分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法及檢測器的製作方法
2023-06-11 08:58:31 1
專利名稱：分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法及檢測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法及檢測器。
背景技術：
目前，對化學物進行檢測的常用方法主要有原子吸收光譜法、等離子發射光譜法、 氣相或液相色譜法以及等離子發射光譜法、氣相或液相色譜法與質譜聯用等。這些方法雖 然基本滿足了對化學物檢測的常規要求，但同時存在著樣品前處理的步驟繁瑣、使用溶劑 多而造成的二次汙染、所需樣品量的要求以及檢測時間長且成本高的缺點，因而難以達到 對化學物汙染突發事件的快速判斷、取樣量少以及化學物濃度極其微量的檢測要求，因此 有必要發明一種便捷、快速、高靈敏度及減少二次汙染的化學物檢測方法及檢測器。
發明內容
本發明針對現有技術中存在著樣品前處理的步驟繁瑣、使用溶劑多而造成的二次 汙染、所需樣品量的要求以及檢測時間長且成本高的缺點，提供了一種檢測快速、簡便，容 易操作，高靈敏度，低成本，低汙染的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法及檢 領lj器。 為了解決上述技術問題，本發明通過下述技術方案得以解決 分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法，包括下列步驟 步驟a :通過半導體泵浦固態雷射發射器發射的400nm 2000nm的近紅外雷射束
形成不同偏振態的雷射鑷子； 步驟b :用雙光束雙雷射鑷子聚焦並捕獲微流控晶片管腔內的兩種分子印跡聚合 顆粒物； 步驟c :將經過溶解、過濾後的待測樣品注入微流控晶片管腔內與被捕獲的兩種 分子印跡聚合顆粒物混合。
步驟d :位置敏感光探測器檢測微流控晶片管腔中與樣品混合後的分子印跡聚合
物的物理或化學參數引起雷射鑷子發生能量的改變； 步驟e :根據雷射鑷子的能量參數對待測樣品進行準確定量。
作為優選，所述的步驟b中的分子印跡聚合顆粒物的製備方法包括下列步驟 步驟f :通過共價鍵或非共價鍵使待測樣品中的待測分子與功能單體形成官能團
和空間結構互補的複合物； 步驟g :加入交聯劑，在印跡分子功能單體複合物周圍產生聚合反應，將官能團和 空間結構互補的形式固定在聚合物中； 步驟h:從聚合物中除去模板，形成能特異識別、結合模板的分子印跡聚合顆粒 物。 作為優選，所述的步驟b中的分子印跡聚合顆粒物的大小為50nm 10um。
作為優選，所述的步驟b中的微流控晶片的製備方法包括下列步驟
步驟i :利用繪圖軟體繪製微流控晶片掩膜版圖，並使用解析度為12000dpi的激 光印表機列印，在透明膠片上製得光刻掩膜板。
步驟j :將玻璃基片置分別置於丙酮、酒精中進行超聲處理，然後置於摩爾比為
3 : 1的濃112504-11202溶液中煮沸，用去離子水衝洗乾淨，氮氣吹乾，熱烘去除水汽； 步驟k:在清洗完畢的玻璃基片表面甩塗光刻膠，軟烘、曝光、顯影，獲得所需刻蝕
掩膜層的圖形，置於13(TC烘箱中進行硬烘； 步驟l :將硬烘後的玻璃基片置於摩爾比為HF : NH4F : H20為3 : 6 : 9的腐蝕 液中進行刻蝕； 步驟m:將刻蝕後的玻璃基片打孔，並與另一表面甩塗紫外光學膠的玻璃基片貼
合，形成封閉的微管道和腔體結構，置於強紫外光源下照射，完成固化鍵合。 作為優選，所述的步驟d中的物理性質為顆粒的尺寸、介電常數、折射率任何一
種。所述的步驟d中的化學參數為消光係數、螢光波長、螢光強度、拉曼光譜強度任何一種。 分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，包括雷射器系統、納米或微米定
位系統、攝像系統、光學部件、機械部件、數據採集和傳輸系統、自動控制和圖像處理應用軟體。 作為優選，所述的雷射器系統為二極體泵浦固態雷射發射器或其它波長為400 2000納米的雷射發射器(包括但不限於如下雷射發射器光纖雷射器、二極體雷射器、氣態 雷射器等)。 作為優選，所述的攝像系統為IXON電子倍增電荷耦合器或CCD攝像機，納米定位 系統為納米級可操控反光鏡或其它微米級可操控反光鏡。 作為優選，所述的光學部件包括法拉第隔離器、半波板、透鏡、濾鏡、偏振分束器及 位置敏感光探測器。 作為優選，所述的機械部件包括快門、目鏡控制臺及樣本自動控制臺。
本發明由於採用了以上技術方案，具有明顯的技術效果本發明檢測快速、簡便，
整個檢測過程在幾分鐘內便可完成，容易操作；檢測的靈敏度及準確度非常高，最低檢出限
在lng/L以下；低成本，所需的樣液僅僅幾微升，整個檢測過程幾乎不對環境造成汙染，具
有廣闊的市場前景。
圖1為本發明檢測器的工作原理圖。
具體實施例方式
下面結合附圖1與具體實施方式
對本發明作進一步詳細描述
實施例1 分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法，包括下列步驟 步驟a :通過半導體泵浦固態雷射發射器發射的400 2000nm的近紅外雷射束形
成不同偏振態的雷射鑷子； 步驟b :用雙光束雙雷射鑷子聚焦並捕獲微流控晶片管腔6兩種分子印跡聚合顆 粒物；
步驟c :將經過溶解、過濾後的待測樣品注入微流控晶片管腔6內與被捕獲的兩種 分子印跡聚合顆粒物混合。
步驟d :位置敏感光探測器檢測微流控晶片管腔6中與樣品混合後的分子印跡聚
合物的物理或化學參數引起雷射鑷子發生能量的改變； 步驟e :根據雷射鑷子的能量參數對待測樣品進行準確定量。
其中，分子印跡聚合物的製備方法包括下列步驟 步驟f :通過共價鍵或非共價鍵使待測分子與功能單體形成官能團和空間結構互 補的複合物； 步驟g :加入交聯劑，在印跡分子功能單體複合物周圍產生聚合反應，將官能團和 空間結構互補的形式固定在聚合物中； 步驟h:從聚合物中除去模板，形成能特異識別、結合模板的分子印跡聚合物。
微流控晶片的製備方法包括下列步驟 步驟i :利用繪圖軟體繪製微流控晶片掩膜版圖，並使用解析度為12000dpi的激 光印表機列印，在透明膠片上製得光刻掩膜板。
步驟j :將玻璃基片置分別置於丙酮、酒精中進行超聲處理，然後置於摩爾比為 3 : 1的濃112504-11202溶液中煮沸，用去離子水衝洗乾淨，氮氣吹乾，熱烘去除水汽；
步驟k:在清洗完畢的玻璃基片表面甩塗光刻膠，軟烘、曝光、顯影，獲得所需刻蝕 掩膜層的圖形，置於13(TC烘箱中進行硬烘； 步驟l :將硬烘後的玻璃基片置於摩爾比為HF : NH4F : H20為3 : 6 : 9的腐蝕 液中進行刻蝕； 步驟m:將刻蝕後的玻璃基片打孔，並與另一表面甩塗紫外光學膠的玻璃基片貼 合，形成封閉的微管道和腔體結構，置於強紫外光源下照射，完成固化鍵合。
取5ul水樣注入微流控晶片，以層流狀態在晶片通路流動形成兩路水流，其中一 路水流與納米或微米級大小的阿特拉津分子印跡聚合物混合；而另一路與作為對照，與非 特異性的分子印跡聚合物混合，用攝像頭觀察混合狀況。雙光束雙雷射鑷子分別檢測兩路 水流的混合溶液。水中阿特拉津與其分子印跡聚合物發生聚合，使後者的尺寸、介電常數、 折射率、消光係數、螢光波長、螢光強度、拉曼光譜強度等參數發生改變；而對照水路上的分 子印跡聚合物的參數不會發生任何改變。這些參數可引起雷射鑷子發生能量的改變，而被 兩個位置敏感光探測器所反映，根據這些參數的變化強弱引起的雷射鑷子能量的改變(本 實驗能量的變化範圍在15x10—12 26xl0—"伏特"2/赫茲之間，而最低能量響應值在2x10—12 伏特'2/赫茲)，經計算機處理可準確定量水中阿特拉津檢測濃度。本方法對阿特拉津檢 測的線性範圍在10ng/L 100ng/L，加標回收率在90% 106%之間，最低檢出限在lng/L 以下。 本發明與採用二氯甲烷萃取，丙酮定容，毛細管柱分離，電子捕獲檢測器(yECD) 氣相色譜法檢測阿特拉津，方法最低檢出濃度為200ng/L(程萍等，科技信息，2008年 8期，20-20，22)相比較，方法靈敏度提高200倍以上；與用固相萃取氣相色譜技術檢 測環境水中痕量阿特拉津，此方法的檢出限為110ng/L(王東冬等，北方工業大學學報 http:〃202. 107. 204. 73/QK/91687X/index. asp CSID = % 7bB15972EA-6DD3-4390-879A -9BAABDCBDD63% 7d，2004年16巻3期，32-34， 52)相比較，靈敏度也高出100餘倍。
因此，本發明具有檢測快速、簡便，容易操作，高靈敏度，低成本，低汙染的優點。
實施例2 分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，如圖1所示，包括雷射器系統1、 納米定位系統2、攝像系統3、光學部件4、機械部件、數據採集和傳輸系統、自動控制和圖像 處理應用軟體。雷射器系統1為二極體泵浦固態雷射發射器或其它波長為400 2000納 米的雷射發射器(包括但不限於如下雷射發射器光纖雷射器、二極體雷射器、氣態雷射器 等)；攝像系統3為IX0N電子倍增電荷耦合器或CCD攝像機；納米定位系統2為納米級可 操控反光鏡或其它微米級可操控反光鏡；光學部件4包括法拉第隔離器41、半波板42、43、 透鏡44、偏振分束器45、46、47、48、位置敏感光探測器49、50、微流控晶片管腔6，機械部件 包括快門、目鏡控制臺及樣本自動控制臺。 用半導體泵浦雷射器(diode pumped solid state, DPSS， 1064納米、4W、 連續波模式產生的雷射)做為捕獲雷射。此近紅外雷射束首先穿過法拉第隔離器 41(Faradayisolator)以消除正光路引起的背景反射。雷射束通過一塊半波板42 (half wave plate)轉變自身的偏振後，接著進入第一塊偏振分束器45(polarized beam splitter, PBS1)。產生的S偏振光被反射去除，同時剩餘的P偏振光則通過第二塊半波 板43的傳導重新調整光偏振。調整後的偏振光束經透鏡44後放大，到達最終12毫米平 行光束(l/e2)。經過兩級放大和聚焦，雷射束被第二塊偏振分束器46(PBS2)分別分束成P 和S偏振光。用一對置於目鏡5(0BJ1)後聚焦共軛平面上可操縱的反射鏡控制S偏振光， 產生的兩束光線用偏振分束器47(PBS3)合併、傳到目鏡5(0BJ1)後聚焦在微流控晶片管 腔6內。聚焦後的P和S偏振光分別由一相同目鏡7收集，而後根據它們各自的偏振狀況 再次由偏振分束器48(PBS4)分裂。分裂後的光束分別由位置靈敏光探測器49 (position sensitiv印hotodector， PSPD1)和位置靈敏光探測器50 (PSPD2)實時檢測。
總之，以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所作的均等 變化與修飾，皆應屬本發明專利的涵蓋範圍。
權利要求
分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法，其特徵在於，包括下列步驟步驟a通過半導體泵浦固態雷射發射器發射的400nm～2000nm的近紅外雷射束形成不同偏振態的雷射鑷子；步驟b用雙光束雙雷射鑷子聚焦並捕獲微流控晶片管腔(6)內的兩種分子印跡聚合顆粒物；步驟c將經過溶解、過濾後的待測樣品注入微流控晶片管腔(6)內與被捕獲的兩種分子印跡聚合顆粒物混合；步驟d位置敏感光探測器檢測微流控晶片管腔(6)中與樣品混合後的分子印跡聚合物的物理或化學參數引起雷射鑷子發生能量的改變；步驟e根據雷射鑷子的能量參數對待測樣品進行準確定量。
2. 根據權利要求1所述的分子印跡法、雷射鑷子及微流控技術對化學物的檢測法，其 特徵在於所述的步驟b中的分子印跡聚合顆粒物的製備方法包括下列步驟步驟f :通過共價鍵或非共價鍵使待測樣品中的待測分子與功能單體形成官能團和空 間結構互補的複合物；步驟g:加入交聯劑，在印跡分子功能單體複合物周圍產生聚合反應，將官能團和空間 結構互補的形式固定在聚合物中；步驟h:從聚合物中除去模板，形成能特異識別、結合模板的分子印跡聚合顆粒物。
3. 根據權利要求1所述的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法，其特徵在 於所述的步驟b中的分子印跡聚合顆粒物的大小為50nm 10um。
4. 根據權利要求1所述的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法，其特徵在於所述的步驟b中的微流控晶片的製備方法包括下列步驟步驟i :利用繪圖軟體繪製微流控晶片掩膜版圖，並使用解析度為12000dpi的雷射打 印機列印，在透明膠片上製得光刻掩膜板；步驟j :將玻璃基片置分別置於丙酮、酒精中進行超聲處理，然後置於摩爾比為3 : 1的濃HS04-H202溶液中煮沸，用去離子水衝洗乾淨，氮氣吹乾，熱烘去除水汽；步驟k :在清洗完畢的玻璃基片表面甩塗光刻膠，軟烘、曝光、顯影，獲得所需刻蝕掩膜層的圖形，置於13(TC烘箱中進行硬烘；步驟l :將硬烘後的玻璃基片置於摩爾比為HF : NH4F : H20為3 : 6 : 9的腐蝕液 中進行刻蝕；步驟m :將刻蝕後的玻璃基片打孔，並與另一表面甩塗紫外光學膠的玻璃基片貼合，形 成封閉的微管道和腔體結構，置於強紫外光源下照射，完成固化鍵合。
5. 根據權利要求1所述的用分子印跡法、雷射鑷子及微流控技術對化學物的檢測法，其特徵在於所述的步驟d中的物理參數為顆粒的尺寸、介電常數、折射率任何一種，所述的步驟d中的化學參數為消光係數、螢光波長、螢光強度、拉曼光譜強度任何一種。
6. 分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，其特徵在於它包括雷射器系統(1)、納米定位系統(2)、攝像系統(3)、光學部件(4)、機械部件、數據採集和傳輸系統、自動 控制和圖像處理應用軟體。
7. 根據權利要求6所述的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，其特徵在 於所述的雷射器系統(1)為二極體泵浦固態雷射發射器或其它波長為400nm 2000nm的雷射發射器。
8. 根據權利要求6所述的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，其特徵在 於所述的攝像系統(3)為CCD攝像機或IX0N電子倍增電荷耦合器任何一 種，納米定位系 統(2)為納米級可操控反光鏡或其它微米級可操控反光鏡。
9. 根據權利要求6所述的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，其特徵在 於所述的光學部件(4)包括法拉第隔離器(41)、半波板(42、43)、透鏡(44)、偏振分束器 (45、46、47、48)、位置敏感光探測器(49、50)、微流控晶片管腔(6)。
10. 根據權利要求6所述的分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測器，其特徵在 於所述的機械部件包括快門、目鏡控制臺及樣本自動控制臺。
全文摘要
本發明涉及一種分子印跡、雷射鑷子及微流控對化學物的檢測法及檢測器，包括下列步驟通過半導體泵浦固態雷射發射器發射的400nm～2000nm的近紅外雷射束形成不同偏振態的雷射鑷子；用雙光束雙雷射鑷子聚焦並捕獲微流控晶片管腔內的兩種分子印跡聚合顆粒物；將經過溶解、過濾後的待測樣品注入微流控晶片管腔內與被捕獲的兩種分子印跡聚合顆粒物混合。位置敏感光探測器檢測微流控晶片管腔中與樣品混合後的分子印跡聚合物的物理或化學參數引起雷射鑷子發生能量的改變；根據雷射鑷子的能量參數對待測樣品進行準確定量。本發明具有檢測快速、簡便，容易操作，高靈敏度，低成本，低汙染的優點。
文檔編號C08J9/00GK101726483SQ20091031234
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月28日 優先權日2009年12月28日
發明者茅涵斌 申請人:茅涵斌