅是范例性，并不对本发明的范围构成任何限制。应该理解的是，在不偏离本实施例的范围下可以对该技术方案的细节和形式进行改进和润饰，但这些改进和润饰均不脱离本实用新例的保护范围。
具体实施例1：以金纳米棒作为SERS增强基底，对罗丹明6G溶液进行检测，
(1)液滴微流控系统的搭建
利用3D打印机制做微流控芯片并搭建检测系统，系统由注射泵、注射器、PTFE导管、所述微流控芯片，以及可移动实验台和外部观察仪器组成；。
(2)液滴的生成
利用共聚焦显微镜观察所述液滴微流控芯片的液滴收集区。通道入口分别通入石蜡油、金纳米棒溶液和待测物R6G溶液，通过调节注射泵流速，改变油溶液与水相溶液的流速比来控制产生的液滴大小。先以v油＝3μL/min，v纳米棒＝1μL/min，vR6G＝1μL/min 的流速使得收集区充满液滴，再降低至v油＝2μL/min，v纳米棒＝0.75μL/min，vR6G＝0.75 μL/min的流速，使得液滴缓慢移动。
(3)SERS检测
利用共聚焦拉曼光谱仪采集液滴收集区的SERS光谱，改变R6G浓度，采集不同浓度对应的SERS光谱进行定量分析。
具体实施例2：以金核银壳纳米棒作为SERS增强，对血液中的神经递质乙酰胆碱进行检测。
(1)液滴微流控系统的搭建
利用3D打印机制做微流控芯片并搭建检测系统，系统由注射泵、注射器、PTFE导管、所述微流控芯片，以及可移动实验台和外部观察仪器组成；。
(2)液滴的生成
利用共聚焦显微镜观察所述液滴微流控芯片的液滴收集区。通道入口分别通入石蜡油、金核银壳纳米棒溶液和待测物乙酰胆碱溶液，通过调节注射泵流速，改变油溶液与水相溶液的流速比来控制产生的液滴大小。先以v油＝3μL/min，v纳米棒＝1μL/min，vR6G＝1 μL/min的流速使得收集区充满液滴，再降低至v油＝2μL/min，v纳米棒＝0.75μL/min， vR6G＝0.75μL/min的流速，使得液滴缓慢移动。
(3)SERS检测
利用共聚焦拉曼光谱仪采集液滴收集区的SERS光谱，改变乙酰胆碱浓度，采集不同浓度对应的SERS光谱进行定量分析。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于3D打印制备的液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴微流控芯片的制造基于3D打印技术，由光敏树脂材料制成；
所述液滴微流控芯片包括十字型液滴生成区(1)、螺旋型混合反应区(2)以及液滴收集区(3)；所述十字型液滴生成区(1)设有互通的三个通道入口和一个通道出口，所述的三个通道入口分别通入油溶液、金属纳米粒子溶液和待测物溶液；所述的一个通道出口与螺旋型混合反应区(2)的入口连通，将三个通道入口通入的油溶液、金属纳米粒子溶液和待测物溶液混合；所述螺旋型混合反应区(2)的输出端连通液滴收集区(3)。
2.根据权利要求1所述的基于3D打印制备的液滴微流控芯片，其特征在于：所述液滴微流控芯片的三个通道入口和液滴收集区(3)的出口均采用侧向开口方式。
3.一种如权利要求1所述的基于3D打印制备的液滴微流控芯片的SERS检测方法，其特征在于：该检测方法具体步骤如下：
步骤1，使用所述液滴微流控芯片并搭建检测系统，系统由注射泵、三个注射器、PTFE导管、所述液滴微流控芯片、可移动实验台和共聚焦显微镜组成；
步骤2，在三个注射器中分别装入油溶液、金属纳米粒子溶液与待测物溶液，启动注射泵后，三种溶液由PTFE导管通入芯片中；
步骤3，利用共聚焦显微镜观察所述液滴微流控芯片的液滴收集区；
步骤4，通过注射泵调节流速，改变油溶液与水相溶液的流速比来控制产生的液滴大小，所述水相溶液为通道入口通入的金属纳米粒子溶液和待测物溶液；所述流速比增大可以减小液滴的体积，所述流速比减小可以增大液滴的体积；
步骤5，利用三光栅拉曼光谱仪在液滴收集区采集待测物的SERS光谱。
4.根据权利要求3所述的基于3D打印制备的液滴微流控芯片的SERS检测方法，其特征在于：所述的油相溶液与水相溶液的流速比为1.00-2.00，其中三种液体流速分别为：油溶液1-3μL/min，金属纳米粒子溶液0.5-0.75μL/min，待测物溶液0.5-0.75μL/min。
5.根据权利要求4所述基于3D打印制备的液滴微流控芯片的SERS检测方法，其特征在于：所述金属纳米粒子为具有SERS增强效应的纳米粒子中的任意一种。
6.根据权利要求4所述基于3D打印制备的液滴微流控芯片的SERS检测方法，其特征在于：所述油溶液为与所述金属纳米粒子溶液和所述待测物溶液不相溶的油溶液。
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| Title |
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| 胡灵杰: "基于微流控3D液滴打印的功能性复合材料的制备及其研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》, no. 9, 15 September 2021 (2021-09-15), pages 1 - 14 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117368073A (zh) * | 2023-09-04 | 2024-01-09 | 中山大学·深圳 | 一种多模态液滴检测系统及方法 |
| CN117368073B (zh) * | 2023-09-04 | 2024-07-26 | 中山大学·深圳 | 一种多模态液滴检测系统及方法 |
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