基于微流控芯片的无机离子分析方法研究

论文摘要

微流控芯片技术以其高效、快速、低耗、高通量、高集成度等优点在化学分析、环境检测、临床诊断、生化研究等领域有着广阔的应用前景。该工作的目的是以微流控芯片技术为分析平台、结合传统的分析手段、设计和加工不同功能单元集成的微流控芯片装置，建立一种微型化、便携化的体系用于无机离子的检测和分析。将实验室的常规分析方法集成在芯片上，减小分析装置的尺寸、简化仪器设备的需求，将其更好地应用于现场检测，是本论文力求解决的关键问题。论文中第一部分，分析了微流控芯片技术的研究背景、发展概况及应用，同时还介绍了微流控芯片制作的材料和加工工艺，并在芯片实验室的微型化和集成化方面综述了微流控技术近年来的进展，尤其是在样品处理和检测手段方面。第二部分设计、加工和制作了实验中所需的微流控PDMS-玻璃芯片，并分析了芯片加工过程中的一些条件因素。在论文的第三部分，为了实现目标物在芯片上的富集，提高检测灵敏度，提出了一种在微通道内构建富集装置的方法。通过设计特殊的坝堰式结构，将阳离子固相萃取填料固定在芯片微通道内，构建微型固相萃取柱来实现对待测金属离子的富集。结合柱后衍生的办法，在芯片Z形通道内同时实现富集后的金属离子与荧光衍生剂8-羟基喹啉-5-磺酸（HQS）的在线混合和化学反应，并利用灵敏度高的激光诱导荧光方法在芯片上直接进行信号检测。对四种金属离子的富集效果分析，此方法能够很好地实现富集目的，富集倍数在500左右，并且具有较高的精密度（RSD<4%, n=7）。第四部分，用小尺寸、低成本的发光二极管（LED）代替传统的激光器，与微型的滤光片一起集成在微流控芯片上，搭建了以LED诱导荧光法为检测手段的微流控芯片体系。用邻苯二甲醛（OPA）做衍生剂，以Na2SO3为还原剂，用于NH4+在芯片上的混合、反应及检测，该方法灵敏度高，选择性好。并且实现了集成化和微型化，降低了成本，简化了分析操作。最后，对本论文工作进行了总结，并针对微流控芯片技术在各个研究领域的应用，做了简单的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 主要符号对照表
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 微流控芯片技术的应用和发展
• 1.3. 微流控芯片的制作
• 1.3.1 微流控芯片的制作材料
• 1.3.2 微流控芯片的加工工艺
• 1.4 微流控芯片的集成化
• 1.4.1 微流控芯片上的集成单元及功能
• 1.4.2 微流控芯片上的检测方法
• 1.4.3 微流控芯片上的样品处理方法
• 1.5 课题来源、研究目的和主要研究内容
• 第2章 PDMS 微流控芯片的加工制作
• 2.1 本章引言
• 2.2 PDMS 微流控芯片的制作工艺
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 实验仪器与试剂
• 2.3.2 实验操作
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 PDMS 微流控芯片的加工工艺
• 2.4.2 PDMS 印模与玻璃基片的键合
• 2.4.3 PDMS 微流体芯片的结构特征及应用
• 2.5 本章小结
• 第3章 在 PDMS 芯片上构建微型固相萃取装置结合激光诱导荧光的方法用于金属离子的富集和检测
• 3.1 本章引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料与试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 实验操作
• 3.2.3.1 PDMS 芯片的制作
• 3.2.3.2 微型固相萃取柱的制备
• 3.2.3.3 芯片上的固相萃取操作
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 芯片上荧光检测条件的优化
• 3.3.2 芯片上微型固相萃取条件的选择
• 3.3.3 富集效果和重现性
• 3.4 本章结论
• 4⁺'>第4章 在微流控芯片上集成发光二极管（LED）诱导荧光方法检测 NH₄⁺
• 4.1 本章前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料和试剂
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 实验操作
• 4.2.3.1 集成 LED 诱导荧光检测芯片的制作
• 4⁺的操作过程'>4.2.3.2 芯片上检测 NH₄⁺的操作过程
• 4.3 结果与讨论
• 4⁺检测波长的确定'>4.3.1 NH₄⁺检测波长的确定
• 4.3.2 芯片上检测条件的优化
• 4.3.3 方法的相性关系、重现性及检测限
• 4.3.4 共存物质的干扰分析
• 4.3.5 应用
• 4.4 本章结论
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文