【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于重金属离子检测领域，具体涉及一种用于重金属离子可视化检测的微流控芯片、设备及其应用。
技术介绍
1、目前重金属离子检测方法众多，如电感耦合等离子体质谱法、原子吸收/发射光谱法、高效液相色谱法和原子荧光光谱法等。这些常规方法精度高、检测范围广，但是成本高、耗时长、设备操作复杂且对操作人员有一定的技术要求，很难提高重金属离子检测的普适性。
2、微流控芯片作为一种新兴的微流体操控技术，虽然具有节约样品、提高检测时间和高灵敏度等的特点，但也需要复杂的外部设备进行分析。随着时代的发展，人工智能技术越发成熟，这也为重金属离子检测技术的发展带来了新的契机。因此，开发一种便捷、智能的重金属离子检测方法，对于提高检测普适性、降低检测门槛具有重要意义。手机作为一种智能移动设备，其具有便捷、智能、高效、操作简单等优点，已经被广泛用于生物医学及分析化学快速检测，成为了当前快速检测的一个热门领域，这些方法主要具备快速响应、分析过程简单、实时通信和现场检测的优点。结合手机软件的可视化检测重金属离子方法具有门槛低、通用性强、可行性好、用户友好等特点，有望在食品工业、水质检测、医疗保健等领域产生广泛应用。因此，开发一种基于手机软件辅助的、便捷、智能、高普适性、低门槛的重金属离子可视化检测方法是值得期待的。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，有效解决了现有检测方法在重金属离子检测中无法原位检测且依靠专业设备和专业
2、本专利技术还提供所述的微流控芯片的用于重金属离子可视化检测的设备及其应用。
3、技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，所述微流控芯片由加样池和通道组成，所述加样池位于微流控芯片中心位置，并连接着若干条通道，所述通道由使液体定向运输的拱形微腔结构组成；所述的微流控芯片由高分子材料与交联剂、引发剂混合并修饰适配体得到。
4、其中，所述拱形微腔结构为猪笼草口周表面的微腔结构，拱形微腔结构的长和宽的比值为3-2:1-1.5，且可实现液体定向运输；所述通道数量为四条。
5、进一步地，所述的微流控芯片由一个加样池和四条通道组成，所述的加样池位于芯片中心并连接着四条通道，通道具有拱形微腔结构和响应性水凝胶，能实现液体的定向运输和特异性相应；所述的微流控芯片的制备材料由水凝胶材料与交联剂、引发剂混合制成，并修饰适配体使微流控芯片具有了重金属离子响应性能；所述的拱形微腔微腔结构的长和宽的比值为2:1，且能够实现液体定向运输。
6、其中，所述微流控芯片中通道为“工”字形、圆形、无穷、蚊香或者八卦。
7、其中，所述微流控芯片中通道为“工”字形，通道为四条等高同宽的通道。
8、作为优选，四通道的微流控芯片呈现“工”字形，且通道数量可以根据实际需求改变。
9、作为优选，芯片尺寸为长50mm，宽20mm，高4mm；拱形微腔结构的长为5mm，宽为2.5mm。
10、其中，所述的高分子材料选用丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯或者丙烯酸钠等含有酰胺基或羧基的材料中的任意一种或多种；所述交联剂选用n,n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯或者甲基丙烯酸中的一种或多种；所述的适配体选用含有atcg四种碱基和氨基的重金属离子核酸适配体中的一种。
11、作为优选，适配体选用铅离子核酸适配体、镉离子核酸适配体或者汞离子核酸适配体等含有atcg四种碱基和氨基的重金属离子核酸适配体中的一种。
12、本专利技术所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其包括如下步骤：
13、(1)利用建模软件构建具有拱形微腔结构的微流控芯片模型，并通过3d打印技术得到微流控芯片的树脂材料模板；将硅胶聚合物与固化剂混合搅拌制成胶液，将成胶液倒入树脂模具中加热固化后起模获得微流控芯片的阴模模板；
14、(2)将高分子材料、交联剂和光引发剂混合制成聚体溶液，将聚体溶液倒入阴模模板中经过紫外光固化，采用修饰的方法将适配体连接在高分子材料上，得到具有重金属离子响应性的微流控芯片。
15、其中，步骤(1)中，步骤(2)中所述的硅胶聚合物与固化剂比例为10:1，但不局限于10:1。
16、其中，步骤(2)中所述的高分子材料浓度为1wt％-30wt％；交联剂的浓度为0.3wt％-5wt％；光引发剂的浓度为1-2vol％；适配体的浓度为0-300mm。
17、其中，步骤(2)中高分子材料与适配体的修饰的方式为edc/nhs偶联反应或者采用3’,5’-酰胺基修饰的适配体直接与高分子材料混合。
18、进一步地，步骤(2)中所述的修饰方法包括edc/nhs偶联反应，即高分子材料在10ml含有0.1m的naoh和10％temed的水解液中水解1h，清洗后在10ml含有350mg edc和550mgnhs的活化液中活化30min；或者采用3’,5’-酰胺基修饰的适配体直接与高分子材料、交联剂和光引发剂混合形成聚体溶液。
19、作为优选，所述聚体溶液选用20％的丙烯酰胺和5％的聚乙二醇二丙烯酸酯,质量比14:1的丙烯酰胺和n,n-亚甲基双丙烯酰胺、100mm的适配体；修饰方法选用edc/nhs反应。
20、本专利技术所述的微流控芯片的用于重金属离子可视化检测的设备，包括处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的可执行程序，所述处理器执行所述可执行程序时，实现如下方法：(1)将制得的微流控芯片用不同浓度梯度的重金属离子溶液进行处理，并在其表面滴加等量的染色水，通过检测并记录不同重金属离子浓度下液体定向运输距离，得到重金属离子浓度与液体定向运输距离之间的关系；(2)运用边缘检测方法识别微流控芯片通道上液体定向运输距离，对微流控芯片的图片进行灰度化、二值化处理，并进行分割及边缘提取得到通道上液体定向运输距离；(3)利用软件设置四个界面，分别是用户设置界面、拍照界面、检测界面和结果输出界面；在用户设置界面，用户根据输入重金属离子的检测标准，利用拍照界面拍摄的微流控芯片，通过检测界面提取芯片上液体运输距离，调用步骤(1)中的关系，实现重金属离子浓度标准的检测以及智能化检测。
21、其中，步骤(2)中，所述的灰度处理方法为平均值法、加权平均值法、最大值法或最小值法中的任意一种；所述的二值化处理方法为双峰法、p参数法、迭代法或otsu法中的任意一种；所述的边缘提取算子为roberts算子、sobel算子、prewitt算子、laplacian算子或canny算子中的任意一种。
22、作为优选，步骤(2)中所述的灰度处理方法选用平均值法；所述二值化处理方法选用p参数法；所述二值化处理方法选用canny算子。
23、其中，所述可执行程序有四个界面，分别是用户设置界面、拍照界面、检测界面和结果输出界面。
24、本专利技术所述的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片由加样池和通道组成，所述加样池位于微流控芯片中心位置，并连接着若干条通道，所述通道由使液体定向运输的拱形微腔结构组成；所述微流控芯片通过高分子材料与交联剂、引发剂混合并修饰适配体形成。
2.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述拱形微腔结构为猪笼草口周表面的微腔结构，拱形微腔结构的长和宽的比值为3-2:1-1.5，且可实现液体定向运输。
3.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片中通道为“工”字形、圆形、无穷、蚊香或者八卦。
4.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片中通道为“工”字形，通道为四条等高同宽的通道。
5.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述的高分子材料选用丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯或者丙烯酸钠等含有酰胺基或羧基的材料中的任意一种或多种；所述交联剂选用N,N-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、
6.一种权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的高分子材料浓度为1wt％-30wt％；交联剂的浓度为0.3wt％-5wt％；光引发剂的浓度为1-2vol％；适配体的浓度为0-300mM。
8.根据权利要求6所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中高分子材料与适配体的修饰的方式为EDC/NHS偶联反应或者采用3’,5’-酰胺基修饰的适配体直接与高分子材料混合。
9.一种基于权利要求1所述的微流控芯片的用于重金属离子可视化检测的设备，包括处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的可执行程序，其特征在于，所述处理器执行所述可执行程序时，实现如下方法：(1)将制得的微流控芯片用不同浓度梯度的重金属离子溶液进行处理，并在其表面滴加染色液，通过检测并记录不同重金属离子浓度下液体定向运输距离，得到重金属离子浓度与液体定向运输距离之间的关系；(2)运用边缘检测方法识别微流控芯片通道上液体定向运输距离，对微流控芯片的图片进行灰度化、二值化处理，并进行分割及边缘提取得到通道上液体定向运输距离；(3)利用软件设置四个界面，分别是用户设置界面、拍照界面、检测界面和结果输出界面；在用户设置界面，用户根据输入重金属离子的检测标准，利用拍照界面拍摄的微流控芯片，通过检测界面提取芯片上液体运输距离，调用步骤(1)中的关系，实现重金属离子浓度标准的检测。
10.根据权利要求9所述的用于重金属离子可视化检测的设备，其特征在于，步骤(2)中，所述的灰度处理方法为平均值法、加权平均值法、最大值法或最小值法中的任意一种；所述的二值化处理方法为双峰法、P参数法、迭代法或OTSU法中的任意一种；所述的边缘提取算子为Roberts算子、Sobel算子、Prewitt算子、Laplacian算子或Canny算子中的任意一种。
11.一种权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片或者权利要求8用于重金属离子可视化检测的设备在重金属离子可视化检测中的应用。
12.根据权利要求11所述的应用，其特征在于，所述检测过程为：将微流控芯片的上侧通道水处理，下侧通道用含重金属离子的溶液处理，可以观察到微流控芯片的通道尺寸发生变化；保证充分反应后，在微流控芯片中心的加样池滴加染色水，染色水自发向通道内运输，待液体运输停止后，可以观察到重金属离子处理过的通道上，液体运输距离更远，利用距离长短检测重金属离子；利用设备设置重金属离子的检测标准，并对微流控芯片拍照提取液体运输距离，得到重金属离子浓度，并与检测限比较输出是否超标。
...【技术特征摘要】
1.一种用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片由加样池和通道组成，所述加样池位于微流控芯片中心位置，并连接着若干条通道，所述通道由使液体定向运输的拱形微腔结构组成；所述微流控芯片通过高分子材料与交联剂、引发剂混合并修饰适配体形成。
2.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述拱形微腔结构为猪笼草口周表面的微腔结构，拱形微腔结构的长和宽的比值为3-2:1-1.5，且可实现液体定向运输。
3.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片中通道为“工”字形、圆形、无穷、蚊香或者八卦。
4.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述微流控芯片中通道为“工”字形，通道为四条等高同宽的通道。
5.根据权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片，其特征在于，所述的高分子材料选用丙烯酰胺、聚乙二醇双丙烯酸酯或者丙烯酸钠等含有酰胺基或羧基的材料中的任意一种或多种；所述交联剂选用n,n-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸羟丙酯或者甲基丙烯酸中的一种或多种；所述的适配体选用含有atcg四种碱基和氨基的重金属离子核酸适配体中的一种。
6.一种权利要求1所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述的高分子材料浓度为1wt％-30wt％；交联剂的浓度为0.3wt％-5wt％；光引发剂的浓度为1-2vol％；适配体的浓度为0-300mm。
8.根据权利要求6所述的用于重金属离子可视化检测的微流控芯片的制备方法，其特征在于，步骤(2)中高分子材料与适配体的修饰的方式为edc/nhs偶联反应或者采用3’,5’-酰胺基修饰的适配体直接与高分子材料混合。
9.一种基于权利要求1所述的微流...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。