專利名稱：一種檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測土壤中多環(huán)芳烴的微流控芯片及其制備方法，該芯片是圓片狀離心式微流控芯片，通過微加工技術(shù)在表面制備微結(jié)構(gòu)和微通道，在離心機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)待測樣品與萃取劑的混合、萃取、分離和過濾過程，用紅外光譜儀定量或定性檢測出芯片上樣品中多環(huán)芳烴的含量，主要應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)和水質(zhì)檢測等相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
多環(huán)芳經(jīng)(polycyclic aromatic hydrocarbon)是分子中含有兩個以上苯環(huán)的碳?xì)浠衔铮ㄝ痢⑤臁⒎啤④诺?50余種化合物，它存在于原油，木餾油，焦油，染料，塑料，橡膠，潤滑油，防銹油，脫膜劑，汽油阻凝劑，電容電解液，礦物油，柏油等石化產(chǎn)品中，還存在于農(nóng)藥，木炭，殺菌劑，蚊香等日常化學(xué)產(chǎn)品中。人們長期處于多環(huán)芳烴污染的環(huán)境中，可引起急性或慢性傷害。而多環(huán)芳烴對動物的致癌作用也早已被試驗(yàn)所證實(shí)。因此，對多環(huán)芳烴的快速檢測在環(huán)境科學(xué)、食品安全科學(xué)方面具有十分重要的意義。多環(huán)芳烴常規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)方法由設(shè)計采樣、運(yùn)輸、儲存、最后萃取處理和GC/MS定量分析組成，此類方法存在樣品用量大，樣品前處理復(fù)雜，成本較高的缺點(diǎn)，需要花費(fèi)大量時間和成本。而且樣品分離過程和檢測是分開獨(dú)立進(jìn)行的，易引起樣品損失和污染。由以上原因，建立一種小型集成裝置，快速、便攜、精確的多環(huán)芳烴檢測裝置是非常必要的。近年來，微流控芯片作為一種新型的分析平臺，具有微型化、自動化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在環(huán)境檢測相關(guān)領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，采用圓片狀芯片，利用微加工技術(shù)在其表面制備微結(jié)構(gòu)和微通道用于分析，依靠離心力驅(qū)動樣品微流體，同時完成多個樣品檢測的離心式微流控芯片分析技術(shù)，目前在多環(huán)芳烴的快速檢測相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域尚未有實(shí)質(zhì)性的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于該芯片是圓片狀帶微結(jié)構(gòu)和微通道的離心式微流控芯片，由多層刻有微米級別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片、雙層粘性薄膜封合而成，以離心力作為樣品微流體的驅(qū)動力，完成樣品與萃取劑的混合、萃取、分離和過濾過程過程，以紅外光譜儀為檢測裝置，定量或定性地檢測出芯片上樣品中多環(huán)芳烴的含量。微結(jié)構(gòu)和微通道通過微加工技術(shù)制備，包括萃取池、過濾池、檢測池、微閥、微通道、微槽和微孔。離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺專為圓片狀樣品設(shè)計的，中心以吸盤、卡槽或螺絲-螺母固定圓片狀離心式微流控芯片。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下操作步驟1.用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制離心式微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形；
2.通過微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括萃取池、過濾池、檢測池、微閥、微通道、微槽和微孔；3.將待測樣品放入萃取池；4.利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片進(jìn)行對齊、粘合、加壓封合，組成離心式微流控芯片；5.芯片封合后，在萃取池內(nèi)加入萃取劑；6.啟動離心機(jī)，待測樣品和萃取劑在離心力作用下混合、萃取和分離；7.改變離心速度，萃取液通過微閥轉(zhuǎn)移進(jìn)入過濾池，在此池中進(jìn)行固液分離；8.再次改變離心速度，經(jīng)過濾后的澄清萃取液通過微閥轉(zhuǎn)移進(jìn)入檢測池；9.樣品處理好后，在紅外光譜儀上檢測萃取溶液，獲得多環(huán)芳烴的含量。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC, C0C,也可是市售的各類⑶光盤。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道可以通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕制備，也可用軟刻蝕技術(shù)制備。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片的各層芯片之間用雙層粘性薄膜封合，雙層粘性薄膜可 以是力致雙層粘性薄膜，也可是普通雙面膠薄膜。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片的萃取池與過濾池之間連接微通道的寬度和深度均為380 μ m，置入外徑375 μ m的石英毛細(xì)管作為微閥，石英毛細(xì)管的內(nèi)徑可以是100 μ m、150 μ m。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片的過濾池與檢測池之間連接微通道的寬度和深度均為380 μ m，置入外徑375 μ m的石英毛細(xì)管作為微閥，石英毛細(xì)管的內(nèi)徑可以是 25、50、75、100μπι。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片無需任何外置的泵和閥，利用離心力來驅(qū)動樣品微流體，萃取劑與樣品混合萃取時，離心機(jī)轉(zhuǎn)速為150 300轉(zhuǎn)/分，萃取溶液進(jìn)入過濾池的離心轉(zhuǎn)速為500 700轉(zhuǎn)/分，進(jìn)入檢測池的離心轉(zhuǎn)速為800 1000
轉(zhuǎn)/分。本發(fā)明中，檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片萃取多環(huán)芳烴的試劑為四氯乙烯和四氯化碳，毒性比二氯甲烷和二甲基亞砜小，減少了對環(huán)境的影響。本發(fā)明提出的檢測土壤中多環(huán)芳烴的圓片狀離心式微流控芯片，可實(shí)現(xiàn)多個樣品的平行檢測，降低了試劑與樣品的用量，簡化了待測樣品的前處理，縮短了檢測時間，具有便攜、經(jīng)濟(jì)、快速、高效的特點(diǎn)，在快速檢測土壤中多環(huán)芳烴的相關(guān)領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前
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圖1.檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片的五層芯片及一組樣品分析檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖。Α.第I層(底層芯片，封合用)，B.第2層(雙層粘性薄膜，粘合用)，C.第3層(中間主芯片，有微結(jié)構(gòu)和微通道)，D.第4層(雙層粘性薄膜，粘合用)，E.第5層(上層芯片，封合用)F. —組樣品分析檢測單元的結(jié)構(gòu)示意圖1)萃取池，2)過濾池，3)檢測池，4)矩形毛細(xì)管通道，5)石英毛細(xì)管通道，6)氣微通道和孔。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制離心式微流控芯片的五層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。通過數(shù)控CNC微加工系統(tǒng)在各層聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片上制備微結(jié)構(gòu)和微通道，分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。將30mg待測土壤樣品放置于萃取池中，將五層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片。將離心式微流控芯片通過吸盤固定于離心機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺上，從樣品注入孔加入IOOyL C2Cl4，以150轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速混合，萃取IOmin后，提高轉(zhuǎn)速至500轉(zhuǎn)/分，將樣品池中萃取溶液全部移至過濾池；隨后提高離心轉(zhuǎn)速至800轉(zhuǎn)/分，將澄清萃取液全部轉(zhuǎn)移至檢測池，在334nm處進(jìn)行吸光度檢測，最后獲得樣品中多環(huán)芳烴的含量。實(shí)施例2用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制離心式微流控芯片的五層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形。通過數(shù)控CNC微加工系統(tǒng)在各層聚碳酸酯(PC)芯片上制備微結(jié)構(gòu)和微通道，最后分別用自來水、蒸餾水清洗各層芯片，并用乙醇擦拭芯片表面殘留的指紋、油潰等污潰。將30mg待測土壤樣品放置于萃取池中，將五層芯片小心對齊、粘合、加壓封合，制成檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片。將離心式微流控芯片通過吸盤固定于離心機(jī)旋轉(zhuǎn)平臺上，從樣品注入孔加入100 μ LC2Cl4,以300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速混合，萃取5min后，提高離心機(jī)轉(zhuǎn)速至700轉(zhuǎn)/分，將樣品池中萃取溶液全部移至過濾池；隨后提高離心機(jī)轉(zhuǎn)速至1000轉(zhuǎn)/分，將澄清萃取液全部轉(zhuǎn)移至檢測池，在334nm處進(jìn)行吸 光度檢測，最后獲得樣品中多環(huán)芳烴的含量。
權(quán)利要求
1.一種檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，該芯片是圓片狀帶微結(jié)構(gòu)和微通道的離心式微流控芯片，由多層刻有微米級別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片、雙層粘性薄膜封合而成，以離心力作為樣品微流體的驅(qū)動力，完成待測樣品與萃取劑的混合、萃取、分離和過濾過程，以紅外光譜儀為檢測裝置，定量或定性地檢測出芯片上樣品中多環(huán)芳烴脂的含量。微結(jié)構(gòu)和微通道通過微加工技術(shù)制備，包括萃取池、過濾池、檢測池、微閥、微通道、微槽和微孔。離心機(jī)的旋轉(zhuǎn)平臺專為圓片狀樣品設(shè)計的，中心以吸盤、卡槽或螺絲-螺母固定圓片狀離心式微流控芯片。
2.按權(quán)利要求1所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，其制作步驟如下 1)用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件設(shè)計和繪制離心式微流控芯片中各層芯片的微結(jié)構(gòu)和微通道圖形； 2)通過微加工技術(shù)在各層微流控芯片基材表面加工制備所需的微結(jié)構(gòu)和微通道，包括萃取池、過濾池、檢測池、微閥、微通道、微槽和微孔； 3)將待測樣品放入萃取池； 4)利用雙層粘性薄膜，將各層離心式微流控芯片進(jìn)行對齊、粘合、加壓封合，組成離心式微流控芯片； 5)芯片封合后，在卒取池內(nèi)加入卒取劑； 6)啟動離心機(jī)，待測樣品和萃取劑在離心力作用下混合、萃取和分離； 7)改變離心速度，萃取液通過微閥轉(zhuǎn)移進(jìn)入過濾池，在此池中進(jìn)行固液分離； 8)再次改變離心速度，經(jīng)過濾后的澄清萃取液通過微閥轉(zhuǎn)移進(jìn)入檢測池； 9)樣品處理好后，在紅外光譜儀上檢測萃取溶液，獲得多環(huán)芳烴的含量。
3.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種多環(huán)芳烴檢測芯片的核心功能器件是圓片狀具有微結(jié)構(gòu)和微通道的離心式微流控芯片，微結(jié)構(gòu)和微通道的尺寸是微米級別的，通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕、軟刻蝕技術(shù)的微加工方法在芯片基材表面制備。圓片狀離心式微流控芯片可以批量生產(chǎn)、多次利用、靈活設(shè)計與組裝。
4.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種多環(huán)芳烴檢測芯片無需任何外置連接的泵，樣品微流體是在離心力驅(qū)動下與萃取試劑進(jìn)行混合、萃取和分離。
5.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種多環(huán)芳烴檢測芯片無需進(jìn)樣前處理，可以在芯片上直接完成樣品預(yù)處理和檢測，并同時檢測出樣品中多環(huán)芳烴的含量。
6.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種多環(huán)芳烴檢測芯片可以在一塊芯片上制作多組微結(jié)構(gòu)和微通道，構(gòu)成多組樣品分析檢測單元，提高單位時間的平行檢測能力。
7.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，控制樣品微流體流動的微閥由石英毛細(xì)管預(yù)埋入微通道中構(gòu)成，通過控制石英毛細(xì)管的內(nèi)徑來調(diào)控微流體的流動狀態(tài)。
8.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種多環(huán)芳烴檢測芯片是通過逐級改變離心機(jī)的轉(zhuǎn)速，使萃取液從萃取池通過矩形毛細(xì)管轉(zhuǎn)移至過濾池，隨后從過濾池通過石英毛細(xì)管轉(zhuǎn)移至檢測池，石英毛細(xì)管的內(nèi)徑越小，樣品微流體通過該石英毛細(xì)管所需的離心力就越大，所需的離心轉(zhuǎn)速就越高。
9.按權(quán)利要求1或2所述的檢測土壤中多環(huán)芳烴的離心式微流控芯片及其制備方法，其特征在于，這種多環(huán)芳烴檢測芯片設(shè)計巧妙、設(shè)備簡單、便于攜帶、直接采樣、無需樣品處理、樣品和試劑用量小、平行檢測能力高、易與檢測器連接、樣品的前處理和檢測過程在同一芯片上完成、樣品無需轉(zhuǎn)移、樣品交叉污染幾率小，很好地滿足微全分析系統(tǒng)發(fā)展的需要，在便捷、快速、準(zhǔn)確地檢測多環(huán)芳烴的相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種檢測土壤中多環(huán)芳烴的微流控芯片及其制備方法。該芯片是圓片狀有微結(jié)構(gòu)和微通道的離心式微流控芯片，由多層刻有微米級別的微結(jié)構(gòu)和微通道的芯片、雙層粘性薄膜封合而成，以離心力為樣品微流體的驅(qū)動力，完成待測樣品與萃取劑的混合、萃取和分離過程，以紅外光譜儀為檢測裝置，定量或定性地檢測出芯片上樣品中油和油脂的含量。該微流控芯片及方法可同時處理和檢測多組樣品，試劑與樣品用量少，實(shí)現(xiàn)了多環(huán)芳烴檢測的集成化、微型化、自動化，具有經(jīng)濟(jì)、快速、便攜、高效的特點(diǎn)，為便捷、快速、準(zhǔn)確地檢測多環(huán)芳烴提供了一種全新的分析技術(shù)平臺。
文檔編號B01L3/00GK103055983SQ20121058972
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者王曉東 申請人:蘇州汶顥芯片科技有限公司