[发明专利]一种检测化学需氧量的微流控玻璃芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测水体中化学需氧量的微流控玻璃芯片及其制备方法，该圆盘状微流控玻璃芯片表面有微结构和微通道，在离心机旋转产生的离心力驱动下，实现待测样品与试剂包的混合、反应和分离过程，用紫外-可见分光光度计定量或定性检测芯片上样品中化学需氧量的含量，该微流控玻璃芯片及方法可同时处理和检测多个样品，试剂与样品用量少，实现了化学需氧量检测的集成化、微型化、自动化，具有经济、快速、便携的特点，为水体中化学需氧量的检测提供了一种全新的分析技术。主要应用于环境保护、水质检测等领域。

背景技术

化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。它反映了水中受还原性物质污染的程度。该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一。化学需氧量高意味着水中含有大量还原性物质，其中主要是有机污染物。化学需氧量越高，就表示江水的有机物污染越严重，这些有机物污染的来源可能是农药、化工厂、有机肥料等。如果不进行处理，许多有机污染物可在江底被底泥吸附而沉积下来，在今后若干年内对水生生物造成持久的毒害作用。在水生生物大量死亡后，河中的生态系统即被摧毁。人若以水中的生物为食，则会大量吸收这些生物体内的毒素，积累在体内，这些毒物常有致癌、致畸形、致突变的作用，对人极其危险。因此，建立简单、快速、有效的化学需氧量测定方法非常必要。对化学需氧量含量检测在环境保护、水质检测方面具有十分重要的意义。

化学需氧量的传统测定方法已经有相关的国家标准，但该方法的最大缺点在于样品用量大，样品前处理过程时间长，成本较高，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，不适合现场的快速测定和微型分析系统的集成化，不能满足微全分析系统发展的需要。

因此，迫切需要发展一种快速、高效、便捷、低成本、自动化、集样品预处理和检测一体的检测方法。近年来，微流控玻璃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，在其表面制备微结构和微通道用于分析，依靠离心力驱动微液流，同时完成数个样品分析的离心式微流控玻璃芯片技术，目前在化学需氧量的快速检测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化学需氧量的离心式微流控玻璃芯片及其制备方法，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玻璃芯片，由刻有微米级别的微结构和微通道的基片，空白基片热压键合而成，在离心机旋转产生的离心力驱动下，完成待测样品与检测试剂包的混合、反应和分离过程，以紫外-可见分光光度计检测装置，定量或定性地检测芯片上样品中化学需氧量的含量。

为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤：

1)通过微加工技术在微流控玻璃芯片基材表面加工所需的微结构和微通道，包括微样品池、检测池、微通道和微孔。

2)将待测样品放入微样品池。

3)通过热压键合法，将刻有微米级别的微结构基片和空白基片热压键合组成离心式微流控玻璃芯片。

4)封合后在样品池内加入试剂包。

5)将芯片放入离心机，设定离心速度，待测样品和试剂包在离心力作用下混合、反应和分离至检测池。

6)将芯片放入烘箱，150℃下加热15分钟后，取出芯片冷却至室温；

7)在紫外-可见分光光度计上测试波长600nm处吸光度，从而计算待测样品化学需氧量含量。

本发明中，检测化学需氧量的离心式微流控玻璃芯片的芯片基材可以是为石英玻璃或普通玻璃圆片。

本发明中，检测化学需氧量的离心式微流控玻璃芯片的微结构和微通道可以通过化学刻蚀法在芯片基材表面制备。

本发明中，检测化学需氧量的离心式微流控玻璃芯片的芯片之间用热压法键合而成。

本发明中，检测化学需氧量的离心式微流控玻璃芯片的样品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，内径25、50、75或100μm的石英毛细管，作为被动阀，石英毛细管的内径越小，微流体通过石英毛细管所需的离心力越大，所需的离心转速就越高。

本发明中，石英管在微样品池中预留0.5-1mm的长度，起到截留微样品池中固体颗粒的作用。

本发明中，检测化学需氧量的离心式微流控玻璃芯片的试剂包与样品混合反应时，离心机转速为150～300转/分，混合反应液液分离通过毛细管的离心转速为700～1000转/分。