阅读说明：本技术 微流控芯片及其体系、水体中重金属离子的检测方法 (Micro-fluidic chip and system thereof, and detection method of heavy metal ions in water body ) 是由 廖晓玲 徐文峰 黄秋红 张泽霖 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种微流控芯片,其包括芯片本体,以及设置在该芯片本体内的至少一个检测功能单元,该检测功能单元包括进样口、预处理子单元、反应检测子单元,以及试剂进样子单元,从而使得可通过进样口加入石油废水等待检测样品,使其经预处理子单元进行预处理后,进入反应检测子单元与经试剂进样子单元加入后流入该反应检测子单元内的检测试剂进行反应,以实现对待检测样品的快速检测,且该微流控芯片便于携带,无也需大型检测分析设备,降低了检测成本。相应地,本发明还提供了一种微流控芯片体系,以及水体中重金属离子的检测方法。(The invention discloses a micro-fluidic chip, which comprises a chip body and at least one detection functional unit arranged in the chip body, wherein the detection functional unit comprises a sample inlet, a pretreatment subunit, a reaction detection subunit and a reagent sample inlet subunit, so that petroleum wastewater can be added through the sample inlet to wait for a detection sample, the petroleum wastewater enters the reaction detection subunit to react with a detection reagent which flows into the reaction detection subunit after being added through the reagent sample inlet subunit after being pretreated by the pretreatment subunit, and the rapid detection of the sample to be detected is realized. Correspondingly, the invention also provides a micro-fluidic chip system and a detection method of heavy metal ions in water.)

微流控芯片及其体系、水体中重金属离子的检测方法

技术领域

本发明涉及微流控技术领域，具有涉及一种微流控芯片、微流控芯片体系及基于该微流控芯片的水体中重金属离子的检测方法。

背景技术

随着全球经济的快速发展，大量的重金属和类金属以各种途径如矿山开采、金属冶炼、金属加工、化工生产、化石燃料燃烧、农药化肥的施用等进入大气、水、沉积物、土壤和生物环境中，引起严重的环境污染。水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生的重金属废水(含有铬、镉、铜、汞、镍、锌等重金属离子)是对水体污染最严重和对人类危害最大的工业废水之一。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害，因此，重金属离子的检测受到研究者高度重视。

目前，对于重金属离子的检测方法，传统的检测手段需要借助大型分析仪器，目前较为广泛的分析仪器有：紫外可见分光光度计、吸收光谱法(AAS)、原子发射光谱法(AES)、原子荧光光谱法(AFS)和耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等，然而这些方法和技术具有特异性强、灵敏度高等优点，但也存在一些缺陷：

1)仪器价格昂贵、运行费用高、不易携带、无法连续监测及现场测定；而新兴的生化类检测重金属离子检测方法携带方便，但是存在精度不够、重复性差的缺陷；

2)在进行检测之前，需要提前取样，并对取样的废水样液进行前期处理，例如将废水样液中的杂质进行沉淀，去除废水样液中的油污等，以避免对检测结果的干扰，然后再利用上述分析仪器对经过前期处理后的样液进行检测。整个过程需要不同的设备对废水样液进行前期处理和检测，从而使得整个过程操作复杂且繁琐，也降低了检测效率。

随着微流控芯片技术不断发展，可通过微流控芯片将样品预处理、生物和化学反应、分离检测等多种基本操作单元集成在具有微米或纳米微通道网络的芯片上，然后通过操控流体完成复杂的分析过程，具有样品和试剂消耗量少、分析时间短、易实现大规模平行测定等优点。因此，针对上述问题，本申请设计了一种微流控芯片，集成了取样、预处理和检测等功能单元，使得可在该微流控芯片上直接对石油废水进行取样、前期预处理和检测，从而能够快速地对石油废水中重金属离子进行检测。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的之一在于，提供一种微流控芯片，其便于携带，且能够快速实现水体中重金属离子的检测。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种微流控芯片，包括芯片本体，以及设置在所述芯片本体内的至少一个检测功能单元，每个所述检测功能单元包括相连通的进样口、预处理子单元和至少一个反应检测子单元，以及与至少一个所述反应检测子单元相连通的至少一个试剂进样子单元。

进一步地，每个所述检测功能单元还包括：与至少一个所述反应检测子单元相连通的至少一个废液存储子单元。

其中，所述预处理子单元包括：围绕所述进样口并与所述进样口相连通的螺旋通道，以及分别与所述螺旋通道和所述反应检测子单元相连通的过滤池；其中，所述螺旋通道上均匀设置有多个沉淀坑，而所述过滤池为多段U形通道相连通而形成，且两段U形通道衔接处设置有过滤膜，或者每段U形通道内设置过滤膜，且最后一段U形通道通过连接通道与至少一个所述反应检测子单元相连通。

其中，所述预处理子单元包括沿待检测样品流通方向依次连通的至少三个沉淀池，其中，每个沉淀池内沿待检测样品流通方向均匀间隔设置有至少三个沉淀挡板，而每个沉淀池的顶部设置有用于去除有机物的吸附件，且最后一个沉淀池通过至少一个Y形通道连接至少一个反应检测子单元，而至少一个所述Y形通道的另一个入口各自连接一个试剂进样子单元。

其中，至少三个所述沉淀挡板的高度沿待检测样品流通方向逐渐增高。

其中，每个沉淀池中沿待检测样品流通方向设置的沉淀挡板为三个，依次为靠近沉淀池进口端的第一沉淀挡板、第二沉淀挡板和靠近沉淀池出口端的第三沉淀挡板，其中，第一沉淀挡板的顶端与所述沉淀池进口的底部平齐；第二沉淀挡板的顶端与沉淀池进口的中轴线平齐，即第二沉淀挡板的高度等于该沉淀池进口的中轴线的高度；第三沉淀通道的顶端高出沉淀池进口顶端的高度为该进口高度的一半，且该第三沉淀挡板的顶端距离沉淀池池顶的高度是该进口高度的一半。

其中，沉淀池的进口是指进样口与沉淀池之间的通道对应于沉淀池侧一端，或者相邻两个沉淀池之间的连通通道上对应于沉淀池侧的一端。

其中，相邻两个所述沉淀池之间的连通通道的尺寸沿所述待检测样品流通方向逐渐减小形成横卧的棱台状，且棱台上底面朝向所述待检测样品流通方向。

其中，所述棱台为横截面呈矩形，纵向截面呈梯形的四棱台。

其中，所述芯片本体呈圆形，或矩形、或正多边形。

进一步地，至少一个所述检测功能单元沿圆形的所述芯片本体的圆周方向均匀设置；而所述芯片本体的中心设置有一个试剂进样池，且所述试剂进样池对应于检测功能单元的个数划分为同等数量的子区间分别作为每个所述检测功能单元中的试剂进样子单元；优选地，所述检测功能单元为四个，而每个检测功能单元对应设置有两个反应检测子单元，且所述检测功能单元中待检测样品的流通方向朝向圆形芯片本体的圆心，且每个所述试剂进样子单元通过两个连接通道分别与对应检测功能单元中的两个反应检测子单元相连通。

进一步地，矩形或正多边形状的所述芯片本体内对应于每条边设置一个所述检测功能单元，而所述芯片本体的中心设置有一个试剂进样池，且所述试剂进样池对应于检测功能单元的个数划分为同等数量的子区间分别作为每个所述检测功能单元中的试剂进样子单元。

进一步地，所述微流控芯片还包括：与所述试剂进样池相连通的至少一个气体通道。

针对上述存在的技术问题，本发明的目的之二在于，提供一种微流控芯片体系，从上至下依次包括：盖片、微流控芯片和基片，其中，所述微流控芯片为上述的微流控芯片。

基于上述的微流控芯片或微流控芯片体系，本发明的目的之三在于，提供一种水体中重金属离子的检测方法，其包括步骤：

取样预处理：将待检测样品加入如上述微流控芯片中的进样口，使得所述待检测样品经过所述微流控芯片中的预处理子单元进行预处理后流入所述微流控芯片中的Y形通道；

加入检测试剂检测：将检测试剂加入如上述微流控芯片中的试剂进样子单元，使得所述检测试剂流入所述微流控芯片中的Y形通道内与所述待检测样品充分混合后流入反应检测子单元中对所述待检测样品进行检测；

其中，当待检测的所述重金属离子为Pb²⁺时，以谷胱甘肽金属纳米簇作为所述检测试剂，并作为荧光探针与Pb²⁺充分结合，读取荧光光谱进行定性或者定量的判断；或者，当待检测的所述重金属离子为Cd²⁺时，以半胱氨酸修饰谷胱甘肽金纳米簇作为所述检测试剂，并作为荧光探针与Pb²⁺充分结合，读取荧光光谱进行定性或者定量的判断。

本发明的有益之处在于：

本发明公开了一种微流控芯片，包括芯片本体，以及设置在该芯片本体内的只是一个检测功能单元，该检测功能单元包括进样口、预处理子单元、反应检测子单元，以及试剂进样子单元，从而使得可通过进样口加入石油废水等待检测水体样品，使其经预处理子单元进行预处理之后，进入反应检测子单元与经试剂进样子单元加入后流入该反应检测子单元内的检测试剂进行反应，以实现对待检测样品的快速检测，且该微流控芯片便于携带，无也需大型检测分析设备，降低了检测成本。

进一步地，通过在本发明的微流控芯片中预处理子单元中的螺旋通道上设置沉淀坑，在过滤池中设置过滤膜，有效分离和沉淀待检测样品中悬浮颗粒物和浮油等有机物，避免了对检测的不良影响，提高了检测的准确率。

进一步地，通过在本发明的微流控芯片中预处理子单元中的沉淀池中分别设置沉淀挡板和吸附件来有效分离和沉淀待检测样品中悬浮颗粒物和浮油等有机物，避免了对检测的不良影响，提高了检测的准确率；并且通过在沉淀池之间设置特殊的连接通道，进一步提高了沉淀效果。

进一步地，通过在微流控芯片上设置至少一个检测功能单元，使得可同时从该至少一个检测功能单元的进样口进样，从而只需要在位于中心的试剂进样池内加入一种检测试剂，即可在八个反应检测子单元同时对待检测样品进行检测，进而实现了高通量快速检测。

附图说明

图1为本发明的一种微流控芯片的第一实施例的结构示意图；

图2为图1中微流控芯片中预处理子单元中螺旋通道的一实施例的结构示意图；

图3为图1中微流控芯片中预处理子单元中过滤池的一实施例的结构示意图；

图4为本发明的一种微流控芯片的第二实施例的结构示意图；

图5为图4中微流控芯片中预处理子单元的一实施例的结构示意图；

图6a为反映在第一芯片加工层上加工得到的沉淀池下半部分和沉淀挡片的示意图；

图6b为反映在第二芯片加工层上加工得到的沉淀池上半部分的示意图；

图6c为反映图6a中第一芯片加工层与图6b中第二芯片加工层键合得到的沉淀池与沉淀挡片相配合的示意图；

图7a为本发明的一种微流控芯片第三实施例的结构示意图；

图7b为反映图7a中试剂进样池中设置加样隔板的示意图；

图8为反映图4的微流控芯片中液体流速的仿真图；

图9为反映图4的微流控芯片中液体中微粒物质在沉淀挡板的作用下的沉淀效果示意图；

图10为反映图5所示的沉淀池中待检测样品的流速仿真图；

图11为以GSH-AuNCs为检测试剂在图4的微流控芯片中对石油废水中Pb²⁺进行特异性检测的效果曲线图；

图12为以Cys-GSH-AuNCs为检测试剂在图4的微流控芯片中对石油废水中Cd²⁺进行特异性检测的效果曲线图；

图13为石油废水中八种金属离子在发射波长为590nm处的GSH-AuNCs的相对荧光强度示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明的微流控芯片，通过在芯片本体内设置至少一个检测功能单元来对水体中重金属离子进行预处理和检测，具体地，从该检测功能单元的进样口6加入待检测样品(例如石油废水)，然后该待检测样品经该进样口6流入预处理子单元5，以对待检测样品中的泥沙、油污、有机物、微生物等大量杂质进行分离和沉淀，然后再流入反应检测子单元3以与检测试剂(如谷胱甘肽金纳米簇检测液，具体地，通过向检测功能单元的试剂进样子单元4加入试剂，然后流入该反应检测子单元3的)进行反应，从而达到快递、简单检测的目的，且便于携带，大大降低了检测的成本，提高了效率；并且，还可根据实际需要在芯片本体内设置多个检测功能单元，从而实现高通量且快速检测的目的。下面结合附图和具体实施例对本发明的微流控芯片及其体系进行详细的说明。

实施例一

参见图1，为本发明的一种微流控芯片的第一实施例的结构示意图，具体地，本实施例的该微流控芯片包括矩形的芯片本体2，以及设置在该芯片本体2内的一个检测功能单元，该检测功能单元包括一个试剂进样子单元4，以及沿待检测样品流通方向依次相连通的进样口6、预处理子单元5和两个反应检测子单元3，其中，该试剂进样子单元4与该两个反应检测子单元3相连通。

参见图1，本实施例中，该预处理子单元包括沿待检测样品流通方向依次相连通的螺旋通道51和过滤池52；其中，该螺旋通道51围绕在该进样口6周围(即以进样口为中心盘旋形成圆盘状的螺旋通道)，并与该进样口6相连通，且该螺旋通道51上均匀设置有多个沉淀坑53，从而便于待检测样品中的泥沙等大颗粒物沉淀，参见图2；其中，该过滤池52采用相连通的4段U形通道521形成(当然，可根据实际需要增加或减少U形通道的段数)，并且两段U形通道521衔接处设置有过滤膜522(当然，在另一具体实施例中，也可在每段U形通道内设置一个过滤膜522，从而通过该过滤膜522除去废水样品中的有机物质，避免干扰检测，参见图3。

本实施例中，该过滤池52的最后一段U形通道521的出口通过一个Y形通道分别连接两个反应检测子单元3(即Y形通道的两个分叉出口分别各自连接一个反应检测子单元3)；而该试剂进样子单元4也分别通过两个连接通道连通至两个反应检测子单元3，参见图1。

进一步地，本实施例中的该微流控芯片还可在芯片本体上设置与该两个反应检测子单元3相连通的一个废液池。

下面以金属纳米簇作为检测试剂来检测石油废水中的重金属离子Hg²⁺为例，对本实施例的该微流控芯片的工作原理进行详细的说明：

首先，在进样口6加入石油废水样品，石油废水样品沿着螺旋通道51逐渐流入过滤池52。

由于螺旋通道51内设置有沉淀坑53，因此，石油废水中的泥沙等大颗粒物沉淀在该沉淀坑53中；由于过滤池52的U形通道521上设置有过滤膜522，因此，过滤膜522将过滤石油废水中的有机物质，具体地，参见图3，沉淀池5中没有沉淀完全的大颗粒物质随着石油废水一起进入从左至右起的第一段U形通道521-1，并经位于左侧的第一道过滤膜522-1过滤吸附掉样品中的油膜后进入第二段U形通道521-2；然后经第二道过滤膜522-2过滤后进入第三段U形通道521-3，再经第三道过滤膜522-3过滤后进入第四段U形通道521-4，最后经过沉淀和过滤后的石油废水通过一Y形通道加速流入该检测功能单元中的两个反应检测子单元内3。

然后，在经过沉淀和过滤后的石油废水流入反应检测子单元3的同时，在试剂进样子单元4中加入金属纳米簇，使其通过连接通道流入反应检测子单元3，从而使得沉淀和过滤后的石油废水样品与金属纳米簇在反应检测子单元3内混合后，进行检测。

进一步地，为了能够同时检测两种重金属离子，在另一具体实施例中，也可分别为两个反应检测子单元各自独立设置一个试剂进样子单元即可。

当然，本实施例中的该芯片本体也可以是正方形、圆形或者三角形或者其它正多边形，甚至不规则形状；进一步地，为了实现高通量检测，也可以根据实际需要在该芯片本体上设置两个检测功能单元，或者两个以上的检测功能单元，而两个或两个以上的该检测功能单元可根据实际需要进行排布，例如并列设置两个或两个以上的检测功能单元；或者，沿该圆形芯片本体的圆周方向均匀设置两个以上的检测功能单元，且该检测功能单元上内待检测样品的流通方向朝向圆心；或者，对应于正方形或三角形或其它正多边形芯片本体的每条边各自设置一个检测功能单元，且各个检测功能单元内待检测样品的流通方向朝向芯片本体的中心。

本实施例的该微流控芯片可应用于水体，如石油废水，中重金属离子的检测。

实施例二

为了能够同时对废水中两种不同的重金属离子进行快速检测，本发明还提供了另外一种微流控芯片。

参见图4，为本发明的一种微流控芯片的第二实施例的结构示意图，具体地，本实施例的该微流控芯片包括圆形芯片本体2，以及设置在该芯片本体2内的一个检测功能单元，该检测功能单元包括沿待检测样品流通方向(如图4中箭头方向)依次相连通的进样口6、预处理子单元5和两个反应检测子单元3，以及分别与两个反应检测子单元3相连通的两个试剂进样子单元4。

参见图4，本实施例中，该预处理子单元5包括沿待检测样品流通方向依次相连通的三个沉淀池55，其中，相邻两个沉淀池之间通过一连通通道57相连通，且该连通通道的尺寸沿待检测样品流通方向逐渐减小，使得该连通通道57呈横卧(横卧是指该连通通道的轴线与水平线平行)的棱台状，且该棱台的上底面朝向待检测样品流通方向，即该棱台的上底面并对应于下一个沉淀池的进口，而该棱台的下底面则对应于上一个沉淀池的出口。本实施例中，在两个沉淀池之间设置该连通通道57，使得芯片内的平流的流速改变加快，进入沉淀池55后突然放缓，参见图8，从而使微粒物质便于充分分散到整个沉淀池55进行沉淀，参见图9在一具体实施例中，该棱台呈横截面矩形，纵截面呈梯形四棱台。

参见图4和图5，本实施例中，每个沉淀池55内沿待检测样品流通方向均匀间隔设置有三个沉淀挡板56-1、56-2、56-3，且该三个沉淀挡板的高度沿待检测样品流通方向逐渐增高，具体地，参见图6c，令沉淀池进口的高度为h，第一沉淀挡板56-1的高度为H，且该第一沉淀挡板的顶端与沉淀池55进口的底部平齐；而第二沉淀挡板56-2的顶端与所述沉淀池55进口的中轴线平齐，即第二沉淀挡板56-2的高度为H+h/2；第三沉淀挡板56-3的顶端高出所述沉淀池55进口顶部的高度为该进口高度的一半，且第三沉淀挡板56-3的顶端距离沉淀池55的顶部是进口通道高度的一半，即第三沉淀挡板的高度为H+h+h/2，而沉淀池的高度为H+2h；而沉淀池55顶部则设置有用于去除有机物的吸附件(图中未示出)，如碳海绵、疏水油毡或者其它疏水亲油的材料制成的吸附件。本实施例中，通过在沉淀池内设置三个沉淀挡板，是为使芯片内的平流改为波浪状的湍流，使水中物质翻滚沉淀，见图9和图10。

在一具体实施例中，上述沉淀池的进口可能是进样口6与沉淀池之间的通道与该沉淀池之间的衔接处，也可能是两个沉淀池之间的横卧棱台状的连通通道与待检测样品即将流入的沉淀池之间的衔接处；其中，进样口6与沉淀池之间的通道与该沉淀池之间的衔接处的进口高度也可能与横卧棱台状的连通通道与沉淀池之间的衔接处的进口高度不同；当然，该进样口与沉淀池之间的通道的中轴线与该棱台状的连通通道的中轴线重合，或者该进样口与沉淀池之间的通道的中轴线低于该棱台状的连通通道的中轴线。

在一具体实施例中，该芯片本体是用透明材质如有机玻璃或PDMS高分子材料制成的，并采用光刻技术加工，具体地，该沉淀池55和沉淀挡板56是通过分别在不同的芯片加工层后，然后通过相应的键合工艺相互密闭贴合后得到的，具体地，参见图6a，在第一芯片加工层18上加工得到沉淀池下半部分55-1，以及位于该下半部分55-1内的第一沉淀挡板56-1、第二沉淀挡板56-2、第三沉淀挡板56-3，加工好后，侧面再封闭，其中，相邻两个沉淀池下半部分55-1之间设置有纵截面呈直角梯形，且向上凸起的凸块57-1(具体地，通过将相邻两个沉淀池下半部分之间的池壁顶部削去部分得到，例如从上往下地光刻加工以削去一个直角三角体)；而该第一沉淀挡板、第二沉淀挡板和第三沉淀挡板是从侧面立起竖直加工成如图6a所示的带弧度的沉淀挡板；参见图6b，在第二芯片加工层19上加工得到进样口6，以及对应于沉淀挡板56的沉淀池上半部分55-2(上半部分是直接加工成空的)，其中，相邻两个沉淀池上班部分之间设置有纵截面呈直角梯形，且向下凸起的凸块57-2(具体地，通过将相邻两个沉淀池上半部分之间的池壁底部削去部分得到，例如从下往上地光刻以削去一个直角三角体)，且当第一芯片加工层18和第二芯片加工层19通过相应的键合工艺相互密闭贴合时，第一芯片加工层上的凸块57-1与第二芯片加工层上的凸块57-2相配合形成一个横截面为矩形和纵截面呈梯形的四棱台状(其上下平行的两个面位矩形，四个侧面为梯形)的连通通道57，参见图6c，且该连通通道的尺寸沿待检测样品流通方向逐渐减小，即该连通通道的上平行面(即棱台上底面)对接于待检测样品即将流入的下一沉淀池的入口，下平行面(即棱台下底面)对接于待检测样品从上一个沉淀池流出的出口，从而使得待检测样品进入下一个沉淀池时的流速有所增加。即本实施例中，该芯片本体可以上下、左右、拆分加工，然后键合在一起。

当然，在另一具体实施例中，根据实际需要增加或减少沉淀池都是可以理解的；同理，根据实际需要增加或减少该沉淀池内的沉淀挡板个数也是可以理解的。

本实施例中，该预处理子单元5中最后一个沉淀池55的出口通过两个Y形通道分别与两个反应检测子单元3相连通，且该两个Y形通道的另外两个入口则分别各自与一个试剂进样子单元4相连通，即参见图4，沉淀池的出口同时与两个Y形通道的第一入口相连通，而两个试剂进样子单元分别与两个Y形通道的第二入口相连通，两个反应检测子单元分别与两个Y形通道的出口相连通。

下面分别以谷胱甘肽金属纳米簇(GSH-AuNCs)和半胱氨酸修饰谷胱甘肽金纳米簇(Cys-GSH-AuNCs)作为检测试剂来检测石油废水中的重金属离子Pb²⁺、Cd²⁺为例，对本实施例的该微流控芯片的工作原理进行详细的说明：

首先，制备本实施例的微流控芯片，其中，用于加入石油废水的圆形进样口6的直径为200um～700um(优选地，500μm)，圆形的反应检测子单元3的直径为100um～500um(优选地，300μm)，试剂进样子单元4中检测试剂的进样口直径为200um～700um(优选地，500μm)，三个沉淀池51的高度为250um～600um(优选地，300μm)，长宽为200um～650um×150um～600um(优选地，500μm×300μm；每个沉淀池55中三个沉淀挡片56的高度依次为100um～230um、137.5um～312.5um、237.5um～542.5um(优选地，200μm、300μm、500μm)。

然后，以0.1m/s-0.6m/s的速度在上述微流控芯片的圆形进样口6加入密度为1000kg/m³-5000 kg/m³，动力粘度为0.001Pa·s-0.02Pa·s的石油废水样品，石油废水样品依次流入相连的三个沉淀池55中，由三个沉淀池中的沉淀挡板56对石油废水样品中的悬浮固体进行拦截，并由沉淀池顶部的碳海绵去除有机物质，然后分别流入两个Y形通道；同时在两个Y形通道各自连通的两个试剂进样子单元4中分别加入谷胱甘肽金属纳米簇(GSH-AuNCs)和半胱氨酸修饰谷胱甘肽金纳米簇(Cys-GSH-AuNCs)，使其在两个Y形通道内分别与经过沉淀和分离的石油废水样品进行混合后，各自与两个Y形通道分别连通的反应检测子单元3内进行检测。

参见图9，沉淀挡板的高度对悬浮固体的沉淀起着重要作用，随着沉定挡板高度越高，对固体颗粒的拦截作用越明显，而离沉淀池55入口越近的沉定挡板的高度越低石油废水样品的速度越慢，且从而延长了悬浮颗粒的沉淀时间，使得离沉定池55入口越近沉淀效果越好，同时也使石油废水样品与碳海绵越紧密。

本实施例中，通过为每个检测功能单元设置两个反应检测子单元和两个试剂进样子单元，得到双通道平台，从而可实现不同试剂同时对待检测样品中不同重金属离子的检测；通过在沉淀池中设置三个沉淀挡板56对石油废水样品中的悬浮固体进行拦截，从而沉淀在沉淀池中，同时通过沉淀池55顶部的碳海绵高效率地吸油污等以多次除去水中浮油杂质；通过在两个沉淀池55之间设置梯形体连通通道，使得待检测样品在流经该梯形体连通通道后流速得到增加，从而使得经过沉淀分离的石油废水样品能够加速流入两个Y形通道，并在两个Y形通道内分别与不同的检测试剂进行充分混合后再流入对应的反应检测子单元3中。

当然，本实施例中，该该芯片本体也可以是矩形、正方形或者三角形或者其它正多边形，甚至不规则形状；进一步地，为了实现高通量检测，也可以根据实际需要设置两个检测功能单元，或者两个以上的检测功能单元，而两个或两个以上的该检测功能单元可根据实际需要进行排布，例如并列设置两个或两个以上的检测功能单元；或者，沿该圆形芯片本体的圆周方向均匀设置两个以上的检测功能单元，且该检测功能单元上内待检测样品的流通方向朝向圆心；或者，对应于正方形或三角形或其它正多边形芯片本体的每条边各自设置一个检测功能单元，且各个检测功能单元内待检测样品的流通方向朝向芯片本体的中心。

本实施例的该微流控芯片可应用于水体，如石油废水，中重金属离子的检测。

实施例三

为了实现对同一种重金属离子的高通量快速检测，本发明还提供了另一种微流控芯片。

参见图7a，为本发明的一种微流控芯片的一实施例的结构示意图，具体地，本实施例中的该微流控芯片包括呈圆形的芯片本体2，以及沿该芯片本体2圆周方向均匀设置的四个检测功能单元。

本实施例中，该检测功能单元采用上述实施例一中的检测功能单元，具体地，在该芯片本体2的中心位置设置一个圆形(当然，也可以是其他形状，如椭圆形、矩形等)试剂进样池，将该试剂进样池对应于四个检测功能单元划分为四个子区间，即每个检测功能单元对应于一个试剂进样子单元4，且该试剂进样子单元即为该试剂进样池中的一个子区间，然后，每个子区间则通过两个连通通道分别与对应检测功能单元中的两个反应检测子单元3相连，两个反应检测子单元3则通过一个Y形通道连接至过滤池52的最后一段U形通道521，即每个检测功能单元中的待检测样品的流通方向朝向芯片本体2的圆心或中心，参见图7a。

进一步地，为了直观地区分每个检测功能单元对应的试剂进样子单元4，可通过在该试剂进样池中对应设置四个加样隔板17以将该试剂进样池分化为四个扇形子区间，即每个扇形子区间分别作为四个检测功能单元的试剂进样子单元4，参见图7b。

进一步地，本实施例中，还在相邻两个反应检测子单元3之间设置废液存储子单元11，由于四个功能检测单元沿圆周方向设置，从而使得多个反应检测子单元3和废液存储子单元11相连形成环形。

为了保证该试剂进样池内液体的正常流动，进一步地，参见图7a和图7b，本实施例还在该芯片本体2上设置有与该试剂进样池相连通的气体通道10，具体地，沿该芯片本体2的径向相对设置两个气体通道10，且两个该气体通道10与该试剂进样池相连通。

更进一步地，为了能够固定安装该微流控芯片，还可在该芯片本体2上开设两个固定安装槽12，从而可通过与相应的结构卡扣配合，以实现将该微流控芯片固定。

本实施例中，通过在芯片本体上沿圆周方向均匀设置了四个检测功能单元，使得可以同时从四个检测功能单元的进样口进样，在位于中心的试剂进样池内加入一种检测试剂，从而可在八个反应检测子单元同时对进行检测，进而实现了高通量快速检测。

当然，本实施例中，该芯片本体也可以是正方形、矩形或者三角形或者其它正多边形，甚至不规则形状，而四个该检测功能单元可根据实际需要进行排布，例如并列设置四个检测功能单元；或者，对应于正方形或矩形或三角形或其它正多边形芯片本体的每条边各自设置一个检测功能单元，且各个检测功能单元内待检测样品的流通方向朝向芯片本体的中心。当然，本实施例中，该检测功能单元的数据可根据实际需要增加或减小，相应地，芯片本体的中心的试剂进样池则对应于检测功能单元的个数划分为同等数量的子区间分别作为每个检测功能单元中的试剂进样子单元。

本实施例的该微流控芯片可应用于水体，如石油废水，中重金属离子的检测。

实施例四

基于上述的微流控芯片，本发明还提供了一种微流控芯片体系，其包括从上至下依次包括盖片、微流控芯片2和基片1，其中，该微流控芯片2采用上述实施例一或者实施例二或实施例三中的微流控芯片。

实施例五

本发明还提供了基于本发明的微流控芯片的一种水体/废水中重金属离子的检测方法，下面结合具体实施例和附图进行详细说明。

对照组-以某油气田废水作为待检测样品，由某权威第三方检测技术服务公司进行标准检测

方法：由于该石油废水中有少量悬浮物，因此，采用原子荧光光度计(AFS-9750)、原子吸收分光光度计(AA-7000)进行检测精确定性定量分析，其中，铅检测方法为《石墨炉原子吸收法(B)》，依据《水和废水监测分析方法》(第四版)，检出限4×10^-5mg/L；镉采用水质铜、锌、铅、镉的测定原子吸收分光光度法，依据标准为GB/T7475-1987，检出限为0.05mg/L。检测的结果：Pb²⁺浓度为6.28mg/L，Cd²⁺为0.25mg/L。

实验组-以GSH-AuNCs和Cys-GSH-AuNCs分别对石油废水中的Pb²⁺和Cd²⁺进行检测

方法：

(1)芯片选择。由于要同时检测两种重金属离子Pb2+和Cd2+，因此，本次实验选择上述实施例二中的微流控芯片。

当然，也可采用两个上述实施例一中的微流控芯片分别对石油废水中的Pb²⁺和Cd^{2 +}进行检测，或者为实施例一中微流控芯片中的两个反应检测子单元设置一个独立的试剂进样子单元，以两个试剂进样子单元中分别加入不同的检测试剂以检测Pb²⁺和Cd²⁺。当然，若只检测一种重金属离子可选择上述实施例一或实施例二或实施例三中都是可以理解的。

(2)加待测样液。首先，在上述实施例二中微流控芯片的样品口6加入定量待检测的石油废水试样液；石油废水样液经过沉淀池55时，样液中的悬浮颗粒沉淀在沉淀池中，同时其中的烯、烃、油脂等有机物也被碳海绵吸附，然后分别进入两个Y形通道被定量分流到两个反应检测子单元3中。

(3)加检测试剂。经过预处理后的样液流入Y形通道的同时，分别在该微流控芯片上的两个试剂进样子单元4中分别加入谷胱甘肽金属纳米簇(GSH-AuNCs)和半胱氨酸修饰谷胱甘肽金纳米簇(Cys-GSH-AuNCs)，使其进入相应的Y形通道与经过预处理的样液充分混合后流入反应检测子单元3中，分别记录荧光光谱，直至荧光强度不再变化。

检测结果：

谷胱甘肽金属纳米簇(GSH-AuNCs)与Pb²⁺结合，荧光明显增强，参见图11，比对标准荧光强度-浓度曲线，实验组中Pb²⁺的标准荧光增强强度-浓度曲线为：

其中，R²为相关系数，检测Pb²⁺的范围为：5uM≤x≤60uM。

并且，参见图13，与石油废水中其他的7种重金属离子(如Hg²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺、Ca^{2 +}、Ba²⁺、Cd²⁺)相比，能特异识别性Pb²⁺，明显荧光增强。

半胱氨酸修饰谷胱甘肽金纳米簇(Cys-GSH-AuNCs)与Cd²⁺结合，荧光明显增强，参见图12，比对标准荧光强度-浓度曲线，实验组中Cd²⁺的标准荧光增强强度-浓度曲线为：

其中，检测Pb²⁺的范围为：5uM≤x≤30uM。

并且，与石油废水中其他的7种重金属离子(如Hg²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺、Ba²⁺、Pd²⁺)相比，能特异识别性Cb²⁺，明显荧光增强。

偏差验证：

对比610nm处的荧光强度，对于石油废水中的Pb²⁺，F/F₀＝452.05/212.9＝2.1232＝y，根据上述方程(1)，可得x＝29.48μM，即为6.11mg/L。然而，第三方的标准检测结果为6.28mg/L，即实验组的检测结果与标准检测结果相近，偏差符合要求。

对比610nm处的荧光强度，对于石油废水中的Cd²⁺：F/F₀＝143.05/113.2＝1.2636＝y，根据上述方程(2)，可得x＝2.17μM，即为0.24mg/L，然而，第三方的标准检测结果为0.25mg/L即实验组的检测结果与标准检测结果相近，偏差符合要求。

其中，“F₀/F”表示加入石油废水前后荧光强度的比值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。