本發(fā)明屬于材料科學(xué)與工程和微流控芯片技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種基于離子印跡包被量子點(diǎn)檢測(cè)液體樣品的微流控紙芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

微流控芯片技術(shù)是把化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)分析等過程中的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測(cè)等基本操作單元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動(dòng)完成分析過程。微流控紙芯片作為微流控芯片的一個(gè)重要分支，目前被廣泛應(yīng)用到許多領(lǐng)域；紙作為分析的基底材料有成本低廉、生物相容性好、可降解、化學(xué)性能良好等優(yōu)點(diǎn)。通過在紙芯片上構(gòu)建微流通道，試樣可以在設(shè)計(jì)的通道內(nèi)通過毛細(xì)作用力流動(dòng)，不需要借助外部動(dòng)力，可自動(dòng)驅(qū)動(dòng)待測(cè)樣品。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，紙芯片有著很好的應(yīng)用前景。關(guān)于紙芯片的檢測(cè)手段主要有比色法、電化學(xué)法、化學(xué)發(fā)光和熒光等。目前以比色和電化學(xué)法研究比較多。這是因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)中，關(guān)于比色和電化學(xué)法的研究體系比較多。借助成型的檢測(cè)手段，紙芯片可以應(yīng)用到不同的領(lǐng)域。作為新型的納米熒光材料，量子點(diǎn)因具有熒光特性和量子效應(yīng)激起了廣大研究人員的興趣。目前，將量子點(diǎn)用于高選擇性、高特異性標(biāo)記細(xì)胞和生物分子的技術(shù)上，對(duì)非特異性背景進(jìn)行弱化等，取得了巨大的進(jìn)步。將其作為具有良好熒光效果的信號(hào)材料，與紙芯片作為微管路系統(tǒng)相結(jié)合形成熒光型微流控紙芯片，用于快速識(shí)別和測(cè)定重金屬離子有著巨大的應(yīng)用潛力。

在水體和生物液體重金屬離子分析技術(shù)中，離子印跡芯片是一種高效率、高通量、微型化和自動(dòng)化的新型分析手段。目前液體重金屬離子分析方法主要是儀器分析，分析重金屬離子的主要儀器有:原子吸收分光光度計(jì)，元素在熱解石墨爐中被加熱原子化，成為基態(tài)原子蒸汽，對(duì)空心陰極燈發(fā)射的特征輻射進(jìn)行選擇性吸收。在一定濃度范圍內(nèi)，其吸收強(qiáng)度與試液中被測(cè)元素的含量成正比，利用這樣的定量關(guān)系，從而進(jìn)行中微量重金屬元素的分析。但是測(cè)定每種元素均需要相應(yīng)的空心陰極燈，這對(duì)檢測(cè)工作帶來不便。一種是電感耦合等離子質(zhì)譜儀，是以等離子體為離子源的一種質(zhì)譜型元素分析方法。主要用于進(jìn)行多種重金屬元素的同時(shí)測(cè)定，并可與其他色譜分離技術(shù)聯(lián)用，進(jìn)行元素價(jià)態(tài)分析。還有一種是原子熒光光譜儀，原子熒光光譜法是通過測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，來確定待測(cè)元素含量的方法。通過Y型紙芯片輸水通道將含有重金屬離子的待測(cè)液同時(shí)集中在不同待測(cè)區(qū)，重金屬離子通過表面吸附、電荷轉(zhuǎn)移等方式可以實(shí)現(xiàn)對(duì)量子點(diǎn)熒光的猝滅，同時(shí)通過結(jié)合離子印跡技術(shù)對(duì)其進(jìn)行選擇性識(shí)別，因此可以通過熒光的變化實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬離子的選擇性識(shí)別和定量檢測(cè)。因此，具有良好熒光效果的量子點(diǎn)和具有優(yōu)異選擇性的離子印跡材料相結(jié)合，在納米技術(shù)、生物醫(yī)療技術(shù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域都有著強(qiáng)大的生命力和廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于離子印跡包被量子點(diǎn)檢測(cè)液體樣品的微流控紙芯片及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種基于離子印跡包被量子點(diǎn)檢測(cè)液體樣品的微流控紙芯片，檢測(cè)液體樣品的微流控紙芯片為通過酰胺鍵的成鍵方式和溶膠凝膠方式將離子印跡層包被量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)固定于具有噴蠟Y型微流通道的玻璃纖維表面，即得檢測(cè)液體樣品的微流控紙芯片。

上述，含有Y型流路通道的紙芯片可以進(jìn)行試劑的引入和樣品運(yùn)輸，并實(shí)現(xiàn)一個(gè)樣品中不同離子的同時(shí)響應(yīng)，最終得到基于量子點(diǎn)的離子印跡微流控紙芯片。

一種基于離子印跡包被量子點(diǎn)檢測(cè)液體樣品的微流控紙芯片的制備方法，首先對(duì)酸活化過的紙芯片的玻璃纖維紙基底的玻璃纖維表面進(jìn)行氨基改性，并合成表面帶有羧基的CdTe量子點(diǎn)，再采用溶膠凝膠方式和表面離子印跡方式在經(jīng)氨基改性紙芯片的表面合成離子印跡層，而后將表面經(jīng)印跡包被量子點(diǎn)殼層修飾的改性紙芯片固定在具有噴蠟Y型微流通道的紙芯片上，即得到離子印跡微流控紙芯片。

優(yōu)選：將經(jīng)過酸活化的玻璃纖維紙芯片基底紙浸泡于乙醇水溶液中，然后向浸泡液中加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，進(jìn)行振蕩反應(yīng)使氨基接枝在紙芯片表面；而后將經(jīng)鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺活化的量子點(diǎn)溶液加入到氨基改性的基底紙中，并同時(shí)用離子印跡的方法在接枝過量子點(diǎn)的紙芯片表面進(jìn)行一種或多種離子的離子印跡，而后將表面經(jīng)印跡包被量子點(diǎn)殼層修飾的改性紙芯片固定在具有噴蠟Y型微流通道的紙芯片上，即得到離子印跡微流控紙芯片。

進(jìn)一步優(yōu)選：

a.紙芯片基底紙的改性：將酸活化后的玻璃纖維紙片分散在乙醇和水的混合溶液中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，使其充分反應(yīng)，再用二次水進(jìn)行清洗，待用；

b.CdTe量子點(diǎn)的合成：將碲粉和硼氫化鈉以質(zhì)量比1:1-1:3混合，然后加入乙醇，再加入二次水，密閉加熱恒溫反應(yīng)，得得無色到紫色的反應(yīng)物待用；

將氯化鎘溶解在二次水中，并加入巰基乙酸進(jìn)行修飾，而后用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH到適當(dāng)值，通氮除氧；而后加入上述碲粉和硼氫化鈉反應(yīng)所得無色到紫色的上清液，氮?dú)獗Ｗo(hù)下加熱回流，即得到黃色到橘色的CdTe量子點(diǎn)；

c.印跡包被量子點(diǎn)殼層的制備：將鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺和N-羥基琥珀酰亞胺活化處理上述獲得量子點(diǎn)，活化量子點(diǎn)溶液緩慢加入至上述步驟a改性后紙芯片中，而后分別加入一種或幾種相應(yīng)的模板離子，加入離子后再加入功能單體3-氨丙基三乙氧基硅烷進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)后加入引發(fā)劑和交聯(lián)劑，室溫下反應(yīng)，反應(yīng)后洗滌，即形成包裹量子點(diǎn)的離子印跡殼層；

d.固定芯片：將含有上述離子印跡改性功能的紙芯片修剪后固定在經(jīng)噴蠟疏水處理含有Y型流路通道的紙芯片中。

所述步驟a.紙芯片基底紙的改性：將紙芯片基底浸泡在0.1-0.5mol/l稀鹽酸中0.1-0.5h進(jìn)行活化，取酸活化過的紙芯片基底紙分散在過量的乙醇和水的混合溶液(乙醇和水混合溶液中乙醇和水的體積比為1:3)中，然后加入3-氨丙基三乙氧基硅烷，讓其充分振蕩反應(yīng)0.5-3h，而后用過量二次水進(jìn)行清洗2-8遍；其中，3-氨丙基三乙氧基硅烷的添加量為乙醇和水的混合溶液體積的5-40倍。

所述步驟b.CdTe量子點(diǎn)的合成：

1)將碲粉和硼氫化鈉按1:1-1:3比例混合，混合依次加入乙醇和二次水，而后于密閉條件下在20-50℃反應(yīng)，反應(yīng)1-5h，使反應(yīng)液由無色到紫色；

2)將氯化鎘加入到的二次水中，然后再加入巰基乙酸，加入后調(diào)節(jié)體系pH調(diào)到6-10，通氮?dú)?-30min排氧，待用；

3)將步驟1)反應(yīng)獲得的無色到紫色上清液加入到步驟2)獲得含氯化鎘的溶液中，氮?dú)獗Ｗo(hù)加熱回流0.5-3小時(shí)，即可得到黃色到橘色的量子點(diǎn)。

所述步驟c.印跡包被量子點(diǎn)殼層的制備：于上述改性的紙芯片，加入量子點(diǎn)溶液，再加入鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺、N-羥基琥珀酰亞胺溶液，使量子點(diǎn)進(jìn)行活化，而后再加入硝酸銅和氯化汞溶液，隨后加入10-80μL 3-氨丙基三乙氧基硅烷，避光振蕩5-35min，再分別加入適量的氨水和四乙氧基硅烷，反應(yīng)1-6小時(shí)，用二次水清洗1-5遍，即在玻璃纖維紙上形成離子印跡包裹量子點(diǎn)殼層；其中，量子點(diǎn)溶液、鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺、N-羥基琥珀酰亞胺溶液的體積比為3-10:3:3。

而后再進(jìn)行模板分子的洗脫：將上述所得銅離子印跡紙芯片用0.005-0.02mol/l的乙二胺四乙酸溶液振蕩清洗，所得汞離子印跡紙芯片用0.005-0.02mol/l的硫脲溶液震蕩清洗，將模板離子洗脫，然后用二次水漂洗、干燥。

上述離子印跡中添加模板離子為銅和/或汞離子。

原理：本發(fā)明是對(duì)鹽酸活化過的紙芯片基底玻璃纖維表面進(jìn)行氨基改性，并合成帶有羧基的CdTe量子點(diǎn)，而后在紙芯片表面合成包被量子點(diǎn)的離子印跡，分別以銅離子和汞離子為模板離子，將該含有離子印跡改性功能的紙芯片裁剪到合適大小，固定在經(jīng)噴蠟疏水處理含有Y型流路通道的紙芯片中；其中，含有Y型流路通道的紙芯片可以進(jìn)行試劑的引入和樣品運(yùn)輸，離子印跡作為選擇識(shí)別單元和量子點(diǎn)作為信號(hào)單元，通過電子轉(zhuǎn)移和表面吸附作用，當(dāng)紙芯片上引入含有銅離子或汞離子的液體之后，其被運(yùn)輸?shù)浇?jīng)過量子點(diǎn)改性的紙芯片表面，量子點(diǎn)的熒光隨銅離子或汞離子的濃度增加而減弱，可以實(shí)現(xiàn)銅離子和汞離子的定量檢測(cè)。

本發(fā)明所具有的優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明將微流控紙芯片技術(shù)、量子點(diǎn)和離子印跡技術(shù)相結(jié)合制備基于離子印跡包被量子點(diǎn)的微流控紙芯片，用于銅離子或汞離子混合液體的同時(shí)高效識(shí)別與高靈敏熒光檢測(cè)。形成離子印跡層后，由于電子轉(zhuǎn)移和表面吸附作用，當(dāng)加入含有銅離子或汞離子的液體之后，量子點(diǎn)的熒光隨銅離子或汞離子的濃度增加而減弱，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子和汞離子的同時(shí)高效識(shí)別與高靈敏熒光檢測(cè)。系統(tǒng)考察了該印跡芯片對(duì)銅離子和汞離子的分析性能，相比其它金屬離子對(duì)銅離子和汞離子顯示出很高的選擇性吸附能力；相對(duì)于非離子印跡聚合物，接有離子印跡層的紙芯片對(duì)銅離子和汞離子有著更高的識(shí)別選擇性和穩(wěn)定性。本發(fā)明兼具快速、便攜、經(jīng)濟(jì)、高靈敏等優(yōu)勢(shì)，提供了一種銅和汞重金屬離子檢測(cè)新策略，豐富了微流控紙芯片相關(guān)研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的離子印跡包被量子點(diǎn)紙芯片制備過程示意圖，Y型紙芯片同時(shí)檢測(cè)銅離子和汞離子印跡紙芯片的實(shí)物圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的掃描電鏡圖:A：玻璃纖維紙；B:沒有離子印跡殼層的玻璃纖維紙；C、D離子印跡殼層包被量子點(diǎn)的紙芯片。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的離子印跡包被量子點(diǎn)的微流控紙芯片對(duì)不同干擾離子所展現(xiàn)出的選擇性。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的離子印跡包被量子點(diǎn)的微流控紙芯片在一個(gè)月內(nèi)使用的穩(wěn)定性。

圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的離子印跡包被量子點(diǎn)的微流控紙芯片對(duì)銅離子和汞離子溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。

本發(fā)明首先對(duì)鹽酸活化后的玻璃纖維紙的纖維表面進(jìn)行氨基改性，并合成表面修飾有巰基乙酸的CdTe量子點(diǎn)，而后采用酰胺鍵的成鍵作用和表面印跡技術(shù)在紙芯片的表面合成離子印跡層包被量子點(diǎn)的核殼結(jié)構(gòu)，洗脫掉模板離子并將芯片固定在具有Y型噴蠟微流通道的紙上，使其可以進(jìn)行兩種重金屬離子的同時(shí)檢測(cè)，即得到離子印跡微流控紙芯片。

本發(fā)明兼具快速、高效、便攜、經(jīng)濟(jì)、高靈敏等優(yōu)勢(shì)，提供可以實(shí)現(xiàn)多種重金屬離子同時(shí)檢測(cè)的新策略，豐富了微流控芯片的相關(guān)研究。

實(shí)施例1

a.玻璃纖維紙的改性：用刀裁剪長×寬為1cm×1cm的8片玻璃纖維紙芯片，取玻璃纖維紙?jiān)?.02mol/l鹽酸中浸泡30min，隨后用二次水漂洗5遍，再浸泡在30mL乙醇和水的混合溶液中，然后加入800μL的3-氨丙基三乙氧基硅烷，讓其充分振蕩反應(yīng)8h，使得纖維紙表面接有氨基。用二次水進(jìn)行清洗5遍，將多余的3-氨丙基三乙氧基硅烷洗凈。

b.CdTe量子點(diǎn)的合成：稱取38.3mg的碲粉和40.0mg的硼氫化鈉加入到尖底黃蓋瓶中，先加入1.5mL的乙醇，再加入0.5mL的去離子水，迅速蓋上蓋子，使體系密閉，在蓋子上插一根針頭，在針頭上用去離子水進(jìn)行液封隔氧。40℃恒溫反應(yīng)4h，至黑色的碲粉完全消失，上清液為淡紫色為止。同時(shí)把64.2mg的氯化鎘加入到100mL的去離子水中，然后加入63μL的巰基乙酸，再用1mol/L的氫氧化鈉溶液將pH調(diào)到9.0，用氮?dú)獯?0min除氧，而后加入上述反應(yīng)所得碲粉產(chǎn)物的淡紫色上清液1mL，并在氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流2h，即可得到黃綠色的量子點(diǎn)。

c.印跡包被量子點(diǎn)殼層的制備：取上述所得合成的紙芯片，緩慢滴加10mL量子點(diǎn)、6mL的20mg/mL的鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺、6mL的10mg/mL的N-羥基琥珀酰亞胺溶液，再分別加入100mg/l的硝酸銅溶液和氯化汞溶液1ml，隨后分別向其中加入53μL的3-氨丙基三乙氧基硅烷，避光反應(yīng)30min，使其充分結(jié)合之后，分別加入50μL的氨水和90μL的四乙氧基硅烷，銅離子印跡反應(yīng)4h，汞離子印跡反應(yīng)3h，用二次水清洗3遍，即形成包被量子點(diǎn)的離子印跡殼層。

d.模板分子的洗脫：將上述所得銅離子印跡紙芯片用30mL的0.01mol/l的乙二胺四乙酸溶液振蕩清洗，所得汞離子印跡紙芯片用30ml的0.01mol/l的硫脲溶液震蕩清洗，將模板離子洗脫，然后用二次水漂洗、干燥。

f.固定芯片：將含有分子印跡改性功能的紙芯片裁剪到5×5mm合適大小，固定在經(jīng)噴蠟疏水處理含有Y型流路通道的紙芯片中，含有流路通道的紙芯片可以進(jìn)行試劑的引入和樣品運(yùn)輸，最終得到基于量子點(diǎn)的印跡紙芯片。為簡(jiǎn)便起見，銅離子印跡記為CuIIP，汞離子印跡記為HgIIP(參見圖1)。

非印跡聚合物制備：按照上述操作規(guī)程，除了不加模板離子硝酸銅和氯化汞之外，其他步驟同上，記為NIP。

IIP為含有銅離子和汞離子模板的印跡材料，NIP為不含銅離子和汞離子模板離子的印跡材料，也就是空白對(duì)照樣品。

實(shí)施例2

分別將玻璃纖維紙、接有量子點(diǎn)的玻璃纖維紙、含有離子印跡紙芯片放在真空干燥箱中40℃干燥6h之后，進(jìn)行噴金處理在經(jīng)噴蠟疏水處理含有Y型流路通道的紙芯片，將樣品用掃描電鏡進(jìn)行觀察(參見圖2A-圖2F)。如圖2A所示，可以看到玻璃纖維紙表面有明顯的玻璃纖維結(jié)構(gòu)；圖2B和2C顯示玻璃纖維表面接有成片顆粒物，顆粒比較均勻，說明CdTe量子點(diǎn)可以接枝在玻璃纖維上。如圖2D、2E、2F所示，通過接枝印跡殼層之后，表面形成了一層明顯的包被量子點(diǎn)的離子印跡層。

實(shí)施例3

取同一批次的離子印跡包被量子點(diǎn)的微流控紙芯片，分別滴入不同125μg/l濃度的銅離子、汞離子、鉻離子、鎳離子、鈷離子、鉛離子溶液，如圖3所示，離子印跡紙芯片對(duì)模板離子銅離子和汞離子有較好的選擇性，可以排除其它離子的干擾。非離子印跡紙芯片作為對(duì)照組，表現(xiàn)出不具有選擇性的特點(diǎn)。

實(shí)施例4

取同一批次的離子印跡包被量子點(diǎn)的紙芯片，在28天的時(shí)間里，平均2-3天檢測(cè)一次熒光，共檢測(cè)11次。如圖4所示，紙芯片的熒光強(qiáng)度變化不大，穩(wěn)定性比較好。

實(shí)施例5

取7張同一批次的離子印跡包被量子點(diǎn)的紙芯片，配制濃度分別0-80μg/L的硝酸銅和氯化汞混合溶液，取30μl的不同濃度的離子混合溶液滴加到待測(cè)區(qū)，當(dāng)溶液通過親水通道到達(dá)待測(cè)區(qū)，使其平衡15min，然后用熒光儀測(cè)定每張紙芯片的熒光強(qiáng)度。如圖5所示，隨著濃度的增大時(shí)，離子印跡紙芯片的熒光強(qiáng)度逐漸下降，并有一定的線性關(guān)系，從而可以通過熒光強(qiáng)度的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)銅離子和汞離子濃度的變化的檢測(cè)。