一種微流控芯片及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及亞硝酸鹽的檢測領(lǐng)域，具體涉及一種微流控芯片及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 亞硝酸鹽廣泛存在于自然界中，并存在于整個氮循環(huán)中。亞硝酸鹽常被用作農(nóng)業(yè) 肥料或者食品中的防腐劑。這些含氮肥料是環(huán)境中的一個重要的污染源。而從食物中吸收 的亞硝酸鹽在人體中則發(fā)揮著重要的生理作用。它們可以與人體中的二級或三級胺反應(yīng)生 成具有致癌作用的亞硝胺，給人體帶來巨大危害。在亞硝酸鹽的作用下，血紅蛋白會轉(zhuǎn)變?yōu)?高鐵血紅蛋白導(dǎo)致血液傳輸氧的能力下降。因此，亞硝酸鹽的檢測對于環(huán)境和人體健康十 分重要。
[0003] 目前，已有多種亞硝酸鹽的檢測方法見諸報道。文獻(xiàn)1用同位素稀釋質(zhì)譜同時檢測 了海水中的亞硝酸鹽和硝酸鹽。文獻(xiàn)2將血紅蛋白修飾到玻碳電極上制備成一種電化學(xué)傳 感器，用于亞硝酸鹽的檢測。文獻(xiàn)3以石墨和銀粉作為"墨水"，制備成一種"書寫型"的傳感 器，可在線檢測亞硝酸鹽。但是，這些方法或是操作繁瑣或是需要昂貴的檢測儀器。化學(xué)發(fā) 光作為一種成熟的分析方法，表現(xiàn)出成本低、靈敏度高、易于操作和免受背景干擾的特點。 流動注射法常用于以化學(xué)發(fā)光法檢測無機(jī)離子，但是，該方法的試劑消耗量較大，而且分析 速度較慢，自動化程度不夠高。
[0004] 文南犬 1 : Hi gh-pre c i s i on quadruple isotope dilution method for simultaneous determination of nitrite and nitrate in seawater by GCMS after derivatization with triethyloxonium tetrafluoroborate(Pagliano E.；Meija J.； Mester Z.;Anal.Chim.Acta，2014,824,36_41)。
[0005] 文獻(xiàn)2 : Enhancing sensitivity of hemoglobin-based electrochemical biosensor by using protein conformational intermediate(ffu H.；ffang X.；Qiao M.； Zhang H.；Jin X.；Fan S.；Sens.Actuator B-Chem.,2015,221,694-699)〇
[0006] 文南犬3:Writing Sensors on Solid Agricultural Products for In Situ Detection (Tang J.;Ying Y.;Liu Y.;Anal.Chem.，2015,87，10703-10707)〇
[0007] 文南犬 4:An aptamer-functional ized chemome chan i cal ly modulated biomolecule catch-and-release system(Shastri A.；McGregor L.M.；Liu Y.；Harris V.；Nan H.；Mujica M.；Vasquez Y.；Bhattacharya A.；Ma Y.；Aizenberg M.；Kuksenok 0.；Balazs A.C.；Aizenberg J.；He X.；Nat.Chem.,2015,7,447-454)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種微流控芯片，通過在微流控芯片 上設(shè)置的特定的的微通道來實現(xiàn)的化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，可以對水體及各種環(huán)境中的亞硝酸鹽含 量進(jìn)行檢測和分析。
[0009] 本發(fā)明的一個實施方式在于提供一種微流控芯片，包括與玻璃基底鍵合的高聚物 芯片，在所述高聚物芯片上設(shè)有螺旋形微通道，在所述螺旋形微通道的入口端設(shè)有三個入 口通道，其中，第一入口通道和第二入口通道交匯后再與第三入口通道交匯。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，通過螺旋形微通道的設(shè)計，使所述微流控芯片的面積得到更有效的 利用，反應(yīng)進(jìn)行的時間被大大延長，并且，螺旋形微通道的三個入口通道可以使多種反應(yīng)試 劑分別進(jìn)入，尤其是通過使第一入口通道和第二入口通道交匯后再與第三入口通道交匯， 能夠使特定組分優(yōu)先混合，有利于對反應(yīng)進(jìn)程更精確有效的控制和調(diào)節(jié)。此外，通過本發(fā)明 的的微流控芯片，能夠以較小的試劑消耗量完成反應(yīng)，易于控制和操作。
[0011] 在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，所述螺旋形微通道的出口設(shè)在所述螺旋形微 通道的中心處。
[0012] 在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式中，所述入口通道的寬度為0.5-2mm，所述螺旋 形微通道的寬度為〇. 5-1_，螺旋圈數(shù)為4-10圈。
[0013] 在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式中，所述入口通道和螺旋形微通道的深度為 20-100_，優(yōu)選為 20-50wii。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明，通過將螺旋形微通道的寬度、螺旋圈數(shù)以及入口通道的寬度限定在 上述范圍內(nèi)，有利于在微流控芯片范圍內(nèi)使化學(xué)試劑更充分的混合、反應(yīng)。
[0015] 在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式中，所述高聚物芯片為聚二甲基硅氧烷(PDMS) 芯片。
[0016] 本發(fā)明的另一個實施方式在于提供利用上述微流控芯片檢測亞硝酸鹽含量的方 法，包括：
[0017] 將碳點（CDs)溶液和亞硝酸鹽溶液分別通過第一和第二入口通道注入，酸化的過 氧化氫(H 2〇2)溶液通過第三入口通道注入微流控芯片；
[0018] 所述碳點溶液和亞硝酸鹽溶液的混合溶液與所述酸化的過氧化氫溶液在微流控 芯片中發(fā)生化學(xué)發(fā)光反應(yīng)，通過測定反應(yīng)生成溶液的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度，確定亞硝酸鹽的含量。 [0019] 發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，如圖1所示，無論是將CDS溶液加入H202和恥勵 2混合液中，還是 將NaN02溶液加入CDs和NaN02混合液中，得到的化學(xué)發(fā)光都不如將H 2〇2溶液加入CDs和NaN02 混合液中所得的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度強(qiáng)。發(fā)明人推測，這是由于過氧亞硝酸(0N00H)經(jīng)H00N0*(即 過氧亞硝酸激發(fā)態(tài))轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛崾钱a(chǎn)生化學(xué)發(fā)光的一步反應(yīng)，而過氧亞硝酸則是酸化的H 2〇2 與NaN02反應(yīng)的產(chǎn)物。通過將⑶s溶液和亞硝酸鹽溶液預(yù)先混合，再加入H2〇2溶液，產(chǎn)生的過 氧亞硝酸能夠立即與CDs反應(yīng)產(chǎn)生增強(qiáng)的化學(xué)發(fā)光?；谠摶瘜W(xué)發(fā)光強(qiáng)度來確定亞硝酸鹽 的含量，具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確性。
[0020]在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方式中，在所述酸化的過氧化氫溶液中，過氧化氫的 濃度為 〇.〇l-5mol/L，優(yōu)選為 l-5mol/L。
[0021 ]在本發(fā)明的一個更優(yōu)選的實施方式中，所述酸化的過氧化氫溶液是過氧化氫原液 和硫酸溶液的混合液，所述硫酸溶液的濃度為0.0025mol/L-0. lmol/L，優(yōu)選為0.005111〇1/1-0.02mo 1/L。通過以上述濃度的硫酸溶液與過氧化氫溶液混合得到的在上述濃度范圍內(nèi)的 過氧化氫的硫酸溶液，有利于提高反應(yīng)產(chǎn)生的溶液的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度。
[0022]在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式中，所述碳點溶液的體積濃度為10%-20%。即 所述碳點與水按照1-2:10的體積比混合得到碳點溶液。通過將碳點溶液的體積濃度限定在 上述范圍內(nèi)，有利于提高反應(yīng)產(chǎn)生的溶液的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度。
[0023] 在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方式中，將所述碳點溶液、亞硝酸鹽溶液、酸化的過 氧化氫溶液注入的流速為100_300yL/min，優(yōu)選為100-200yL/min。通過將各試劑溶液的注 入流速控制在上述范圍內(nèi)，有利于提高反應(yīng)產(chǎn)生的溶液的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度。
[0024] 本發(fā)明的再一個實施方式在于提供上述裝置和上述方法在環(huán)境和食品檢測中的 應(yīng)用。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明所提供的微流控芯片，通過螺旋形微通道的設(shè)計，使芯片的面積得到 更有效的利用，反應(yīng)進(jìn)行的時間被大大延長。在應(yīng)用于亞硝酸鹽的含量測定時，通過碳點溶 液和亞硝酸鹽溶液預(yù)先混合再與酸化的過氧化氫溶液混合的方式，能夠在較短的時間內(nèi)產(chǎn) 生具有較高化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的反演溶液，基于該化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度來確定亞硝酸鹽的含量，具有 較高的靈敏度和準(zhǔn)確性。此外，采用微流控芯片進(jìn)行的檢測，能夠以較小的試劑消耗量完成 反應(yīng)，易于控制和操作。
【附圖說明】
[0026]圖1表示的是CDs-NaN02-H202體系的化學(xué)發(fā)光動力學(xué)曲線（圖1中三個峰值從左到 右依次為將⑶s注入到似^)2和出02的混合液中產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度、將NaN02注入到H 2〇2和 CDs的混合液中產(chǎn)生的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度以及將H2〇2注入到到⑶s和NaNOdg合液中的產(chǎn)生的化 學(xué)發(fā)光強(qiáng)度）。
[0027] 圖2表示的是本發(fā)明的實施例2中掩膜上的螺旋形微通道圖案的示意圖。
[0028] 圖3表示的是本發(fā)明的一個實施方式中的微流控芯片的結(jié)構(gòu)示意