基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)及其檢測方法
【專利摘要】本申請公開了一種基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)及其檢測方法，該系統(tǒng)包括芯片基體、形成于芯片基體上的微通道、以及集成于所述芯片基體上的紫外吸收檢測器，所述微通道包括檢測通道，所述紫外吸收檢測器產(chǎn)生的光線平行于所述檢測通道的延伸方向。本發(fā)明檢測器的光源在芯片的水平方向入射和出射，即平行于芯片通道，解決了吸收光程較短的問題；紫外可見吸收檢測操作單元簡單、檢測成本低、通用性強；紫外可見吸收檢測器集成于微流控芯片中實現(xiàn)了檢測的便攜式，且所用的溶液量可達(dá)幾微升或幾十微升，與傳統(tǒng)的紫外可見吸收檢測方法相比大大降低了樣品用量，對環(huán)境水或食品領(lǐng)域的離子或小分子等檢測產(chǎn)生十分重要的意義。
【專利說明】
基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)及其檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本申請屬于微流控芯片實驗室檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種將紫外可見吸收器集成于微流控芯片的檢測系統(tǒng)，該芯片可以用于環(huán)境或食品領(lǐng)域中離子或小分子檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]微流控芯片實驗室(Lab on Chip )或稱微全分析系統(tǒng)(Micro TotalAnalysis System, or microTAS )是指把生物和化學(xué)等領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、生物與化學(xué)反應(yīng)、分離檢測等基本操作單位集成或基本集成于一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同的生物或化學(xué)反應(yīng)過程，并對其產(chǎn)物進(jìn)行分析的一種技術(shù)。它是通過分析化學(xué)、微機電加工(MEMS )、計算機、電子學(xué)、材料科學(xué)與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和工程學(xué)等交叉來實現(xiàn)化學(xué)分析檢測即實現(xiàn)從試樣處理到檢測的整體微型化、自動化、集成化與便攜化這一目標(biāo)。對常規(guī)的化學(xué)或生物實驗室，檢測都是不可或缺的一步，而且用以實現(xiàn)常規(guī)化學(xué)或生物實驗室各種功能操作的微流控芯片實驗室同樣也離不開檢測這一基本過程。以微流控芯片實驗室為平臺進(jìn)行的各種化學(xué)、生物學(xué)反應(yīng)和分離等通常發(fā)生在微米量級尺寸的微結(jié)構(gòu)中，這與傳統(tǒng)意義上的類似操作具有很大差別，為此，微流控芯片中的檢測器要求具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小的優(yōu)點。
[0003]微流控芯片檢測器一般分為光學(xué)檢測器、電化學(xué)檢測器、質(zhì)譜檢測器等。其中，激光誘導(dǎo)熒光檢測靈敏度高，適用于芯片微通道內(nèi)各種物質(zhì)的的檢測，但很多物質(zhì)沒有熒光性質(zhì)，需要熒光標(biāo)記，在很多實驗中由于不能夠確保標(biāo)記后的被測物質(zhì)的性質(zhì)是否發(fā)生變化，會直接影響實驗結(jié)果的可靠性，應(yīng)用受到限制，質(zhì)譜檢測器與微流控芯片組裝，其接口是難點，相比而言，紫外可見吸收檢測操作單元簡單、檢測成本低、通用性強，若集成到微流控芯片中可實現(xiàn)檢測的便攜式，對環(huán)境水或食品領(lǐng)域的重金屬或小分子等檢測產(chǎn)生十分重要的意義。
[0004]紫外可見吸收原理是朗伯比爾定律，吸光度與吸收光程成正比，對于高濃度樣品試用普通尺寸的芯片即可滿足檢測需求，但對于低濃度的樣品則需要設(shè)計和制作長光程的芯片，這就增加了芯片的加工難度及增大了檢測樣品的用量，可見在垂直于芯片通道方向很難實現(xiàn)長光程檢測。另外，常用的玻璃、塑料等芯片材料對紫外光均有較大的吸收，不適用于紫外檢測，而石英、PDMS等芯片材質(zhì)對紫外吸收小，是紫外吸收光度檢測的理想材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)及其檢測方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
本申請實施例公開一種基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，包括芯片基體、形成于芯片基體上的微通道、以及集成于所述芯片基體上的紫外吸收檢測器，所述微通道包括檢測通道，所述紫外吸收檢測器產(chǎn)生的光線平行于所述檢測通道的延伸方向。
[0007]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述紫外吸收檢測器包括光源、兩段光纖、準(zhǔn)直透鏡和光電倍增管，所述的光源經(jīng)一段光纖入射，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡將光源平行射入檢測通道的一端，并從檢測通道的另一端射出，再經(jīng)另一段光纖投射到光電倍增管。
[0008]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述檢測通道為直線型通道。
[0009]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述檢測通道的長度為0.5cm以上。
[0010]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述光源、準(zhǔn)直透鏡和光電倍增管沿所述檢測通道的延伸方向上依次設(shè)置。
[0011]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述微通道包括樣品進(jìn)樣口、以及連通于樣品進(jìn)樣口和檢測通道之間的混合通道，所述樣品進(jìn)樣口和混合通道之間還依次設(shè)置有緩沖液進(jìn)樣口和顯色劑進(jìn)樣口。
[0012]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述混合通道曲線延伸、或混合通道內(nèi)陣列分布有多個增強混合的凸塊。
[0013]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述檢測通道的出口端與一廢液通道連通，所述檢測通道、廢液通道以及混合通道的出口端之間呈Z型或U型連接。
[0014]優(yōu)選的，在上述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)中，所述芯片基體材質(zhì)為PMMAο
[0015]相應(yīng)的，本申請還公開了一種基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)的檢測方法，用以定量檢測樣品中離子或小分子含量，其是在一定的濃度范圍內(nèi)，根據(jù)朗伯-比爾定律建立標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1.檢測器中光源的入射和出射通過光纖傳導(dǎo)，實現(xiàn)了光平行于檢測通道方向；
2.吸收光程可由芯片通道的長度決定，解決了傳統(tǒng)微流控芯片紫外檢測中光程較短的問題；
3.紫外可見吸收檢測器集成于微流控芯片中，實現(xiàn)了檢測的便攜式；
4.紫外可見吸收檢測操作簡單、檢測成本低、通用性強；
5.本發(fā)明系統(tǒng)實現(xiàn)了微米尺度下溶液的混合、反應(yīng)、檢測。
[0017]6.本發(fā)明系統(tǒng)所用的溶液量可達(dá)幾微升或幾十微升，大大降低了樣品用量。
[0018]7.本發(fā)明系統(tǒng)可檢測環(huán)境或食品中金屬離子或小分子，且檢測靈敏度高。
【附圖說明】
[0019]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1所示為本發(fā)明具體實施例中檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明的目的在于提供一種具有紫外可見吸收檢測功能的微流控芯片系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在外部驅(qū)動力作用下將溶液注入微流控芯片，以加工有混合檢測微通道結(jié)構(gòu)的微流控芯片為載體實現(xiàn)樣品與顯色劑的顯色反應(yīng)操作，然后，在沿檢測通道水平方向進(jìn)行紫外可見吸收長光程檢測，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)便攜式定量檢測樣品中離子或小分子的含量。
[0022]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]結(jié)合圖1所示，基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，包括芯片基體1、形成于芯片基體上的微通道、以及集成于芯片基體上的紫外吸收檢測器2，微通道包括檢測通道3，紫外吸收檢測器2產(chǎn)生的光線平行于檢測通道3的延伸方向。
[0024]該系統(tǒng)中，外部驅(qū)動力是由微量注射栗、恒壓栗、微型隔膜栗、蠕動栗等來實現(xiàn)。
[0025]紫外吸收檢測器2包括光源21、準(zhǔn)直透鏡22和光電倍增管23，光源21經(jīng)光纖24入射，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡22將光源平行射入檢測通道3的一端，并從檢測通道3的另一端射出，再經(jīng)光纖25投射到光電倍增管23。
[0026]優(yōu)選的，檢測通道3為直線型通道。檢測通道的長度為0.5cm以上。光源21、準(zhǔn)直透鏡22和光電倍增管23沿檢測通道3的延伸方向上依次設(shè)置。
[0027]該技術(shù)方案中，光電倍增管與計算機相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。光源需根據(jù)不同的檢測物質(zhì)的特征吸收波長來選擇。檢測器組件的安裝槽加工在檢測通道兩側(cè)，另外，整體的檢測系統(tǒng)需要避光處理。
[0028]入射光的中心與光電倍增管需要在同一水平線中，以獲得最大的信號值。
[0029]微通道包括樣品進(jìn)樣口4、以及連通于樣品進(jìn)樣口4和檢測通道3之間的混合通道5，樣品進(jìn)樣口 4和混合通道5之間還依次設(shè)置有緩沖液進(jìn)樣口 6和顯色劑進(jìn)樣口 7。
[0030]該技術(shù)方案中，進(jìn)樣口的數(shù)量根據(jù)不同應(yīng)用至少設(shè)置有2個。系統(tǒng)是用外接的微量注射栗推動進(jìn)樣，樣品流經(jīng)微流控芯片的微通道，與顯色劑進(jìn)行充分混合、反應(yīng)并進(jìn)入檢測通道，在集成的紫外可見吸收器部分進(jìn)行檢測，并進(jìn)行定量分析。
[0031]混合通道5曲線延伸、或混合通道5內(nèi)陣列分布有多個增強混合的凸塊。
[0032]該技術(shù)方案中，混合通道目的是促使樣品與顯色劑充分混合、反應(yīng)，形狀為S型、Z型等曲線延伸或有增強混合的凹凸結(jié)構(gòu)(內(nèi)徑大小沿延伸方向交替變化)。
[0033]檢測通道3的出口端與一廢液通道8連通，檢測通道3、廢液通道8以及混合通道的出口端51之間呈Z型或U型連接。
[0034]該技術(shù)方案中，通過Z型和U型形狀，可以增加吸收光程，另外檢測通道的端部通過直角形設(shè)置，便于紫外吸收檢測器的集成、以及光線的平行進(jìn)入、進(jìn)出。
[0035]芯片基體I材質(zhì)優(yōu)選為透光率較高的PMMA。還可以選用PDMS、石英、硅等。
[0036]本實施例檢測系統(tǒng)，可定量檢測的樣品包括環(huán)境和食品等領(lǐng)域的重金屬離子(如
01、？13工(1、211)、小分子(如(:12)、食品添加劑(如香蘭素、山梨醇酸、甜蜜素)等。其檢測方法是指在一定的濃度范圍內(nèi)，根據(jù)朗伯-比爾定律建立標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到。
[0037]在一實施例中，該系統(tǒng)進(jìn)行了諸如鋅離子的測試，鋅離子檢測的原理是鋅離子與2-( 5-溴-2-吡啶偶氮)-5-( 二乙氨基)苯酚(5-Br-PADAP)在硼砂緩沖介質(zhì)中反應(yīng)生成絡(luò)合物，在556 nm處有最大吸收。此時檢測器的對應(yīng)的光源應(yīng)是發(fā)射的光的波長在556 nm左右。
[0038]本實施例中鋅離子檢測的具體過程是:
I.將微量注射栗與芯片進(jìn)樣口密封連接，取含有鋅離子的樣品，顯色劑5-Br-PADAP及緩沖液，將適量的三種溶液注入芯片進(jìn)樣口中，溶液的pH需要維持在7.0?9.5。
[0039]2.經(jīng)過芯片進(jìn)樣口的溶液在混合通道進(jìn)行充分混合、顯色反應(yīng)。
[0040]3.流經(jīng)過混合通道的反應(yīng)產(chǎn)物通過檢測通道內(nèi)。
[0041]4.開啟光源和光電倍增管，使光平行通過檢測通道，然后利用分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與分析，得出檢測結(jié)果。
[0042]需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
[0043]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本申請的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括芯片基體、形成于芯片基體上的微通道、以及集成于所述芯片基體上的紫外吸收檢測器，所述微通道包括檢測通道，所述紫外吸收檢測器產(chǎn)生的光線平行于所述檢測通道的延伸方向。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述紫外吸收檢測器包括光源、兩段光纖、準(zhǔn)直透鏡和光電倍增管，所述的光源經(jīng)一段光纖入射，經(jīng)準(zhǔn)直透鏡將光源平行射入檢測通道的一端，并從檢測通道的另一端射出，再經(jīng)另一段光纖投射到光電倍增管。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測通道為直線型通道。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測通道的長度為0.5cm以上。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述光源、準(zhǔn)直透鏡和光電倍增管沿所述檢測通道的延伸方向上依次設(shè)置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述微通道包括樣品進(jìn)樣口、以及連通于樣品進(jìn)樣口和檢測通道之間的混合通道，所述樣品進(jìn)樣口和混合通道之間還依次設(shè)置有緩沖液進(jìn)樣口和顯色劑進(jìn)樣口。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述混合通道曲線延伸、或混合通道內(nèi)陣列分布有多個增強混合的凸塊。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述檢測通道的出口端與一廢液通道連通，所述檢測通道、廢液通道以及混合通道的出口端之間呈Z型或U型連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)，其特征在于:所述芯片基體材質(zhì)為PMMA。10.權(quán)利要求1至9任一所述的基于微流控芯片紫外可見吸收檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于，用以定量檢測樣品中離子或小分子含量，其是在一定的濃度范圍內(nèi)，根據(jù)朗伯比爾定律建立標(biāo)準(zhǔn)曲線計算得到。
【文檔編號】G01N21/31GK105973823SQ201610454357
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】劉珊珊, 顧志鵬, 姚紀(jì)文, 聶富強
【申請人】蘇州汶顥芯片科技有限公司