[发明专利]可视化检测铜、铅、汞离子的多元体积柱芯片及其检测方法

权利要求书

1.一种可视化检测铜、铅、汞离子的多元体积柱芯片的检测方法，其特征在于，所述可视化检测铜、铅、汞离子的多元体积柱芯片，包括第一玻璃芯片和第二玻璃芯片，所述第一玻璃芯片和第二玻璃芯片均呈长方形且尺寸相同，所述第一玻璃芯片的内侧与第二玻璃芯片的内侧贴合并滑动接触，所述第一玻璃芯片内侧设有墨水移动通道组、墨水指示通道和样品槽组，所述墨水移动通道组位于第一玻璃芯片的上部，包括第一墨水移动通道、第二墨水移动通道和第三墨水移动通道，所述第一墨水移动通道、第二墨水移动通道和第三墨水移动通道自第一玻璃芯片的左侧至右侧依次平行设置，所述样品槽组位于第一玻璃芯片的下部，包括第一样品槽、第二样品槽和第三样品槽，所述第一样品槽位于第一墨水移动通道下方，所述第二样品槽位于第二墨水移动通道下方，所述第三样品槽位于第三墨水移动通道下方，所述墨水指示通道位于墨水移动通道组和样品槽组之间并平行于第一玻璃芯片的上、下边，所述第二玻璃芯片内侧设有试剂槽组，所述试剂槽组包括第一试剂槽、第二试剂槽和第三试剂槽，在所述第一玻璃芯片和第二玻璃芯片完全重合时，所述样品槽组与试剂槽组无重合部分，在所述第一玻璃芯片和第二玻璃芯片保持上、下边对齐而部分重合并且第一样品槽和第一试剂槽重合时，所述第二样品槽和第二试剂槽、第三样品槽和第三试剂槽也重合，并且墨水移动通道组、墨水指示通道和试剂槽组相通，所述墨水指示通道设有墨水进水孔和墨水出水孔，所述第一样品槽、第二样品槽和第三样品槽均设有样品注入孔和样品流出孔，所述第一试剂槽、第二试剂槽和第三试剂槽均设有试剂注入孔和试剂流出孔，所述墨水进水孔、墨水出水孔、样品注入孔、样品流出孔、试剂注入孔和试剂流出孔均位于所述第一玻璃芯片上，所述墨水指示通道内注满墨水；

所述第一墨水移动通道用于定量检测铜离子，所述第二墨水移动通道用于定量检测铅离子，所述第三墨水移动通道用于定量检测汞离子，所述第一墨水移动通道、第二墨水移动通道和第三墨水移动通道均呈连续的“S”型，并平行于第一玻璃芯片的左、右侧边，所述第一玻璃芯片上还设有墨水移动距离标尺，所述墨水移动距离标尺位于墨水移动通道组的上端和左右两侧端；

所述第一玻璃芯片和第二玻璃芯片采用标准光刻和湿法刻蚀制备，并且第一玻璃芯片和第二玻璃芯片各自的内侧均经过疏水化处理，所述第一玻璃芯片内侧和第二玻璃芯片内侧通过二甲基硅油贴合；

所述标准光刻所采用的光刻胶为SPR220-7，显影液为AZ400K，所述湿法刻蚀所采用刻蚀液为HF、NH₄F和HNO₃混合溶液，所述HF、NH₄F和HNO₃的摩尔比为1:0.5:0.75，所述疏水化处理所采用的疏水试剂采用全氟辛基三氯硅烷；

所述检测方法包括以下步骤：

S1、准备多元体积柱芯片：取所述可视化检测铜、铅、汞离子的多元体积柱芯片；

S2、制备核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针：分别制备用于检测铜离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针、用于检测铅离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针和用于检测汞离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针，具体为：

(a)采用共沉淀法制备磁性Fe₃O₄纳米粒子；

(b)采用反相微乳液法用所述步骤(a)中的磁性Fe₃O₄纳米粒子制备磁性二氧化硅纳米粒子；

(c)利用席夫碱反应，以戊二醛作为交联剂，将氨基修饰的用于检测铜离子的核酸、用于检测铅离子的核酸和用于检测汞离子的核酸分别共价结合到磁性二氧化硅纳米粒子的表面，得到用于检测铜离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针、用于检测铅离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针和用于检测汞离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针；

其中，所述氨基修饰的用于检测铜离子的核酸序列为NH₂-(CH₂)₆-5'-AAAAAAAAAGCTTCTTTCTAATACGGCTTACC-3'、

氨基修饰的用于检测铅离子的核酸序列为NH₂-(CH₂)₆-5'-AAAAAAAAAGTAGAGAAGGrATATCACTCA-3'、

氨基修饰的用于检测汞离子的核酸序列为NH₂-(CH₂)₆-5'-TCATGTTTGTTTGTTGGCCCCCCTTCTTTCTTA-3'；

S3、制备DNA修饰的铂纳米探针：采用抗坏血酸还原氯铂酸制备铂纳米粒子，再将巯基修饰的用于检测铜离子的DNA、用于检测铅离子的DNA和用于检测汞离子的DNA分别共价结合到铂纳米粒子表面，得到用于检测铜离子的DNA修饰的铂纳米探针、用于检测铅离子的DNA修饰的铂纳米探针和用于检测汞离子的DNA修饰的铂纳米探针，其中，所述巯基修饰的用于检测铜离子的DNA的序列为SH-(CH₂)₆-5'-GGTAAGCCTGGGCCTCTTTCTTTTTAAGAAAGAAC-3'、巯基修饰的用于检测铅离子的DNA的序列为SH-(CH₂)₆-5'-TGAGTGATAAAGCTGGCCGAGCCTCTTCTCTAC-3'、巯基修饰的用于检测汞离子的DNA的序列为SH-(CH₂)₆-5'-ACAAACATGA-3'；

S4、制备复合探针溶液：将所述步骤S2中的用于检测铜离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针与所述步骤S3中的用于检测铜离子的DNA修饰的铂纳米探针进行孵育，通过DNA双链互补形成用于检测铜离子的复合探针，之后再将用于检测铜离子的复合探针分散于缓冲溶液中，制得用于检测铜离子的复合探针溶液，将所述步骤S2中的用于检测铅离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针与所述步骤S3中的用于检测铅离子的DNA修饰的铂纳米探针进行孵育，通过DNA双链互补形成用于检测铅离子的复合探针，之后再将用于检测铅离子的复合探针分散于缓冲溶液中，制得用于检测铅离子的复合探针溶液，将所述步骤S2中的用于检测汞离子的核酸修饰的磁性二氧化硅纳米探针与所述步骤S3中的用于检测汞离子的DNA修饰的铂纳米探针进行孵育，通过DNA双链互补形成用于检测汞离子的复合探针，之后再将用于检测汞离子的复合探针分散于缓冲溶液中，制得用于检测汞离子的复合探针溶液；

S5、建立标准曲线：在所述步骤S4中的用于检测铜离子的复合探针溶液、用于检测铅离子的复合探针溶液和用于检测汞离子的复合探针溶液中分别加入不同浓度的铜、铅、汞分析物进行避光震荡反应，之后再进行磁铁分离，分别得到不同浓度的铜、铅、汞分析物的待测清液，取所述待测清液分别加入步骤S1中的多元体积柱芯片的第一样品槽、第二样品槽和第三样品槽中，并在所述试剂槽组中加入H₂O₂溶液，在铜离子待测清液、铅离子待测清液和汞离子待测清液与H₂O₂溶液混合后，记录下所述多元体积柱芯片内墨水柱前进的距离，拟合出标准曲线方程，建立起标准曲线；

S6、样品检测：采集待测的样品进行过滤，得到待测水样，而后将所述待测水样分别加入步骤S4中的用于检测铜离子的复合探针溶液、用于检测铅离子的复合探针溶液和用于检测汞离子的复合探针溶液中进行避光震荡反应，之后再进行磁铁分离，得到待测清液，取所述待测清液加入所述步骤S1中的多元体积柱芯片的样品槽中，并在所述试剂槽中加入H₂O₂溶液，所述多元体积柱芯片的墨水柱指示通道内注满墨水，在所述待测清液与H₂O₂溶液混合后，记录下多元体积柱芯片内墨水柱前进的距离，最后利用所述步骤S5中的标准曲线分析得到待测水样中铜、铅、汞三种重金属离子的浓度。