专利名称：一种检测农药残留的离心式微流控芯片及其制备方法
技术领域：
本发明涉及ー种检测农药残留的离心式微流控芯片及其制备方法，是基于微流控芯片分析技木，该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カ驱动下，在芯片上实现待测样品与各反应试剂的混合、萃取、反应、分离和显色过程，最后用紫外可见光分光光度计定量检测出样品中的农药残留含量，主要应用于卫生监瞀、食品安全、环境检测等相关领域。
背景技术：
有机农药作为ー类高效、广谱的杀虫剂，是防治病虫害，提高农作物质量和产量的重要手段，被广泛应用于农业生产、家庭以及仓储等地杀虫防虫，由于使用者缺乏科学使用农药的知识，片面追求产量，造成土壌、水体、食品都不同程度地存在农药残留问题，导致了许多潜在的�：Γ缁肪澄廴尽⒁┖叭诵笾卸镜�。因此，简便、快速地检测有机农药残留，·对于环境保护、食品安全、人体健康保护和防范、海关检测等相关领域具有非常重要的意义。目前，有机农药残留的检测普遍采用色谱法和酶抑制法。色谱法检测准确、灵敏度高，但是成本高、程序复杂、測定时间长，不适合现场检測。酶抑制法操作简便、速度快、有较高的专ー性、灵敏度和准确性，是目前我国应用最多的快速检测农药残留技木。然而，酶抑制法所需要的酶为胆碱醋酶，可从动植物中提�。蕴崛〉拿傅拇慷群突钚圆还桓撸惺勖傅募鄹癜汗螅拗屏嗣敢种品ㄔ诳焖偌觳馀┮┎辛糁械墓惴河τ谩６遥谏鲜隽街旨觳夥椒ㄖ校贩掷牒图觳馐欠挚懒⒌墓蹋自斐裳匪鹗Ш徒徊嫖廴荆贾录觳饨峁д妫膊皇屎舷殖】焖偌觳猓约胺治鱿低澄⑿突捅憬菔降姆⒄狗较�。因此，发展ー种快速、高效、便捷、低成本、自动化、集样品预处理和检测为一体的检测方法，成为此领域检测技术的研究热点。近年来，微流控芯片作为ー种新型的分析平台，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，在其表面制备微结构和微通道用于分析，依靠离心カ驱动样品微流体，同时完成数个样品检测的离心式微流控芯片分析技木，目前在快速检测农药残留的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ー种检测农药残留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，以离心カ为样品微流体的驱动力，与检测器联机使用，在芯片上同时实现样品预处理与检测。微结构和微通道通过微加工技术制备，包括萃取池，抑制反应池，显色反应池(检测池)，微流体通道，微槽和微孔。离心机的旋转平台专为圆片状离心式微流控芯片设计的，中心以吸盘、卡槽或螺丝-螺母固定圆片状芯片。圆片状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和双层粘性薄膜封合而成。圆片状离心式微流控芯片在离心机旋转产生的离心カ驱动下，实现样品与反应试剂的混合、萃取、反应、分离和显色过程，最后用紫外可见光分光光度计定量检测出样品中的农药残留含量。为实现上述目的，本发明采用以下操作步骤I.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和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括萃取池，抑制反应池，显色反应池(检测池)，微流体流动通道，微槽和微孔；3.将待测样品加入卒取池中；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，组成圆片状离心式微流控芯片；·5.将萃取剂加入萃取池，在抑制反应池加入酶，在显色反应池(检测池)加入底物和显色剂；6.启动离心机，萃取剂和待测样品在离心カ驱动下混合，萃取样品中残留的农药；7.改变离心速度，萃取液通过微阀转移进入抑制反应池，萃取液与酶发生抑制反应；8.抑制反应完成后，再改变离心速度，抑制反应池中溶液通过微阀转移进入显色反应池(检测池)，与底物反应后被显色剂显色；9.样品显色反应完成后，最后用紫外可见光分光光度计进行定量检测。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的检测样品可以是水体、食品，也可
是土壌。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的芯片基材可以是PMMA、PC、PVC、C0C、硅片、玻璃、铜、铝、不锈钢圆片，也可是市售的各类CD光盘。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的芯片可以通过离心机的吸盘、卡槽固定，也可通过螺丝-螺母固定。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片可以是中心有孔芯片，中心孔径10 30mm,也可是无孔芯片。芯片厚度为0. 5 5mm,直径为60 150mm。本发明中，检测农药残留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，也可通过软刻蚀技术制备。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的各层芯片之间用粘性薄膜封合，粘性薄膜可以是カ致双层粘性膜，也可以是普通的双面胶。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的粘性薄膜的微结构和微通道可以通过数控铣刻、激光刻蚀制备，也可通过普通的刻字机制备。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的萃取池与抑制反应池之间，抑制反应池与检测池之间的连接微通道的宽度和深度均为380 u m,置入外径375 u m的石英毛细管作为微阀，用来调控样品微流体在芯片微通道中的流动。石英毛细管的内径可以是25、50,75,100 ii m，也可是150 u m,石英毛细管的内径越小，样品微流体就需更高的离心转速产生更大的离心カ来通过石英毛细管。
本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的不同检测过程采用不同的离心转速，萃取剂与样品混合萃取的离心转速为50 100转/分，萃取溶液通过石英毛细管进入抑制反应池的离心转速为300 600转/分，反应溶液通过石英毛细管进入显色反应池的离心转速为800 2000转/分。本发明中，检测农药残留的离心式微流控芯片的萃取剂为弱碱性磷酸盐缓冲溶液，酶为こ酞胆碱醋酶，底物为こ酸-I-萘酷，显色剂为固兰B盐。本发明提出的检测农药残留的圆片状带微结构和微通道的离心式微流控芯片及其制备方法，是ー种新型的检测农药残留的分析方法，可同时平行检测多个或多组样品，样品与试剂用量�。吩ご砑虻デ腋咝В子爰觳馄髁茫觳馐奔涠蹋哂斜阈�、经济、快速、准确、高效的特点，符合现代分析检测技术和仪器便捷式、微型化、集成化的发展方向，在快速检测农药残留的相关领域具有良好的应用前景。
·图I.检测农药残留的离心式微流控芯片的五层芯片及一组样品分析检测单元的结构示意图。
图i.集成10组样品分析检测单元的检测农药残留的离心式微流控芯片的结构示意图。图ii.检测农药残留的离心式微流控芯片中五层芯片的结构示意图。I)第I层(上层芯片，有进样孔和通气孔)，2)第2层(双层粘性薄膜，粘合用)，3)第3层(中间层主芯片，有微结构和微通道)，4)第4层(双层粘性薄膜，粘合用)，5)第5层(底层芯片，封合用)。图iii. 一组样品分析检测单元的结构示意图。I)萃取池，2)抑制反应池，3)显色池(检测池)，4)石英毛细管，5)石英毛细管，6)通气孔和通气微通道。
具体实施方案实施例I用计算机辅助设计软件设计和绘制检测农药残留的离心式微流控芯片的微结构和微通道图形。通过数控CNC微加工系统分别在三层聚碳酸酯(PC)芯片上制备微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用こ醇擦拭芯片表面残留的指紋、油溃等污溃。在双层カ致粘性薄膜上，用刻字机制备所需的微结构和微通道。将40mg剪碎的蔬菜样品放置于萃取池中，将3层PC芯片和2层粘性薄膜对齐、粘合、加压封合，制成检测农药残留的离心式微流控芯片。向萃取池中加入120 ii L磷酸盐缓冲液(pH = 7. 71)，抑制反应池中加入60 ii Lこ酞胆碱醋酶溶液(40U/mL)，显色反应池(检测池)中加入20 y L等体积混合的显色剂(固兰B盐，0.08% )与底物(こ酸-1-萘酷，0. 1% )0将离心式微流控芯片通过吸盘固定于离心机的旋转平台上，以80rpm离心萃取IOmin后,再以300rpm离心30s,使溶液全部转移进入抑制池(采用内径100 ii m的石英毛细管)，抑制反应IOmin后，以IOOOrpm离心30s，使反应溶液全部转移进入显色池(采用内径50 y m的石英毛细管)，显色反应lOmin。最后，将离心式微流控芯片移至紫外可见光分光光度计的吸收检测系统，在525nm处测定样品的吸光度，检测出样品中农药残留的含量。实施例2用计算机辅助设计软件设计和绘制检测农药残留的离心式微流控芯片的微结构和微通道图形。通过数控CNC微加工系统在三层聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)芯片上制备微结构和微通道，分别用自来水、蒸馏水清洗各层芯片，并用こ醇擦拭芯片表面残留的指纹、油溃等污溃。在双面胶薄膜上，用刻字机加工制备所需的微结构和微通道。称40mg 土壤样品放置于萃取池中，将3层PMMA芯片和2层双面胶薄膜对齐、粘合、加压封合，制成离心式微流控芯片。向萃取池中加入120 u L磷酸盐缓冲液(pH = 7.71),抑制反应池中加入60 ii Lこ酞胆碱醋酶溶液(40U/mL)，显色反应池(检测池)中加入20 y L等体积混合的显色剂(固兰B盐，0. 08%)与底物(こ酸-1-萘酷，0. I %)。将离心式微流控芯片通过卡槽固定于离心机旋转平台上，以80rpm离心萃取IOmin后，以600rpm再离心30s,使萃取溶液全部转移进入抑制池(米用内径100 u m的石英毛细管),抑制反应IOmin后,再以1500rpm离心30s,使反应溶液全部转移进入显色池(采用内径50 y m的石英毛细管)，显色反应IOmin。最后，将离心式微流控芯片移至紫外可见光分光光度计的吸收检测系统，在525nm处测定样品的·吸光度，检测出样品中农药残留的含量。
权利要求
1.一种检测农药残留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，以离心力为样品微流体驱动力，与检测器联机使用，在芯片上同时实现样品预处理与检测。微结构和微通道通过微加工技术制备，包括萃取池，抑制反应池，显色反应池(检测池)，微流体通道，微槽和微孔。离心机的旋转平台专为圆片状离心式微流控芯片设计的，中心以吸盘、卡槽或螺丝-螺母固定圆片状芯片。圆片状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和双层粘性薄膜封合而成。圆片状离心式微流控芯片在离心机旋转产生的离心力驱动下，实现样品与反应试剂的混合、萃取、反应、分离和显色过程，最后用紫外可见光分光光度计定量检测出样品中的农药残留含量。
2.按权利要求I所述的离心式微流控农药残留检测芯片，其特征在于，其制作步骤如下 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和粘性薄膜上加工所需的微结构和微通道，包括萃取池，抑制反应池，显色反应池(检测池)，微流体流动通道，微槽和微孔； 3)将待测样品加入卒取池中； 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，组成圆片状离心式微流控芯片； 5)将萃取剂加入萃取池，在抑制反应池加入酶，在显色反应池(检测池)加入底物和显色剂； 6)启动离心机，萃取剂和待测样品在离心力驱动下混合，萃取样品中残留的农药； 7)改变离心速度，萃取液通过微阀转移进入抑制反应池，萃取液与酶发生抑制反应； 8)抑制反应完成后，再改变离心速度，抑制反应池中溶液通过微阀转移进入显色反应池(检测池)，与底物反应后被显色剂显色； 9)样品显色反应完成后，最后用紫外可见光分光光度计进行定量检测。
3.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片的核心功能器件是圆片状离心式微流控芯片，以离心力为样品微流体的驱动力，微流控芯片基材来源广泛，可以批量生产、清洗简单、多次利用、灵活设计与组装。
4.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片上的微结构和微通道的尺寸是微米级别，通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀、软刻蚀技术的微加工方法在芯片基材表面制备。
5.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片由多层芯片叠加而成，构成三维立体的微结构和微通道网络，在芯片上直接完成样品预处理和分析检测。
6.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片可以在一块芯片上制作多组微结构和微通道，构成多组样品分析检测单元，提高单位时间的平行检测能力。
7.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片直接采用微量样品，无需进样前处理，在芯片上集成式完成分析检测的整个过程。
8.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片将不同内径的石英毛细管预埋入微通道中构成微阀，通过控制石英毛细管的内径来调控样品微流体的流动状态。
9.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片无需外置驱动泵和阀来控制样品微流体的流动状态，通过改变离心机的转速来控制产生的离心力，在离心力驱动下，使萃取液由萃取池转移至抑制反应池进行反应，反应抑制反应池内液体进入显色反应池与显色剂发生显色反应。
10.按权利要求I或2所述的检测农药残留的离心式微流控芯片及制备方法，其特征在于，这种农药残留检测芯片设备简单、便于携带、直接采样、无需进样前处理、样品和试剂用量小、平行分析检测能力高、易与检测器连接、样品预处理和检测过程在同一芯片上完成、样品无需转移、样品交叉污染几率�。芎玫芈阄⑷治鱿低撤⒄沟男枰诳焖偌觳馀┮┎辛舻南喙亓煊蚓哂蟹浅９惴旱挠τ们熬�。
全文摘要
本发明涉及一种检测农药残留的离心式微流控芯片及其制备方法。该检测农药残留的离心式微流控芯片是带微结构和微通道的圆片状芯片，由多层芯片组成，在离心机旋转产生的离心力驱动下，实现待测样品与反应试剂的混合、萃取、反应、分离和显色过程，最后用紫外可见光分光光度计定量检测出样品中农药残留的含量。这种检测农药残留的离心式微流控芯片可以直接采样，无需样品预处理，样品与试剂用量少，同时平行处理和检测多个样品，实现了农药残留检测的集成化、微型化、自动化，具有经济、快速、便携的特点，为水体、食品、土壤中农药残留的快速检测提供了一种全新的分析技术。
文档编号G01N21/33GK102784671SQ20121028544
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者沙俊, 王晓东, 聂富强 申请人:苏州汶颢芯片科技有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
