一種用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置制造方法
【專利摘要】一種用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置。該圓盤微流控芯片由聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片和含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱構(gòu)成，包含多個(gè)固相萃取單元。電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)樣品架上的圓盤離心芯片旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生離心力，驅(qū)動(dòng)溶液流動(dòng)，完成整個(gè)固相微萃取過(guò)程。在酸性條件下，Cr(VI)會(huì)被毛細(xì)管整體柱選擇性地萃取，而不保留的Cr(III)直接被收集；然后利用稀氨水將保留在整體柱上的Cr(VI)洗脫并收集，分別分析兩個(gè)收集到的組分，從而得出樣品溶液中Cr(III)和Cr(VI)的含量。與其他用于鉻形態(tài)分析的固相萃取方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于裝置簡(jiǎn)單、具有便攜性；可同時(shí)處理多個(gè)樣品、節(jié)約時(shí)間。
【專利說(shuō)明】—種用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鉻形態(tài)快速分離，具體地說(shuō)，是一種用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鉻是一種廣泛存在的痕量元素，鉻的污染主要來(lái)源于劣質(zhì)化妝品原料、皮革制劑、金屬部件鍍鉻部分，工業(yè)顏料以及鞣革、橡膠和陶瓷原料等等。研究表明鉻的毒理學(xué)行為與其存在形態(tài)密切相關(guān)。在環(huán)境水體中，鉻的存在形態(tài)主要有兩種=Cr(III)和Cr (VI)。其中Cr(III)被認(rèn)為是人體的一種必須元素,可視為無(wú)毒或者低毒；而Cr(VI)被認(rèn)為是具有高的致癌性，很容易被人體吸收，可通過(guò)消化、呼吸道、皮膚及粘膜侵入人體。中國(guó)生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB5749-85)中限定了六價(jià)鉻的標(biāo)準(zhǔn)為0.05mg/L。因此開(kāi)展鉻的形態(tài)分析工作具有重要的意義。
[0003]Cr(III)和Cr(VI)在自然界中存在并不穩(wěn)定，在氧化性基質(zhì)或者還原性基質(zhì)中兩者經(jīng)常會(huì)發(fā)生相互轉(zhuǎn)換，如果樣品得不到及時(shí)分析，那么測(cè)定得到的結(jié)果的可信度將會(huì)降低。目前用于鉻形態(tài)分析的固相萃取方法，對(duì)于一個(gè)樣品通常都需要較長(zhǎng)的前處理時(shí)間，大大降低了工作效率，同時(shí)也增加了鉻形態(tài)在樣品存儲(chǔ)、運(yùn)輸、前處理等過(guò)程中轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)。因此發(fā)展一種簡(jiǎn)便的方法，在采樣現(xiàn)場(chǎng)完成樣品前處理具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在設(shè)計(jì)一種能夠高通量分離Cr (III)和Cr (VI)的裝置。它是以一塊PDMS芯片為基礎(chǔ)，上面均勻分布有八個(gè)儲(chǔ)液池，然后將2厘米長(zhǎng)的毛細(xì)管整體柱插入到預(yù)留的插孔中，實(shí)現(xiàn)二者的集成。將集成后的芯片放置在帶有電機(jī)的樣品架上，設(shè)定電機(jī)的轉(zhuǎn)速與時(shí)間，通過(guò)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力驅(qū)動(dòng)芯片上液池中溶液流過(guò)毛細(xì)管整體柱，Cr(VI)被吸附在毛細(xì)管整體柱上，Cr(III)則通過(guò)毛細(xì)管整體柱被收集，隨后，洗脫Cr (VI)，另收集，分別測(cè)定Cr(VI)和Cr(VI)。本方法可同時(shí)完成多個(gè)樣品的固相萃取操作。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置，它包括以下構(gòu)件組成:
[0007]1.集成毛細(xì)管整體柱的聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片
[0008]利用模塑法，在一塊圓形或多邊形的、均勻分布有多個(gè)扇形凸起結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板上澆注出聚二甲基硅氧烷(PDMS)蓋片1，隨后在蓋片I上的每個(gè)扇形儲(chǔ)液池3的尖端打一小孔作為加樣孔2，經(jīng)等離子體處理與一塊聚二甲基硅氧烷(PDMS)底片封接，制成聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片1，這樣該芯片上就均勻分布有多個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)液池3，容積為為100-300微升，將含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱切成2厘米長(zhǎng)的小段4，插入芯片上儲(chǔ)液池3中點(diǎn)通向芯片外的預(yù)留的孔道中，由于PDMS的彈性，會(huì)與毛細(xì)管緊密接合，從而不會(huì)產(chǎn)生漏液；[0009]2.離心驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的構(gòu)建
[0010]離心力的來(lái)源于一個(gè)簡(jiǎn)易的電機(jī)8，可以控制轉(zhuǎn)速和時(shí)間，聚二甲基硅氧烷PDMS芯片與電機(jī)之間通過(guò)一個(gè)樣品架6(圖1D)連接，該樣品架的設(shè)計(jì)是均勻分布有與儲(chǔ)液池個(gè)數(shù)相同的孔，用于傾斜放置200微升的小離心管，保證溶液從毛細(xì)管整體柱末端出來(lái)后能被離心管收集，樣品架6是與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在一起，PDMS芯片的底部粘有一塊薄的磁鐵片，通過(guò)磁鐵與樣品架之間的吸力能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)PDMS芯片固定，同時(shí)保證在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中PDMS芯片不會(huì)發(fā)生位置改變或者脫落。
[0011]上述的用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置，采用含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱選擇性萃取六價(jià)鉻(參見(jiàn):Anal.Chim.Acta, 2008, 611，173-181)。
[0012]一種以上述的用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置進(jìn)行鉻形態(tài)分離的方法，它是基于含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱在酸性條件下選擇性萃取Cr(VI)，實(shí)現(xiàn)Cr(VI)與Cr(III)分離；在萃取之前，先用移液槍向的儲(chǔ)液池3中加入100?300微升用硝酸調(diào)節(jié)至PH = 2.0?3.0的水溶液，啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)溶液通過(guò)整體柱，用以平衡柱子，萃取時(shí)，用移液槍向儲(chǔ)液池3中加入100?300微升的樣品溶液，啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)Cr(VI)被保留在整體柱上，而不被保留的Cr (III)則通過(guò)整體柱被末端的離心管所收集，隨后是洗脫被保留的Cr (VI):換上新的離心管，將100?300微升0.lmole/L的稀氨水溶液加入儲(chǔ)液池3中，啟動(dòng)電機(jī)，柱上被保留的Cr(VI)被洗脫并被收集在離心管中，將兩份收集的流出液用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定，從而可以分別得到樣品溶液中Cr(III)與Cr(VI)的含量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為具體示意圖。A圖為集成毛細(xì)管的PDMS芯片俯視示意圖。I為PDMS芯片；2為加樣孔道；3為儲(chǔ)液池；4為毛細(xì)管整體柱。B圖為毛細(xì)管整體柱的放大圖，是利用掃描電鏡測(cè)得。C圖為裝置的整體側(cè)視示意圖。5為0.2毫升的離心管(Eppendorf) ;6為特制的樣品架；7為固定PDMS芯片的磁鐵。D圖為裝置的實(shí)物俯視圖，包括樣品架與PDMS芯片。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08607、瓶裝純凈水和污水為例，測(cè)定其中的Cr (VI)和Cr(III)的含量。
[0015]實(shí)施例1.毛細(xì)管整體柱的合成
[0016]分離鉻形態(tài)采用的是含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱，合成步驟參考文獻(xiàn)(Anal.Chim.Acta, 2008，611，173-181)，具體為:將22.2mg十六烷基溴化銨溶于225 μ L無(wú)水乙醇和75 μ L水的混合溶液中。然后依次加入160 μ L四乙氧基硅烷(TEOS)和40 μ L Y -氨丙基三乙氧基硅烷硅膠(AEAPTES)，超聲I分鐘。將得到的混合溶液注入經(jīng)過(guò)活化的毛細(xì)管中，兩端封口。40°C反應(yīng)20小時(shí)后,用乙醇和水依次沖洗。
[0017]實(shí)施例2.用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置的制備
[0018]利用模塑法，在一塊直徑為7.6厘米、均勻分布有八個(gè)扇形凸起結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板上澆注出聚二甲基硅氧烷(PDMS)蓋片1，隨后在蓋片I上的每個(gè)扇形儲(chǔ)液池3的尖端打一直徑為2.5mm的小孔作為加樣孔2，經(jīng)等離子體處理與一塊聚二甲基硅氧烷(PDMS)底片封接，制成聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片I，這樣該芯片上就均勻分布有八個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)液池3，容積約為300微升，將實(shí)施例1制得的含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱切成2厘米長(zhǎng)的小段4，插入芯片上儲(chǔ)液池3中點(diǎn)通向芯片外的預(yù)留的孔道中，由于PDMS的彈性，會(huì)與毛細(xì)管緊密接合，從而不會(huì)產(chǎn)生漏液；
[0019]離心力的來(lái)源于一個(gè)簡(jiǎn)易的電機(jī)8，可以控制轉(zhuǎn)速和時(shí)間，聚二甲基硅氧烷PDMS芯片與電機(jī)之間通過(guò)一個(gè)樣品架6(圖1D)連接，該樣品架的設(shè)計(jì)是均勻分布有與儲(chǔ)液池個(gè)數(shù)相同的孔，用于傾斜放置200微升的小離心管，保證溶液從毛細(xì)管整體柱末端出來(lái)后能被離心管收集，樣品架6是與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在一起，PDMS芯片的底部粘有一塊薄的磁鐵片，(或樣品架上表面固定一磁鐵，PDMS芯片的底部粘一鐵片。)通過(guò)磁鐵與樣品架之間的吸力能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)PDMS芯片固定，同時(shí)保證在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中PDMS芯片不會(huì)發(fā)生位置改變或者脫落。
[0020]實(shí)施例3.樣品的分析
[0021]用實(shí)施例2制備的芯片及裝置進(jìn)行鉻形態(tài)的快速分離和測(cè)定:
[0022]將樣品溶液用稀硝酸調(diào)節(jié)pH至2.5。電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為1600rpm,設(shè)定每次旋轉(zhuǎn)2min。上樣品之前，先用移液槍吸取200微升純水溶液(用硝酸調(diào)節(jié)pH至2.5)加入到各個(gè)樣品池中，啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。然后用移液槍分別吸取200微升各個(gè)樣品分別加到各個(gè)樣品儲(chǔ)液池3中，啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，收集流出液(Cr(III))。換上新的離心管，用移液槍吸取200微升0.1M氨水分別加到各個(gè)樣品池中，啟動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，收集洗脫液(Cr(VI))。最后用ICP-MS測(cè)定收集的溶液，測(cè)定結(jié)果如表1所示。此外進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)濃度如表1中所示。
[0023]表1標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及實(shí)際樣品中Cr(VI)與Cr(III)的測(cè)定結(jié)果
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置，其特征是它包括以下構(gòu)件組成: (1)集成毛細(xì)管整體柱的聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片 利用模塑法，在一塊圓形或多邊形的、均勻分布有多個(gè)扇形凸起結(jié)構(gòu)的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板上澆注出聚二甲基硅氧烷(PDMS)蓋片1，隨后在蓋片I上的每個(gè)扇形儲(chǔ)液池3的尖端打一小孔作為加樣孔2，經(jīng)等離子體處理與一塊聚二甲基硅氧烷(PDMS)底片封接，制成聚二甲基硅氧烷(PDMS)芯片1，這樣該芯片上就均勻分布有多個(gè)獨(dú)立的儲(chǔ)液池3，容積為為100-300微升，將含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱切成2厘米長(zhǎng)的小段4，插入芯片上儲(chǔ)液池3中點(diǎn)通向芯片外的預(yù)留的孔道中，由于PDMS的彈性，會(huì)與毛細(xì)管緊密接合，從而不會(huì)產(chǎn)生漏液； (2)離心驅(qū)動(dòng)平臺(tái) 離心力的來(lái)源于一個(gè)簡(jiǎn)易的電機(jī)8，可以控制轉(zhuǎn)速和時(shí)間，聚二甲基硅氧烷PDMS芯片與電機(jī)之間通過(guò)一個(gè)樣品架6(圖1D)連接，該樣品架的設(shè)計(jì)是均勻分布有與儲(chǔ)液池個(gè)數(shù)相同的孔，用于傾斜放置200微升的小離心管，保證溶液從毛細(xì)管整體柱末端出來(lái)后能被離心管收集，樣品架6是與電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定在一起，PDMS芯片的底部粘有一塊薄的磁鐵片，通過(guò)磁鐵與樣品架之間的吸力能簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)PDMS芯片固定，同時(shí)保證在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中PDMS芯片不會(huì)發(fā)生位置改變或者脫落。
2.一種以權(quán)利要求1所述的用于鉻形態(tài)快速分離的圓盤離心式微流控芯片及裝置進(jìn)行鉻形態(tài)分離和分析的方法，其特征是:它是基于含有氨基官能團(tuán)的毛細(xì)管整體柱在酸性條件下選擇性萃取Cr(VI)，實(shí)現(xiàn)Cr(VI)與Cr(III)分離；在萃取之前，先用移液槍向儲(chǔ)液池3中加入100?300微升用硝酸調(diào)節(jié)至pH = 2.0?3.0的水溶液，啟動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)溶液通過(guò)整體柱，用以平衡柱子，萃取時(shí)，用移液槍向液池中加入100?300微升的樣品溶液，啟動(dòng)電機(jī)，此時(shí)Cr(VI)被保留在整體柱上，而不被保留的Cr(III)則通過(guò)整體柱被末端的離心管所收集。隨后是洗脫被保留的Cr(VI):換上新的離心管，將100?300微升0.lmole/L的稀氨水溶液加入儲(chǔ)液池3中，啟動(dòng)電機(jī)，柱上被保留的Cr(VI)被洗脫并被收集在離心管中，將兩份收集的流出液用電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定，從而可以分別得到樣品溶液中Cr(III)與Cr(VI)的含量。
【文檔編號(hào)】G01N27/62GK104001562SQ201410254092
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】練鴻振, 李彭, 胡忻, 陳逸珺 申請(qǐng)人:南京大學(xué)