[发明专利]一种基于光流控技术的总磷消解及实时在线检测的集成芯片

说明书

本发明公开了一种基于光流控技术的总磷消解及实时在线检测的集成芯片，该集成芯片包括：微流体芯片，以及在微流体芯片上的快速消解沟道、显色混合沟道以及Z型光纤流动池；所述快速消解沟道通过空芯光子晶体光纤盘绕而成；所述快速消解沟道下方设有加热器；所述快速消解沟道与显色混合沟道连接，所述显色混合沟道与光纤流动池连接。本发明的基于光流控技术的总磷快速预处理及实时检测的集成芯片具有高效、易于制备、在线快速监测等突出优势。

技术领域

本发明涉及光流控芯片技术，尤其涉及一种基于光流控技术的总磷消解及实时在线检测的集成芯片。

背景技术

微流控芯片是在微米，甚至在纳米尺度上操作液体的新兴研究技术。通常，微流控芯片中集成了各种功能的微流道，这些流道各自形成不同的功能单位区域，形成一个分工明确的小型实验室。光纤传感器由于具有耐腐蚀、抗电磁干扰、精度高、结构紧凑等突出优点，已经在生物医学测量和环境保护方面得到极大的研究。基于比尔朗博定律的光纤吸光度检测，与微尺度沟道结合起来，能够实现检测，具有高精度和灵敏性。其中，其在水质监测和检测中的应用引起了广泛的关注，包括重金属离子，微生物，无机盐等的检测。近年来，在线检测磷已经引起了人们的注意，研究人员试图使用光流体技术取得突破。

童建华(Tong,J.；Dong,T.；Bian,C.；Wang,M.；Wang,F.；Bai,Y.；Xia,S.Anintegrated photocatalytic microfluidic platform enabling total phosphorus digestion.J.Micromech.Microeng.2015,25,025006)等在2015年设计了一种用于磷消化的光催化微反应器。将TiO₂薄膜固定在用紫外线照射的微型反应器中，以光催化消解磷样品。但是，对于非流动系统，需要先从芯片中提取消化后的磷样品，然后使用紫外可见光谱仪对其进行测量，其中磷样品易受环境和复杂操作的影响，因此存在许多测量误差。而且，光催化微反应器的消化效率低。此后，朱娇梦(Zhu,J.M.；Shi,Y.；Zhu,X.Q.；Yang,Y.；Jiang,F.H.；Sun,C.J.；Zhao,W.H.；Han,X.T.Optofluidic marine phosphate detection withenhanced absorption using a Fabry-Pérot resonator.Lab Chip 2017,17,4025–4030)等人在2017年设计了集成光纤Fabry-Pérot谐振器的光流体系统，用于磷酸盐检测。它可以快速进行正磷酸盐的显色反应，并将检测时间减少到10秒以内，微腔的设计可以提高检测的准确性。然而，除了正磷酸盐以外，自然界中的大多数磷都不能直接发生显色反应，通常需要进行预处理。基于以上认识，设计集成一体化的磷预处理和监控的光流体系统是目前研究者所关注的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于光流控技术的总磷消解及实时在线检测的集成芯片。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于光流控技术的总磷消解及实时在线检测的集成芯片，包括：微流体芯片，以及在微流体芯片上的快速消解沟道、显色混合沟道以及Z型光纤流动池；

所述快速消解沟道通过空芯光子晶体光纤盘绕而成；所述快速消解沟道下方设有加热器；

所述快速消解沟道与显色混合沟道连接，所述显色混合沟道与光纤流动池连接。

按上述方案，所述显色混合沟道为折形设计沟道，所述显色沟道由四组微混合器沟道单元组成。

按上述方案，所述微流体芯片的主体由PDMS和玻璃基底键合。

按上述方案，所述显色混合沟道中沟道的高度为150μm。

按上述方案，所述Z型光纤流动池包括PDMS微腔和与微腔两端连接有两根端口带有光纤准直器的多模光纤。