[发明专利]一种基于银微球整体柱构建微流控芯片的制备方法及应用

说明书

本发明提供一种基于银微球整体柱构建微流控芯片的制备方法及应用，制备方法包括：制备银微球溶液，银微球溶液的银微球表面具有纳米银颗粒和纳米孔结构；制备具有微流控通道的芯片，微流控通道具有用于填充银微球溶液的拉曼检测区域，同时也作为待测样品的富集区和检测区；将银微球溶液注入微流控通道芯片的拉曼检测区域内，经自然沉积得到整体柱，采用银微球替代分子筛作为整体柱的填充物，即得到具有收集和检测功能的一体化检测芯片。本发明制备的芯片实现对环境气体、呼吸气体和农药残留等有机成分的快速定量检测，具有对环境友好，操作简单，成本较低，灵敏度高和高通量的优点，在环境监控、农药残留监控、生物医学等领域有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及材料科学、微纳加工、食品安全、环境和生物医学等领域交叉应用领域，具体地，涉及一种基于银微球整体柱构建微流控芯片的制备方法及应用。

背景技术

食品安全、空气污染和重大疾病早期预防与筛查与现代人们的生活质量和健康密切相关，也是危害生命安全的重大问题。近期大量的研究表明，雾霾中PM2.5的升高是导致肺癌患病率逐年攀升的重要原因之一。大气中含有大量来源于汽车尾气、化工废气、油烟等的含氮有机颗粒物，在强阳光紫外线的照射下会产生一种有刺激性的有机化合物，危害人们的健康。目前，检测这些气体的主要手段是通过化学反应以及激光吸收。但是，化学反应通常速率比较缓慢，而当气体的浓度变低时，气体反应测量的准确度和精度都比较差；激光吸收法是现阶段气体检测比较热门的方法，目前已经可以实现多组分远程遥感进行检测，但是检测过程比较繁琐，而且对于多组分的分析也不够完善，对环境中的复杂气体进行检测时容易被干扰，准确性有待提高。

呼吸气体中挥发性有机化合物(Volatile organic compounds,VOCs)与人体的病变密切相关。例如Kaji Hirosh研究小组利用色谱技术对116位志愿者的呼出气体中甲硫醇和二甲硫醇的含量进行检测，证实了在禁食状态下，二甲醇的含量(4.05±1.06ng/dL)在肝硬化的病人样本中远远高于健康人(1.54±0.09ng/dL)样本。目前FDA已经批准采用测试呼吸气体C¹³-尿素含量来诊断幽门螺旋杆菌感染。

癌症是威胁人们生命安全的重大疾病之一，而肿瘤的早期诊断可以有效地提高癌症5年生存率。检测呼吸气体中VOCs肿瘤标志物是医疗诊断中的一个新兴的前沿研究领域。相关研究证实了体外培养结肠癌细胞、肺癌细胞系(CALU-1)、白细胞等都会产生特异性的VOCs标志物。检测这些特异性的标志物可以实现对癌症的早期筛查，这种方法具有无痛、样品易收集等特点，备受关注。选择VOCs作为肿瘤标志物的生物学原理被认为是基于细胞生物学。肿瘤的发生和发展伴随着基因或蛋白变化，从而导致细胞膜表明物质的过氧化释放VOCs，经体内代谢、血液循环与肺部发生气体交换，进入呼吸系统，因此，收集和检测细胞或呼出气体VOCs的变化，实现对肿瘤的早期筛查并且对于探寻癌症发生和发展具有重要的意义。最早将呼出气分析用于癌症诊断检测的是H.J.O’NeIII研究小组，他们在1985年研究肺癌患者呼气中的VOCs成分。接着，类似的报道见于乳腺癌，头颈癌，胰腺癌，前列腺癌、结直肠癌、肝癌等。然而，受不同环境、地域和饮食习惯等影响，尚未能建立一个针对癌症的VOCs肿瘤标志物统一标准和分析的标准化方法应用于临床研究。

目前针对VOCs分析方法主要有色谱检测法、质谱直接检测法、光谱分析法(红外、荧光、激光和拉曼光谱等技术)等技术，主要依靠大型的实验室仪器来完成。随着纳米科技的发展，发展了以纳米材料的半导体性质、特殊的发光性能以及催化性能基础，构建了电化学气体传感器、比色传感器。电阻气体传感器等，为筛选和开发VOCs气体的痕量检测和器件开发，提供了良好的技术支持。