一種用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片及其制作方法，該紙芯片除一個流通通道外其余各流通通道上均勻覆蓋有不同長度的聚二甲基硅氧烷，其制作方法簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，只需利用一個簡單的刻字機(jī)，即可實現(xiàn)紙芯片的切割和聚二甲基硅氧烷的精準(zhǔn)刻畫。本發(fā)明紙芯片通過控制聚二甲基硅氧烷的覆蓋量，實現(xiàn)了紙芯片上樣品遷移速度的精確可控，從而可以在相同通道長度的前提下實現(xiàn)樣品遷移速率的時間分辨，實現(xiàn)不同物質(zhì)同時測定的化學(xué)發(fā)光檢測，且所用聚二甲基硅氧烷不影響反應(yīng)的化學(xué)發(fā)光信號，遷移時間的重現(xiàn)性較好、精密度較高。
【專利說明】
一種用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于化學(xué)發(fā)光紙芯片制作技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在紙芯片上添加可精確 控制其位置和量的延遲試劑的方式，利用一臺簡易切割機(jī)實現(xiàn)上述方式的紙芯片的制作， 從而可以達(dá)到紙上的化學(xué)發(fā)光時間分辨檢測的目的。
【背景技術(shù)】
[0002] 2007年哈佛大學(xué)的Whitesides課題組首次提出了"基于紙張的微流控裝置"（或 "紙芯片實驗室"）的概念，紙芯片實驗室作為一個新興的研究領(lǐng)域，在近幾年得到了飛速的 發(fā)展，給醫(yī)療診斷、環(huán)境監(jiān)測和食品安全監(jiān)測提供了一種新穎的研究手段。紙芯片實驗室就 是把紙作為反應(yīng)載體，在紙表面構(gòu)建相應(yīng)的親水和疏水區(qū)域，樣品及反應(yīng)溶液通過紙的毛 細(xì)作用力來驅(qū)動，實現(xiàn)將進(jìn)樣、反應(yīng)以及檢測等一系列操作都集成到紙芯片的新方法。
[0003] 目前紙芯片的制作方法包括物理改性的制作方法（如光刻法、繪圖法和激光處理 法、噴墨蝕刻法、蠟打印法、絲網(wǎng)印刷和柔印技術(shù)）、化學(xué)改性方法(如等離子體處理法和噴 墨印刷法）以及切割法，前兩種方法主要就是通過物理或化學(xué)的方法得到紙表面的親水和 疏水通道，第三種方法可直接得到需要的親水通道。
[0004] 在紙芯片的檢測方法中，比色法是其最常見的方法，通過紙芯片上顏色的改變來 測定樣品的含量，但該方法檢測的靈敏度低，不利于低含量樣品的測定。近年來，電化學(xué)、熒 光、化學(xué)發(fā)光、電化學(xué)發(fā)光的方法也成為紙芯片上的主要檢測方法，尤其是化學(xué)發(fā)光的檢測 方法，因其無需光源、儀器簡單、靈敏度高、線性范圍寬等特點而受到了青睞，并發(fā)展成為紙 芯片上的主要檢測方法。
[0005] 研究發(fā)現(xiàn)，在紙芯片化學(xué)發(fā)光檢測中，如果檢測儀器無法實現(xiàn)時間分辨，而要實現(xiàn) 幾種物質(zhì)的同時檢測，則只能通過芯片的設(shè)計使化學(xué)發(fā)光試劑通過時間分辨到達(dá)檢測區(qū) 域，進(jìn)行靈敏檢測。而在芯片的設(shè)計中，最常用的辦法是設(shè)計通道長度不同的紙芯片來實現(xiàn) 芯片的制作，但是這樣的制作方法也存在問題。由于試劑在紙芯片中迀移時是無需外加驅(qū) 動的，完全靠紙的毛細(xì)作用力來實現(xiàn)迀移，因此當(dāng)芯片由于實驗需要相當(dāng)長的通道時，就會 出現(xiàn)溶液迀移到一定長度而無法前進(jìn)的情況，無論如何增大試劑的量，都無法改變因長度 過長而使溶液無法迀移的現(xiàn)象。另外，利用長度不同的通道進(jìn)行測定時，迀移時間的重現(xiàn)性 和精密度也不是很好，而迀移時間和精密度是后面化學(xué)發(fā)光測定的保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種通過延遲試劑實現(xiàn)相同長度流通通道 上化學(xué)發(fā)光時間分辨檢測的紙芯片，以及該紙芯片的制作方法。
[0007] 解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:該紙芯片除一個流通通道外其余各流通 通道上均勻覆蓋有不同長度的聚二甲基硅氧烷(PDMS)，且每平方毫米流通通道上PDMS的覆 蓋量為8 X 10-6~1.2 X l(T4g，其中所述流通通道的長度相同。
[0008] 本發(fā)明優(yōu)選不同流通通道上覆蓋PDMS的長度依次相差2~3mm。
[0009] 本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選紙芯片的流通通道的長度為16~24mm，流通通道的寬為2~ 4mm 〇
[0010] 上述用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片的制作方法為:首先利用畫圖軟件設(shè)計出紙 芯片模型，利用日圖刻字機(jī)的切割刀按照紙芯片模型在紙上切割出紙芯片，然后將切割刀 換成水性繪圖筆，并將筆筒內(nèi)墨水用roMS與二氯甲烷的體積比為1:25~50的混合液替換， 根據(jù)紙芯片上PDMS的覆蓋部位，用水性繪圖筆在紙芯片的流通通道上連續(xù)刻畫PDMS與二氯 甲烷的混合液，待二氯甲烷完全揮發(fā)，得到用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。
[0011 ]上述制作方法中優(yōu)選PDMS與二氯甲烷的體積比為1:30。
[0012] 上述的紙優(yōu)選Whatman 1號濾紙或Whatman 3號濾紙。
[0013]本發(fā)明的有益效果如下：
[0014] 1、本發(fā)明的紙芯片以PDMS為延遲試劑，通過在相同長度流通通道的紙芯片上覆蓋 不同長度的PDMS，使得檢測溶液到達(dá)檢測區(qū)域的時間不同，達(dá)到延遲效果，實現(xiàn)了化學(xué)發(fā)光 的時間分辨檢測，克服了由于在不同長度的紙芯片中進(jìn)行化學(xué)發(fā)光時間分辨測定時，存在 重現(xiàn)性不好及通道長度太長無法實現(xiàn)樣品在通道內(nèi)的有效迀移的缺點，且該延遲試劑不對 儀器造成腐蝕，不影響反應(yīng)的化學(xué)發(fā)光信號，迀移時間的重現(xiàn)性較好和精密度較高。
[0015] 2、本發(fā)明通過利用一個簡單的刻字機(jī)，不但實現(xiàn)了紙芯片的切割，而且由于PDMS 和二氯甲烷復(fù)配后具有較好流動性，直接利用刻字機(jī)的水性繪圖筆即可將PDMS精準(zhǔn)的刻畫 在流通通道內(nèi)的相應(yīng)位置處，實現(xiàn)化學(xué)發(fā)光測定時的時間分辨可控。
[0016] 3、本發(fā)明制作紙芯片的方法簡單、成本低廉、綠色環(huán)保，所得紙芯片可以實現(xiàn)多通 道陣列的測定，適合于在紙芯片上實現(xiàn)不同物質(zhì)的測定。
【附圖說明】
[0017] 圖1是實施例1的紙芯片利用熒光素實現(xiàn)延遲的實際效果圖。
[0018] 圖2是實施例3的紙芯片利用熒光素實現(xiàn)延遲的實際效果圖。
[0019] 圖3是利用實施例1的紙芯片檢測辣根過氧化酶的化學(xué)發(fā)光信號圖。
[0020] 圖4是利用實施例2的紙芯片檢測辣根過氧化酶的化學(xué)發(fā)光信號圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不僅限于 這些實施例。
[0022] 實施例1
[0023]首先利用CorelDraw X6畫圖軟件設(shè)計出紙芯片模型，該紙芯片模型具有兩個直徑 為6_的檢測區(qū)域，一個直徑為6_的進(jìn)樣區(qū)域，各個區(qū)域之間經(jīng)流通通道連接，流通通道寬 為3mm、長為16mm;然后利用日圖CE5000-40-CRP刻字機(jī)的切割刀按照上述紙芯片模型在 Whatman 1號濾紙上切割出紙芯片，然后將切割刀換成水性纖維筆，并將筆筒內(nèi)的墨水用 PDMS與二氯甲烷的體積比為1:30的混合液替換，設(shè)置刻畫的起點，用水性繪圖筆在紙芯片 的一個流通通道上沿垂直于通道的方向連續(xù)刻畫3道PDMS與二氯甲烷的混合液，待二氯甲 烷完全揮發(fā)，形成6mm長的延遲通道，流通通道上PDMS的覆蓋量為5 X l(T5g/mm2，即得用于化 學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。
[0024]在本實施例得到紙芯片的進(jìn)樣區(qū)域滴加熒光素溶液（用O.lmol/L的NaOH水溶液配 制而成），記錄不同時間時，熒光素在各通道上的滲透速度，結(jié)果見圖1。由圖可見，覆蓋PDMS 的流通通道具有明顯的延遲效應(yīng)。
[0025] 實施例2
[0026]首先利用CorelDraw X6畫圖軟件設(shè)計出紙芯片模型，該紙芯片模型具有三個直徑 為6_的檢測區(qū)域，一個直徑為6_的進(jìn)樣區(qū)域，各個區(qū)域之間經(jīng)流通通道連接，流通通道寬 為3mm、長為16mm;然后利用日圖CE5000-40-CRP刻字機(jī)的切割刀按照上述紙芯片模型在 Whatman 1號濾紙上切割出紙芯片，然后將切割刀換成水性纖維筆，并將筆筒內(nèi)的墨水用 PDMS與二氯甲烷的體積比為1:30的混合液替換，設(shè)置刻畫的起點，用水性繪圖筆在紙芯片 的兩個流通通道上沿垂直于通道的方向分別連續(xù)刻畫1道和2道PDMS與二氯甲烷的混合液， 待二氯甲烷完全揮發(fā)，一個流通通道形成2mm長的延遲通道，一個流通通道形成4mm長的延 遲通道，流通通道上PDMS的覆蓋量為5Xl(T 5g/mm2,即得用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。 [0027] 實施例3
[0028]首先利用CorelDraw X6畫圖軟件設(shè)計出紙芯片模型，該紙芯片模型具有四個直徑 為6_的檢測區(qū)域，一個直徑為6_的進(jìn)樣區(qū)域，各個區(qū)域之間經(jīng)流通通道連接，流通通道寬 為3mm、長為16mm;然后利用日圖CE5000-40-CRP刻字機(jī)的切割刀按照上述紙芯片模型在 Whatman 1號濾紙上切割出紙芯片，然后將切割刀換成水性纖維筆，并將筆筒內(nèi)的墨水用 PDMS與二氯甲烷的體積比為1:30的混合液替換，設(shè)置刻畫的起點，用水性繪圖筆在紙芯片 的三個流通通道上沿垂直于通道的方向分別連續(xù)刻畫1道、2道、3道PDMS與二氯甲烷的混合 液，待二氯甲烷完全揮發(fā)，依次形成2mm、4mm、6mm長的延遲通道，流通通道上PDMS的覆蓋量 為5 X l(T5g/mm2，即得用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。
[0029]在本實施例得到紙芯片的進(jìn)樣區(qū)域滴加熒光素溶液（用0.1m〇l/L的NaOH水溶液配 制而成），記錄不同時間時，熒光素在各通道上的滲透速度，結(jié)果見圖2。由圖可見，熒光素到 達(dá)各個檢測區(qū)域的時間明顯不同，即覆蓋TOMS的流通通道具有明顯的延遲效應(yīng)，說明通過 控制PDMS的覆蓋量，可實現(xiàn)化學(xué)發(fā)光的時間分辨檢測。
[0030] 另外，發(fā)明人將本實施例得到的紙芯片與具有不同長度流通通道的紙芯片進(jìn)行重 現(xiàn)性對照，結(jié)果見表1。
[0031] 表1不同紙芯片的重現(xiàn)性對照
[0032]
[0033] 由表1可見，利用長度不同的通道進(jìn)行測定時，迀移時間的重現(xiàn)性和精密度沒有通 道中覆蓋延遲試劑PDMS好，而迀移時間和精密度是后面化學(xué)發(fā)光測定的保障。鑒于該延遲 試劑的優(yōu)越性，本發(fā)明的紙芯片可應(yīng)用于化學(xué)發(fā)光的時間分辨檢測中。
[0034] 實施例4
[0035]首先利用CorelDraw X6畫圖軟件設(shè)計出紙芯片模型，該紙芯片模型具有六個直徑 為6_的檢測區(qū)域，一個直徑為6_的進(jìn)樣區(qū)域，各個區(qū)域之間經(jīng)流通通道連接，流通通道寬 為4mm、長為16mm;然后利用日圖CE5000-40-CRP刻字機(jī)的切割刀按照上述紙芯片模型在 Whatman 1號濾紙上切割出紙芯片，然后將切割刀換成水性纖維筆，并將筆筒內(nèi)的墨水用 PDMS與二氯甲烷的體積比為1:25的混合液替換，設(shè)置刻畫的起點，用水性繪圖筆在紙芯片 的五個流通通道上沿垂直于通道的方向分別連續(xù)刻畫1道、2道、3道、4道、5道PDMS與二氯甲 燒的混合液，待二氯甲燒完全揮發(fā)，依次形成2mm、4mm、6mm、8mm、10mm長的延遲通道，流通通 道上PDMS的覆蓋量為1.2 X 10_4g/mm2，即得用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。
[0036] 實施例5
[0037]首先利用CorelDraw X6畫圖軟件設(shè)計出紙芯片模型，該紙芯片模型具有六個直徑 為6_的檢測區(qū)域，一個直徑為6_的進(jìn)樣區(qū)域，各個區(qū)域之間經(jīng)流通通道連接，流通通道寬 為2mm、長為16mm;然后利用日圖CE5000-40-CRP刻字機(jī)的切割刀按照上述紙芯片模型在 Whatman 1號濾紙上切割出紙芯片，然后將切割刀換成水性纖維筆，并將筆筒內(nèi)的墨水用 PDMS與二氯甲烷的體積比為1:50的混合液替換，設(shè)置刻畫的起點，用水性繪圖筆在紙芯片 的五個流通通道上沿垂直于通道的方向分別連續(xù)刻畫1道、2道、3道、4道、5道PDMS與二氯甲 燒的混合液，待二氯甲燒完全揮發(fā)，依次形成3mm、6mm、9mm、12mm、15mm長的延遲通道，流通 通道上PDMS的覆蓋量為8Xl(T 6g/mm2,即得用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。
[0038]為了證明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人采用實施例1和2的紙芯片，利用化學(xué)發(fā)光檢 測不同濃度的辣根過氧化物酶(HRP)，具體方法如下：
[0039]在實施例1得到的紙芯片的檢測區(qū)域內(nèi)分別滴加2yL濃度為0.01mg/mL和0.02mg/ mL的HRP水溶液(注意滴加的量要剛好充滿整個檢測區(qū)域而不外泄），并在進(jìn)樣區(qū)域內(nèi)滴加 30yL 0 · 01mol/L魯米諾溶液（用0 · lmol/L的NaOH水溶液配制而成）與0 · 01mol/L過氧化氫水 溶液、pH為10的NaOH水溶液的體積比為1:1:3的混合液，利用毛細(xì)作用力使溶液向檢測區(qū)域 迀移，由于有PDMS的延遲作用，每個流通通道內(nèi)溶液的迀移速度不相等，分別測定出充滿各 個流通通道的時間依次為26s、42s。通過高靈敏的光電倍增管進(jìn)行檢測，在化學(xué)發(fā)光記錄儀 上，可依次檢測到不同檢測區(qū)的發(fā)光信號，具體如圖3所示。
[0040] 在實施例2得到的紙芯片的檢測區(qū)域內(nèi)分別滴加2yL濃度為0.008mg/mL0.025mg/ mL和0.03mg/mL的HRP水溶液HRP，按照上述方法進(jìn)行檢測，結(jié)果見圖4。
[0041] 由圖3和4可見，本發(fā)明的紙芯片可實現(xiàn)對化學(xué)發(fā)光的時間分辨檢測。
[0042] 綜合上述實驗結(jié)果可見，延遲試劑PDMS不影響化學(xué)發(fā)光信號，既保證了延遲的效 果，又能使溶液順利到達(dá)檢測區(qū)，產(chǎn)生化學(xué)發(fā)光信號。因此，本發(fā)明的紙芯片可實現(xiàn)多通道 上利用化學(xué)發(fā)光時間分辨檢測不同物質(zhì)的目的。
【主權(quán)項】
1. 一種用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片，其特征在于：該紙芯片除一個流通通道外其 余各流通通道上均勻覆蓋有不同長度的聚二甲基硅氧烷，且每平方毫米流通通道上聚二甲 基硅氧烷的覆蓋量為8 X HT6~1.2 X l(T4g，其中所述流通通道的長度相同。2. 權(quán)利要求1所述的用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片，其特征在于:所述的流通通道上 覆蓋的聚二甲基硅氧烷的長度依次相差2~3_。3. 權(quán)利要求1或2所述的用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片，其特征在于：該紙芯片的流 通通道的長度為16~24mm，流通通道的寬為2~4_。4. 權(quán)利要求1所述的用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片的制作方法，其特征在于:首先利 用畫圖軟件設(shè)計出紙芯片模型，利用日圖刻字機(jī)的切割刀按照紙芯片模型在紙上切割出紙 芯片，然后將切割刀換成水性繪圖筆，并將筆筒內(nèi)墨水用聚二甲基硅氧烷與二氯甲烷的體 積比為1:25~50的混合液替換，根據(jù)紙芯片上聚二甲基硅氧烷的覆蓋部位，用水性繪圖筆 在紙芯片的流通通道上連續(xù)刻畫聚二甲基硅氧烷與二氯甲烷的混合液，待二氯甲烷完全揮 發(fā)，得到用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片的制作方法，其特征在于:所 述的聚二甲基硅氧烷與二氯甲烷的體積比為1:30。6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的用于化學(xué)發(fā)光時間分辨的紙芯片的制作方法，其特征在 于:所述的紙為Whatman 1號濾紙或Whatman 3號濾紙。
【文檔編號】G01N21/76GK105944773SQ201610264245
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月26日
【發(fā)明人】劉偉, 褚偉茹, 趙鹛, 陳瑩
【申請人】陜西師范大學(xué)