CN116559138B - 一种体液大麻的快速检测方法 - Google Patents
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Abstract
大麻是一大类神经兴奋剂的总称。本发明公开了一种体液大麻的快速检测方法，包括以下步骤：S1.提供一微流控芯片，微流控芯片上设置有微通道，其包括上通道、中间通道、下通道以及直线型的合并通道，上通道、中间通道和下通道的末端汇合并连接于合并通道的起始端；S2.分别向上通道、中间通道和下通道中加入盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶，盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶汇合进入到合并通道中，并朝合并通道的末端流动；合并通道中，盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶形成层流；S3.对合并通道中的金属纳米颗粒溶胶层进行拉曼检测，确定待测体液样品中是否含有大麻。本发明的方法，解决了体液中大麻检测慢的问题。
Description
技术领域
本发明涉及大麻检测技术领域，具体涉及一种体液大麻的快速检测方法。
背景技术
大麻是一类神经兴奋剂的总称。作为一种世界性的社会问题，大麻泛滥成为危害人类健康和威胁社会稳定的重要影响因素。
大麻检测存在的一个技术挑战是在复杂基质中的大麻快速检测，譬如在血液、唾液、淋巴液、尿液等各种体液中大麻的快速检测。依赖液相或者毛细管电泳等强大的分离技术，可以将大麻从这些基质中分离出来，然后再实施拉曼、质谱或者荧光等各种检测。但是由于复杂的样品前处理，导致分析速度很慢，检测一个大麻样品所花费的时间大多超过一个小时。因此，这类方法不适合于毒驾、海关、公安巡逻、公安现场禁毒检测等需要现场快速出定量结果的场景。目前市场上也出现了一些现场大麻快检技术，譬如试纸条，但是准确度很差，也难于定量。
因此，有必要研发一种针对体液大麻的快速检测方法，以应用于毒驾、海关、公安巡逻，公安现场禁毒检测等需要快速得出检测结果的场景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种体液大麻的快速检测方法，该方法可以在几分钟内实现体液中大麻的检测，适合毒驾、海关、公安巡逻、公安现场禁毒检测等场景。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供了一种体液大麻的快速检测方法，包括以下步骤：
S1.提供一微流控芯片，所述微流控芯片上设置有微通道；所述微通道包括上通道、中间通道、下通道以及直线型的合并通道，所述上通道、中间通道和下通道的末端汇合并连接于所述合并通道的起始端；
S2.分别向所述上通道、中间通道和下通道中加入盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶，所述盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶汇合进入到所述合并通道中，并朝所述合并通道的末端流动；所述合并通道中，盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶形成层流；
S3.对所述合并通道中的金属纳米颗粒溶胶层进行拉曼检测，确定所述待测体液样品中是否含有大麻分子。
进一步地，步骤S1中，所述合并通道的材质为玻璃、石英、透明塑料中的一种。
进一步地，步骤S1中，所述合并通道的宽度为10～500μm。
进一步地，步骤S2中，所述盐溶液包括氯化钠水溶液、氯化钾水溶液、氯化锂水溶液、硫酸钠水溶液、磷酸钠水溶液中的一种或多种。
进一步地，步骤S2中，所述金属纳米颗粒包括金、银、铜、镉、四氧化三铁、二氧化硅包金、二氧化硅包银、二氧化硅包铜、二氧化硅包镉中的一种或多种。
进一步地，步骤S2中，所述待测体液样品为唾液、血液、尿液或淋巴液。
进一步地，步骤S2中，所述盐溶液的浓度为0.1～10mol/L。
进一步地，步骤S2中，所述金属纳米颗粒溶胶的浓度为109～1015个/mL。
进一步地，步骤S2中，通过使用注射泵分别向所述上通道、中间通道和下通道的入口处注射流体的方式，或通过在合并通道的末端进行抽吸的方式，使所述盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶朝所述合并通道的末端流动。
进一步地，步骤S3中，在所述合并通道的后端，每隔一定距离沿所述合并通道宽度方向进行拉曼光谱扫描检测，判断拉曼光谱图中是否出现大麻分子的特征峰。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.本发明的体液大麻的快速检测方法，利用微通道中小分子的大麻分子扩散速度快的特点，使得大麻分子快速从体液中脱离，并扩散进入到金属纳米颗粒溶胶中；再利用SERS原理实现大麻分子的检测。与现有的大麻检测方法相比，本发明的方法无需复杂的前处理过程，能够在几分钟内实现体液中大麻的现场快速检测。
2.本发明的体液大麻的快速检测方法，适合毒驾、海关、公安巡逻、公安现场禁毒等需要快速得出检测结果的应用场景。
附图说明
图1(A)为本发明一实施例中微流控芯片上微通道的设计图；(B)为微流控芯片中流体以层流形式流动的照片，两侧为示踪的荧光染料；
图2为本发明检测方法的原理图；
图3为实施例1中对血液样品中的四氢大麻酚进行扫描检测的拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
如背景技术所述，在大麻检测领域，目前一般依赖液相或者毛细管电泳等强大的分离技术，将大麻从这些基质中分离出来，然后再实施拉曼、质谱或者荧光等各种检测。但是由于复杂的样品前处理，导致分析速度很慢，检测一个大麻样品所花费的时间大多超过一个小时。因此，这类方法不适合于毒驾、海关、公安巡逻、公安现场禁毒检测等需要现场快速出定量结果的场景。虽然市场上也出现了一些现场大麻快检技术，譬如试纸条，但是准确度很差，也难于定量。
针对这一技术问题，本发明提供了一种新的检测方法，解决了体液中大麻检测慢的问题。
具体的，本发明提供了体液大麻的快速检测方法，包括以下步骤：
S1.提供一微流控芯片，所述微流控芯片上设置有微通道；所述微通道包括上通道、中间通道、下通道以及直线型的合并通道，所述上通道、中间通道和下通道的末端汇合并连接于所述合并通道的起始端；
S2.分别向所述上通道、中间通道和下通道中加入盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶，所述盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶汇合进入到所述合并通道中，并朝所述合并通道的末端流动；所述合并通道中，盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶形成层流；
S3.对所述合并通道中的金属纳米颗粒溶胶层进行拉曼检测，确定所述待测体液样品中是否含有大麻分子。
上述步骤S1中，本发明提供的微流控芯片，其合并通道是由透明材质制备而成的，方便后续的在线拉曼光谱扫描检测。该合并通道的材质可以为玻璃、石英、透明塑料中的一种。该合并通道的宽度一般为10～500μm，例如可以为10μm、20μm、30μm、50μm、80μm、100μm、200μm、300μm、400μm、500μm，或上述任意两个数值之间的范围。
上述步骤S1中，上通道、中间通道和下通道处于同一平面上，此处的“上”、“中”、“下”只是相对于附图1中的方位所说，并非表示上通道、中间通道和下通道具体垂直方向的位置关系。
上述步骤S1中，上通道、中间通道和下通道较短，它们的末端相汇合，并连接于合并通道的起始端，而合并通道相对于上通道、中间通道和下通道较长，便于流体在其中流动。
上述步骤S2中，所述盐溶液为水溶液，其中的盐可以为一价盐、二价盐、三价盐、四价盐等，包括但不限于氯化钠、氯化钾、氯化锂、硫酸钠、磷酸钠中的一种或多种。所述盐溶液的浓度范围可为0.1～10mol/L，例如0.1mol/L、0.2mol/L、0.5mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、8mol/L、10mol/L，或上述任意两个数值之间的范围。优选地，所述盐溶液的浓度为1mol/L。
上述步骤S2中，所述金属纳米颗粒溶胶也为水溶胶，其中的金属纳米颗粒可以为任何产生SERS效应的颗粒，包括但不限于金、银、铜、镉、四氧化三铁、二氧化硅包金、二氧化硅包银、二氧化硅包铜、二氧化硅包镉中的一种或多种。优选地，所述金属纳米颗粒溶胶为金溶胶、银溶胶。所述金属纳米颗粒溶胶的浓度可以为109～1015个/mL，例如109个/mL、1010个/mL、1011个/mL、1012个/mL、1013个/mL、1014个/mL、1015个/mL，或上述任意两个数值之间的范围。
上述步骤S2中，所述待测体液样品可为唾液、血液、尿液或淋巴液。
上述步骤S2中，将盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶加入到对应的通道中后，通过抽吸设备(如注射器)从合并通道的末端抽吸，使盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶三股流体汇合，并朝着合并通道的末端流动。另外，也可以使用注射泵分别向所述上通道、中间通道和下通道的入口处注射流体的方式，驱动流体的运动，这种方法灵活度更高，可以控制每一层液体的宽度。
由于在微流控芯片上，微通道内流体的流动形式本质上为层流(即分层向前流动)，因此三股流体汇合到一个通道中时，它们会肩并肩并排地向前流动，而不会发生剧烈混合，形成涡流或者湍流。这三层流体之间的物质交换只存在垂直方向上的静态扩散，而不存在混合。
上述步骤S3中，当合并通道中的层流流动一定时间后，对合并通道后端的金属纳米颗粒溶胶层进行拉曼检测，根据拉曼光谱图中是否出现了大麻分子的特征峰，即可判断待测体液样品中是否含有大麻分子。
本发明实现快速检测的原理是：当盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶并排向前流动时，根据扩散的原理，体液中的各种分子会向金属纳米颗粒层扩散，盐离子也会越过体液层，向金属纳米颗粒层扩散。由于盐离子最小，它的扩散速度最快，因此首先到达金属纳米颗粒层，而盐离子与金属纳米颗粒接触后，会引起金属纳米颗粒的团聚。其次是大麻小分子，它随后也会扩散到金属纳米颗粒层，并吸附在团聚的金属纳米颗粒上，可产生强烈的拉曼信号。此时采用拉曼光谱检测金属纳米颗粒层，便可实现体液中大麻分子的检测。
上述步骤S3中，由于扩散需要一定的时间，因此优选地在合并通道的后端进行检测。优选地，可每隔一定距离(如1mm)沿合并通道宽度方向进行拉曼光谱扫描检测，从而得到多张拉曼光谱图。再判断这些拉曼光谱图中是否出现大麻分子的特征峰，若有，则可确定该体液样品中含有大麻分子。
需要强调的是，本发明的合并通道需要为直线型的微通道，若为弯曲的微通道，则一方面可能无法进行拉曼光谱扫描检测；另一方面，在弯曲的微通道中，三种液体不会以“层流”的形式流动，而是会发生相互混合。例如CN111239097A公开的快检系统，其微流控芯片上的流道为波浪型的导流槽，其目的是使进入该导流槽的各种试剂能够充分混合。该专利申请中，由于最后对试剂的混合物进行拉曼检测，因此只适合于污水、水体等中毒物的检测。而体液中的物质成分比较复杂，这些成分的拉曼信号均会被检测到，因此它们的存在会掩盖毒物分子的拉曼信号，使得其中的毒物不可被检测。因此CN111239097A公开的方法并不适于体液中大麻分子的检测。
实施例1：血液中四氢大麻酚的检测
四氢大麻酚是大麻中常见的一种。我们利用本发明的方法检测了血液中的四氢大麻酚。
图1A为本发明一实施例的微流控芯片上微通道的结构示意图。通道1为上通道，用于添加盐溶液；通道2为中间通道，用于添加待测体液样品；通道3为下通道，用于添加金属纳米颗粒溶胶。这三个通道汇合形成合并通道，箭头代表流体的流动方向。
图1B利用荧光示踪显示出三种流体在合并通道中以层流的形式流动。
图2为检测的原理图。使中间层流体为体液样品，两侧为金属纳米粒子和盐溶液。在它们并排向前流动时，体液中的各种分子会向金属纳米颗粒层扩散，盐离子也会越过体液层，向金属纳米颗粒层扩散，由于盐离子最小，它的扩散速度最快，因此首先到达金属纳米颗粒层，引起金属纳米颗粒的团聚，其次是四氢大麻酚小分子，它随后也会扩散到金属纳米颗粒层，从而吸附在团聚的纳米颗粒上，可产生强烈的拉曼信号，此时采用拉曼检测，便可实现四氢大麻酚分子的检测。
将25μL 50nm的金溶胶滴在上侧进样口(即通道1进样口)、25μL 1.5mol/L的LiCl溶液滴在下侧进样口(即通道3进样口)，25μL 120ng/mL的血液样品滴在左侧进样口(即通道2进样口)，出样口用注射泵抽取流体，3min后在线进行拉曼检测。沿着芯片通道宽度纵向做Mapping扫描拉曼谱图，每隔1mm扫一次谱图，共扫描6次，得到的结果如图3所示。
图3为通道径向不同位置的四氢大麻酚检测的拉曼光谱图。从图中可以看出，LV4这一拉曼光谱图中，在～1600cm-1处出现了最强的四氢大麻酚分子特征峰，即表明该血液样品中含有四氢大麻酚。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (9)
1.一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1 .提供一微流控芯片，所述微流控芯片上设置有微通道；所述微通道包括上通道、中间通道、下通道以及直线型的合并通道，所述上通道、中间通道和下通道的末端汇合并连接于所述合并通道的起始端；
S2 .分别向所述上通道、中间通道和下通道中加入盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶，所述盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶汇合进入到所述合并通道中，并朝所述合并通道的末端流动；所述合并通道中，盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶形成层流；
S3 .对所述合并通道中的金属纳米颗粒溶胶层进行拉曼检测，在所述合并通道的后端，每隔一定距离沿所述合并通道宽度方向进行拉曼光谱扫描检测，判断拉曼光谱图中是否出现大麻分子的特征峰，确定所述待测体液样品中是否含有大麻分子；
合并通道是由透明材质制备而成的，方便后续的在线拉曼光谱扫描检测；所述盐溶液为水溶液；所述金属纳米颗粒溶胶为水溶胶，其中的金属纳米颗粒为可以产生SERS效应的颗粒；微通道内的三层流体之间的物质交换只存在垂直方向上的静态扩散，而不存在混合；当合并通道中的层流流动一定时间后，对合并通道后端的金属纳米颗粒溶胶层进行拉曼检测。
2.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述合并通道的材质为玻璃、石英、透明塑料中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S1中，所述合并通道的宽度为10~500 μm。
4.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述盐溶液包括氯化钠水溶液、氯化钾水溶液、氯化锂水溶液、硫酸钠水溶液、磷酸钠水溶液中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述金属纳米颗粒包括金、银、铜、镉、四氧化三铁、二氧化硅包金、二氧化硅包银、二氧化硅包铜、二氧化硅包镉中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述待测体液样品为唾液、血液、尿液或淋巴液。
7.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述盐溶液的浓度为0.1~10 mol/L。
8.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S2中，所述金属纳米颗粒溶胶的浓度为109~1015个/mL。
9.根据权利要求1所述的一种体液大麻的快速检测方法，其特征在于，步骤S2中，通过使用注射泵分别向所述上通道、中间通道和下通道的入口处注射流体的方式，或通过在合并通道的末端进行抽吸的方式，使所述盐溶液、待测体液样品和金属纳米颗粒溶胶朝所述合并通道的末端流动。
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