[发明专利]基于智能凝胶的Pb2+微流控检测芯片及水样中Pb2+的检测方法

说明书

技术领域

本发明属于基于Pb²⁺的微流控检测领域，特别涉及基于智能凝胶的Pb²⁺微流控检测芯片及水样中Pb²⁺的检测方法。

背景技术

许多生物、化学离子或分子，即使它们的浓度很低，对人体、环境也有着非常重要的影响和作用。例如，微量的铅离子会对人体的神经系统、造血系统产生巨大的危害，对儿童的智力及生长发育会造成不可逆的严重危害。GB25466—2010中规定，饮用水中铅离子的含量不得高于4.83×10^-8mol/L，工业废水中铅离子的浓度不得高于2.42×10^-6mol/L，因此，准确地检测出饮用水、工业废水等水样中超低浓度的铅离子，对于人体健康和环境保护都具有非常重要的意义。

由于微流控技术具有微型化、集成化、高效、快速、极微的试剂消耗量等优点，可用于生化分析、疾病检测等领域，近年来受到人们越来越多的关注。Liu,K.等将聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6凝胶固定在微米尺度的硅基底微悬臂梁上形成凝胶层，当所述凝胶响应铅离子后会发生体积溶胀，由于微悬臂梁的凝胶层与硅基底的弯曲形变强度不同，凝胶的溶胀会导致硅基底局部应力不均，从而引起微悬臂梁的弯曲。利用激光束照射微悬臂梁，当微悬臂梁发生弯曲时引起致激光光路的偏转，检测激光光路偏转的大小可定量反映铅离子浓度。该方法须借助原子力显微镜才能实现铅离子的检测，可检测浓度为10^-7mol/L的铅离子(Liu,K.&Ji,H.F.Detection of Pb²⁺Using a Hydrogel Swelling Microcantilever Sensor.Anal.Sci.20,9-11(2004).)。该方法以价格非常昂贵的原子力显微镜作为检测设备，检测成本十分高昂，且原子力显微镜需要专业技术人员进行操作，因而难以推广应用。该方法在每次测定前都必须将采集的样品注入检测池中，并且在整个检测过程中都必须保持液面稳定，不能连续进样，因而难以实现对水样中铅离子的实时在线检测和监控。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于智能凝胶的Pb²⁺微流控检测芯片以及水样中Pb²⁺的检测方法，以降低对水样中Pb²⁺的检测成本，降低Pb²⁺的检测限，实现对水样中Pb²⁺的在线检测。

本发明提供的基于智能凝胶的Pb²⁺微流控检测芯片，包括基板、凝胶片、检测毛细管、支撑毛细管、进样头、出样头和支撑杆，

所述检测毛细管为玻璃圆管，所述凝胶片的材料为聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6，凝胶片垂直于检测毛细管的轴线设置在检测毛细管中，当温度低于聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6的体积相转变温度时，凝胶片将检测毛细管的内孔分隔为两个区间；当温度高于聚N-异丙基丙烯酰胺-共聚-苯并-18-冠6微凝胶的体积相转变温度时，凝胶片收缩，在检测毛细管中形成过流通道，此时当含Pb²⁺的水样流经检测毛细管的内孔时，凝胶片会选择性地络合Pb²⁺并发生体积溶胀，造成检测毛细管的过流通道减小；所述支撑毛细管为圆管且内径小于检测毛细管的内径，所述支撑杆为圆杆，支撑杆的外径与支撑毛细管的内径匹配；

所述检测毛细管固定在基板上，所述进样头、出样头分别固定在检测毛细管两端的基板上并与检测毛细管连通，所述支撑毛细管位于出样头一侧且与检测毛细管同轴线固定在基板上，所述支撑杆穿过支撑毛细管的内孔插入检测毛细管中，它的一端与凝胶片接触，另一端固定在基板上。

上述检测芯片中，所述凝胶片的厚度为50～200μm。

上述检测芯片中，所述检测毛细管的内径为100～500μm。

上述检测芯片中，所述支撑毛细管的内径为检测毛细管内径的0.5～0.7倍。

上述检测芯片中，检测毛细管中凝胶片的设置方法为：