[发明专利]一种用于重金属离子现场检测的无动力微流控芯片及其制作和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及微流控芯片领域，特别涉及一种无需外部能量进样的微流控芯片和该芯片的制作方法，以及其用于重金属离子检测的使用方法。

背景技术

长期以来，重金属污染受到人们的广泛关注，工业活动导致的汞、铅、镉、铬等重金属污染的生物毒性非常显著，给人类健康和环境造成极大危害。以汞为例，全世界汞的年排放量约1.5万吨，主要来源于汞矿、冶金、氯碱工业、电器工业和矿物燃料的燃烧。这些无机汞进入大气循环和水体循环系统后，在生物体内转化成有机汞(甲基汞、乙基汞)，毒性大大增强。最终在食物链的各个环节中累积，给人类的健康和生存带来巨大威胁。因此，对环境重金属离子的监测十分重要。常规的检测仪器包括电感耦合等离子质谱仪、原子光谱法、分光光度法等，这些大型仪器需要复杂样品前处理，仪器笨重昂贵，不适合快速、实时、现场检测，所以开发具有此功能的微型化检测器件势在必行。

微流控芯片又称芯片实验室，是由微通道(几十至几百微米)网络构成的、对微量流体(10^-6L至10^-18L)进行操纵的微型器件。在微流控芯片上可以实现样品的预处理、反应、分离、检测等步骤的集成化。微流控芯片与常规化学或生物实验仪器相比，具有样品和试剂消耗少、反应速度快、价格低廉等优势。

目前，大部分的微流控芯片的进样都需要外部能量，如注射泵、电渗泵等。这种外部功能仪器的使用不利于芯片的集成化和微型化，特别不利于芯片的现场、实时检测。国际上有研究组开始尝试利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的芯片实现无动力进样并用于DNA分析(参见：Lab Chip，2004，4，181-185)。中国专利申请200610054308.X提供了一种利用PDMS制作微流控芯片的方法。但尚无研究人员尝试将无动力的芯片模式用于样品体系更加复杂(例如含有较多干扰物质的样品，如污染地实际采集样品)的重金属现场实时检测。

另一方面，近年出现了多种针对重金属检测的纳米探针，其中以纳米金探针的研究最为广泛。纳米金颗粒具有优异的光学性质、电学性质、化学活性和生物兼容性；纳米金经生物修饰后形成纳米金探针，其处于溶液状态，纳米金溶液的颜色与纳米金颗粒的间距以及纳米金聚集体的大小有关，例如，特定种类的重金属离子(如汞离子)可以与修饰在纳米金上生物物质结合并进而把纳米金拉近。特定重金属离子浓度越大，被拉近的纳米金就越多，聚集现象就越严重。利用这种性质，可以设计各种传感器，从而实现对多种重金属离子的检测。国际上多个研究组利用核苷酸中胸腺嘧啶碱基(T)对汞离子的特异性识别，建立了对汞离子的特异性检测方法(参见：Angew.Chem.Int.Ed.，2007，46，4093-4096；Nucl.Technol.，2007，30，467-472)。另有研究组利用巯基十一酸对某些重金属离子(如铅、隔等)的特异性螯合作用建立了相应的检测方法(参见：Nano Letters，2001，Vol.1，165-167)。但这些方法在实际使用时或者需要变温，或者需要其他仪器辅助，难以实现现场检测应用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种无动力微流控芯片，以实现对重金属离子样品的现场快速检测。

本发明的另一个目的是提供一种制作上述无动力微流控芯片的方法。

本发明的再一个目的是提供一种利用上述无动力微流控芯片对重金属离子进行现场检测的方法，利用该方法，可实现对重金属离子样品的无动力现场检测。

为实现上述目的，根据本发明的一个实施方式，该用于重金属离子现场检测的无动力微流控芯片包括基片层以及与该基片层相封接的通道片层，该通道片层包括单个或多个通道，该通道两端分别连接有进样孔和出样孔；该基片层和该通道片层均由聚二甲基硅氧烷材料制成，该通道片层的厚度为8mm至20mm。

根据本发明的另一个实施方式，该制作无动力微流控芯片的方法包括：利用聚二甲基硅氧烷，分别制作所述基片层以及所述通道片层，所述通道片层厚度为8mm至20mm，包括单个或多个通道，该通道两端分别连接有进样孔和出样孔；将所述基片层和所述通道片层进行封接。

根据本发明的再一个实施方式，该使用上述无动力微流控芯片对重金属离子进行现场检测的方法包括：将所述芯片置于一个干燥皿中，用真空进行抽气；取出所述芯片，并立即用胶带密封所述出样口一端，放置3至5分钟；将纳米金探针和待测溶液分别添加入所述进样口；纳米金探针和待测溶液的混合液从所述出样口流出后，对所述芯片进行分析。