[发明专利]一种检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测水体中多环芳烃的微流控芯片及其制备方法，该芯片是圆片状离心式微流控芯片，通过微加工技术在表面制备微结构和微通道，在离心机旋转产生的离心力驱动下，实现待测样品与萃取剂的混合、萃取、分离和过滤过程，用红外光谱仪定量或定性检测出芯片上样品中多环芳烃的含量，主要应用于环境保护和水质检测等相关领域。

背景技术

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbon)是分子中含有两个以上苯环的碳氢化合物，包括萘、蒽、菲、芘等150余种化合物，它存在于原油，木馏油，焦油，染料，塑料，橡胶，润滑油，防锈油，脱膜剂，汽油阻凝剂，电容电解液，矿物油，柏油等石化产品中，还存在于农药，木炭，杀菌剂，蚊香等日常化学产品中。人们长期处于多环芳烃污染的环境中，可引起急性或慢性伤害。而多环芳烃对动物的致癌作用也早已被试验所证实。因此，对多环芳烃的快速检测在环境科学、食品安全科学方面具有十分重要的意义。

多环芳烃常规的标准方法由设计采样、运输、储存、最后萃取处理和GC/MS定量分析组成，此类方法存在样品用量大，样品前处理复杂，成本较高的缺点，需要花费大量时间和成本。而且样品分离过程和检测是分开独立进行的，易引起样品损失和污染。由以上原因，建立一种小型集成装置，快速、便携、精确的多环芳烃检测装置是非常必要的。

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，已经在环境检测相关领域获得了广泛的应用。然而，采用圆片状芯片，利用微加工技术在其表面制备微结构和微通道用于分析，依靠离心力驱动样品微流体，同时完成多个样品检测的离心式微流控芯片分析技术，目前在多环芳烃的快速检测相关应用领域尚未有实质性的突破。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片及其制备方法，其特征在于该芯片是圆片状带微结构和微通道的离心式微流控芯片，由多层刻有微米级别的微结构和微通道的芯片、双层粘性薄膜封合而成，以离心力作为样品微流体的驱动力，完成样品与萃取剂的混合、萃取、分离和过滤过程过程，以红外光谱仪为检测装置，定量或定性地检测出芯片上样品中多环芳烃的含量。微结构和微通道通过微加工技术制备，包括萃取池、过滤池、检测池、微阀、微通道、微槽和微孔。离心机的旋转平台专为圆片状样品设计的，中心以吸盘、卡槽或螺丝-螺母固定圆片状离心式微流控芯片。

为实现上述目的，本发明采用以下操作步骤：

1.用计算机辅助设计软件设计和绘制离心式微流控芯片中各层芯片的微结构和微通道图形；

2.通过微加工技术在各层微流控芯片基材表面加工制备所需的微结构和微通道，包括萃取池、过滤池、检测池、微阀、微通道、微槽和微孔；

3.将待测样品放入萃取池；

4.利用双层粘性薄膜，将各层离心式微流控芯片进行对齐、粘合、加压封合，组成离心式微流控芯片；

5.芯片封合后，在萃取池内加入萃取剂；

6.启动离心机，待测样品和萃取剂在离心力作用下混合、萃取和分离；

7.改变离心速度，萃取液通过微阀转移进入过滤池，在此池中进行固液分离；

8.再次改变离心速度，经过滤后的澄清萃取液通过微阀转移进入检测池；

9.样品处理好后，在红外光谱仪上检测萃取溶液，获得多环芳烃的含量。

本发明中，检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、COC，也可是市售的各类CD光盘。

本发明中，检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片的微结构和微通道可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀制备，也可用软刻蚀技术制备。

本发明中，检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片的各层芯片之间用双层粘性薄膜封合，双层粘性薄膜可以是力致双层粘性薄膜，也可是普通双面胶薄膜。

本发明中，检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片的萃取池与过滤池之间连接微通道的宽度和深度均为380μm，置入外径375μm的石英毛细管作为微阀，石英毛细管的内径可以是100μm、150μm。

本发明中，检测水体中多环芳烃的离心式微流控芯片的过滤池与检测池之间连接微通道的宽度和深度均为380μm，置入外径375μm的石英毛细管作为微阀，石英毛细管的内径可以是25、50、75、100μm。