[发明专利]一种重金属离子检测芯片及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重金属离子检测芯片及其制备方法，该芯片重金属离子检测系统充分利用了微流控芯片易于将多个功能单元集成的特点，将微流体驱动、表面修饰、化学识别反应、信号处理、检测和分析集成于小型微流控芯片上，通过待测重金属离子和微通道表面的识别分子发生一对一的识别反应生成新的化合物，产生发光信号的变化，获得待测重金属离子的种类和浓度信息。 

背景技术

随着社会经济的迅速发展和环境资源的过度开发，环境污染问题越来越引起人们的极大关注，进入大气、水和土壤的有毒有害重金属如铅、汞、镉、铬等不断增加，超过正常范围则会引起环境的重金属污染，重金属离子污染已经危害到了人们的生活而日益受到社会的重视。例如，大量含重金属的废弃物(如电池电器设备等)，这些废弃物没有得到有效的管理和处置，进一步加剧了重金属的污染和危害，当重金属通过土壤植物系统迁移转化，并经过食物链的积累和放大作用，就会对生物产生更大的毒害，重金属主要通过污染食品饮用水及空气等途径最终威胁人类健康。 

对重金属离子污染的检测，目前主要有以下几大类方法。原子荧光光度法通过测量待测元素的原子蒸汽在辐射能激发下所产生荧光的发射强度来测定待测元素，其检出限低于原子吸收法，谱线简单且干扰少，但线性范围较宽，应用元素有限，仅用于砷、锑、秘、硒、磅、锗、锡、铅、锌、锡、汞的分析。电感藕合等离子体质谱分析技术将电感藕合等离子体与质谱联用，利用电感藕合等离子体使样品汽化，将待测物分离出来，从而进入质谱进行测定，但价格昂贵，易受污染。电感藕合等离体原子发射光谱是通过高频感应电流产生的高 温将反应气加热、电离，利用元素发出的特征谱线进行测定谱线强度与待测物含量成正比，但检测灵敏度略差。高效液相色谱法通过待测重金属离子与有机试剂形成稳定的有色络合物，然后用高效液相色谱分离，紫外可见检测器检测，可实现多元素同时测定，但络合试剂的选择有限，给其广泛应用带来了局限性。免疫分析法是一种具有高度特异性和灵敏度的分析方法，但重金属离子单克隆抗体的制备非常困难，而较容易制备的多克隆抗体又难以满足对重金属离子的特异性要求。 

因此，对重金属离子污染的在线和快速检测迫在眉睫，人们迫切希望能有一种能对重金属离子污染物进行连续、快速、在线监测的便捷式重金属离子检测仪器。近年来，微流控芯片作为一种新型的分析平台，具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛的应用，例如细胞生物学、分析化学、材料学、组织工程和微电子等领域。然而，基于微流控芯片的重金属离子检测系统，通过一对一的识别反应产生发光信号变化来获取待测重金属离子的种类和浓度信息，目前在应用领域尚未有实质性的突破。 

发明内容

本发明的目的是设计和制备一种重金属离子检测芯片，其特征在于该芯片离子检测系统在微流控芯片上加工了反应微通道、流体微通道和检测区域，实现了多个功能单元的集成化。在微流控芯片的反应微通道中进行表面改性，通道表面修饰的特定分子和待测重金属离子发生一对一识别反应，生成新的化合物，产生发光信号的变化，发光信息通过分析检测，得到待测重金属离子的种类以及浓度信息。 

为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤： 

1.用计算机辅助设计软件(CAD)设计和绘制微流控芯片的微通道图形。 

2.通过微加工技术在微流控芯片的基材表面制备CAD设计的微通道图形。 

3.将微流控芯片基材切割后得到上下两片微流控芯片(5×5cm)，用乙醇、去离子水、乙醇依次清洗后，自然晾干。 

4.将微流体输送微泵、检测器和微流控芯片进行连接，组装成芯片重金属离子检测系统。 

5.将微流控芯片的反应微通道进行表面处理。 

6.将和重金属离子反应的功能分子修饰到反应微通道的表面。 

7.将待测重金属离子导入反应微通道中，和通道表面的分子发生一对一识别反应，生成新的化合物。 

8.生成的化合物产生的发光信号变化通过检测器的检测通道，得到待测重金属离子的种类和浓度信息。 

本发明中，微流控芯片基材可以是石英、玻璃、硅材料、高分子聚合物和金属材料。 

本发明中，微流控芯片上的微通道网络可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀，也可用软刻蚀技术等微加工方法在芯片基材表面制备。