[發明專利]痕量氣體富集與檢測功能相集成的微流控裝置及其制備與檢測方法

有效

• 申請號: 201911103415.0
• 申請日: 2019-11-13
• 公開（公告）號: CN110793956B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 劉洋;毛海央;程潔;陳大鵬
• 申請（專利權）人: 無錫物聯網創新中心有限公司
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N1/40;B01L3/00
• 代理公司: 無錫市大為專利商標事務所(普通合伙) 32104
• 代理人: 曹祖良;屠志力

本發明提供一種痕量氣體富集與檢測功能相集成的微流控裝置，包括：相鍵合的上層基體和下層基底；所述上層基體中包含微流道網絡；微流道網絡包括富集流道、檢測流道和出口流道；富集流道一端連接流體進口，另一端連接檢測流道，檢測流道通過出口流道連接流體出口；所述流體進口和流體出口均與外界相通；所述富集流道內壁通過靜電吸附附著有用于捕獲痕量氣體分子的多官能團鏈接分子。本發明具有結構簡單、操作簡便、可重復使用、測量精度高等特點。

技術領域

本發明屬于氣體分析技術領域，具體涉及一種集成氣體富集與檢測功能的微流控裝置，特別是涉及一種基于表面化學修飾實現痕量氣體分子富集與檢測的微流控裝置。

背景技術

痕量氣體分子的檢測具有重要意義。隨著經濟的飛速發展，空氣污染越來越嚴重，儼然已成為一個嚴重的社會問題?？諝馕廴敬笾驴煞譃槌鞘写髿馕廴竞褪覂瓤諝馕廴?，以一種主要污染物羰基化合物為例，其主要由烴類物質的不完全燃燒造成。在城市大氣污染中，汽車尾氣和工業排放乃至烴類的光降解，都將產生大量的羰基化合物；而在室內空氣污染中，羰基化合物主要來源于一些化工材料、家具以及裝飾品。一方面，以醛類物質為代表的羰基化合物在空氣污染中是一種主要的有害氣體，其中甲醛和丙烯醛被認為是致癌物質，故檢測它們在大氣中的含量和濃度分布十分重要。另一方面，痕量氣體檢測在呼吸氣體診斷中有著非常重要的應用。呼吸氣體診斷利用呼吸氣體中存在著一些與人類疾病相關的特定氣體，通過檢測人體呼吸氣體的改變來反應相應組織細胞代謝改變，近年來已成為一種新型的醫療診斷手段。當前已經有研究證實，呼吸氣體中多種VOC（volatile organiccompounds）成分可作為癌癥診斷的候選標記物。

然而，由于室外空氣和呼吸氣體中特定氣體的含量很低，濃度水平通常在ppb（μg/L）數量級，所以一個包含氣體富集的預處理過程十分重要。通過氣體富集，將大量低濃度的待檢測氣體樣本富集到較小的體積內，實現其濃度的增加，以方便后續檢測。常用的樣品預處理方法包括物理吸附和熱解吸。雖然可以提高氣化后低濃度樣品的富集效率，但是過程耗時，占整個分析過程所需時間的60%以上。因此該方法具有效率低、處理時間長的缺點，容易引入分析誤差，無法快速方便地實現樣本的實時檢測。當前常規的檢測方法除了包括前述的預處理之外，還包括后處理分析過程。后處理分析主要是利用氣體分子的物理化學特性，實現定性檢測。常用的后處理分析方法主要由質譜分析、拉曼光譜檢測、電阻檢測等。對于痕量氣體樣本的檢測方法而言，常用的定性分析技術是使用氣相色譜和質譜（GC-MS）聯用儀。當前的檢測系統是昂貴的大型儀器，分析成本高。便攜式拉曼光譜儀可以滿足分子的快速檢測要求。另一方面，微流控檢測芯片具有樣品消耗少、檢測速度快、操作簡便、多功能集成、體積小和便于攜帶等優點，利用微流控芯片實現高性能、小型化的樣品預處理結構和基于拉曼光譜的新型檢測方法，可以降低痕量氣體分子檢測的成本和時間。

本發明涉及的一些術語：

PDMS：聚二甲基硅氧烷。

發明內容

本發明的目的是于克服現有技術中存在的不足，提供一種痕量氣體富集與檢測功能相集成的微流控裝置，解決了現有痕量氣體樣品檢測設備復雜、樣品消耗量大以及耗時、昂貴的問題；具有結構簡單、操作簡便、可重復使用、測量精度高等特點。本發明采用的技術方案是：

本發明的第一方面提出一種痕量氣體富集與檢測功能相集成的微流控裝置，包括：

相鍵合的上層基體和下層基底；

所述上層基體中包含微流道網絡；微流道網絡包括富集流道、檢測流道和出口流道；

富集流道一端連接流體進口，另一端連接檢測流道，檢測流道通過出口流道連接流體出口；

所述流體進口和流體出口均與外界相通；

所述富集流道內壁通過靜電吸附附著有用于捕獲痕量氣體分子的多官能團鏈接分子。