水污染物分析中微流控技术的应用

所有进入水环境的污染物都属于环境分析的研究对象。根据其毒性、危害和关注程度，可分为环境优先污染物和其他环境污染物。微流控芯片技术在水环境污染分析中的研究和应用还处于起步阶段，因此大多集中在优先污染物的相关报道中，主要包括重金属、营养元素、有机污染物和微生物。

1 用于检测水中重金属的微流控芯片系统。

伴随着工农业的发展，越来越多的重金属如汞、镉、铬、铅、铜、锌、镍、钡、钒等被排入水中，不仅对水生动植物产生毒害作用，而且通过富集作用进入生物链，对整个生态环境构成严重威胁.对于上述重金属的检测，虽然可以采用高精度的原子吸收光谱和原子荧光光谱等方法，但在应对突发污染物泄漏事件或连续监测某一区域时，仍然需要快速、高效的检测工具。

采用光刻法与湿法刻蚀技术相结合，成功研制出一种微流控芯片.该芯片利用鲁米诺发光的性质，成功地对硝酸钴进行了测定，最低限度为3×10-11mol.L-1.该装置采用成本低廉的光电探测器，在保证高敏感性的前提下降低了成本，并将试剂固定在微芯片上，实现了操作的自动化。同时，经过简单的改造，该微全分析系统还可成为检测过氧化氢或二氧化氮的装置，并可与信号传输装置相结合，成为一种具有无线信号传输功能的设备。

利用发光二极管和光电二极管，结合低温共烧陶瓷，制造了一种基于光度检测的连续流动分析微芯片。该装置采用二苯基甲酰胺作为显色剂测定六价铬，在0.1~20mgL-1的范围内表现出良好的线性关系，检测极限最低为50μgL-1。基于纸张的微流控器件近年来发展迅速。与功能相似的微流控设备相比，它具有操作简单、无需外援设备、可多元化检测等优点，有望成为最便宜的分析检测设备。利用β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)在重金属离子的抑制下会失去活性，配合其他金属指示剂，开发出一种可用于检测多种重金属的纸质芯片，显示出良好的灵敏度。

2 营养盐测定芯片

用于营养盐测定的微流控芯片系统大多是基于分光光度法的检测原理，利用现代微细加工技术集成各种光电元件。例如，利用钼酸铵与磷酸盐反应产生特征黄色或黄绿色的特点，开发了一种用于水中磷酸盐监测的微流控芯片系统。该系统配有数据发射装置，可分别布置在目标区域的不同位置，对该区域的磷酸盐污染情况进行全方位实时监测，检测限制最低为0.3mgL-1。

提出了一种三层杂交结构微流控芯片，在玻璃片上加工微反应通道，用PDMS加工气体渗透膜和带接收通道的PDMS底片，实现溶液中NH4+反应、氨扩散分离吸收、溴百里酚蓝显色和光度检测在微流控芯片上的集成。

理论上，任何基于流动注射分析技术的营养盐测定都可以在微流控芯片中实现。然而，由于微米尺度的微流控芯片通道的吸收光程和光通量受到很大限制，这种技术的突破点在于芯片上长光程检测的实现。此外，毛细管电泳微流控芯片技术在营养盐检测中得到了很好的应用。制造了一种基于毛细管电泳技术的微流控芯片。该系统可以在90s内同时检测亚硝酸盐离子和硝酸盐离子。最低检测限额为(0.09±0.007)μmol-1(NO2-)和(0.08±0.009)μmol-1(NO3-)。Sieben也做了类似的研究，制造了一种用于检测亚硝酸盐的微流控装置。

3 有机污染物分析芯片。

除了无机污染物机污染物外，还含有大量的有机污染物，通过降低水中的毒性和溶解氧对生态系统产生影响，危害人体健康。因此，有机污染物的数量是评价水污染状况的极其重要的指标。由于这种污染物含量低，通常需要预处理。微流控芯片的优点是可以整合前期预处理和后期检测，提取/富集效率高。采用基于光谱分析技术的微流控芯片，对多环芳烃进行了检测，其检测范围为0.1μg.L-1~400mg.L-1。制介孔材料(CMK-3)修饰碳盘电极的电化学检测芯片可以检测水中的硝基苯化合物。该装置利用毛细管电泳装置分离四种硝基苯化合物。在样品未经复杂预处理的情况下，饮用水中最低检测限值可达3.0~4.7μmolL-1。采用毛细管凝胶电泳技术，结合激光诱导荧光检测方法，制出微流控芯片，检测水中溶解的有机碳。

通过对日野川和琵琶湖的水样分析，经过孔径为0.45μm的滤膜后，可检测出浓度为1~2mg.L-1的DOC。利用基于毛细管电泳-安培检测系统的微流控芯片，检测以双酚A为代表的一些内分泌干扰物。该系统的主要结构是用普鲁士蓝装饰的氧化铟锡(ITO)电极，并配合弯曲的微通道。经过微通道的有效分离后，该系统对双酚A的检测仅限于59nmolL-1。然而，该芯片目前只用于检测被泡沫塑料污染的水体，这只是内分泌干扰素检测的初级阶段。对于科研人员来说，下一步是对更广泛的污染物检测进行深入的研究。

4 微生物检测芯片

水中的微生物按其粒径属于颗粒有机碳范围，其种群丰度可以反映水体的生态特征和一些重要的污染状况是水体生态调查中的常规监测指标。在其测定过程中，流式细胞技术是最准确快速的方法。但其设备昂贵，体积庞大，需要专人操作，不适应现场和连续监测要求。基于鞘流式流体控制的微流控芯片的出现在一定程度上克服了这些局限，并可能实现仪器的集成化、小型化、自动化、便携化和便携化。首先，它们可以通过激光诱导细胞的微流动力分析和分析来形成多种类似的微流控制方法。除了流动力外，还可以根据流式进一步完成流式细胞的微流动力分析和分析和分析细胞的微流控芯片。基于流动力。

开发了一种固定免疫磁珠的微流控芯片，可以从稀释样本中检测和分离大肠杆菌。通过芯片外的PCR预处理技术和芯片中的毛细电泳技术，可以有效提高捕获细胞的效率。该芯片对微生物的捕获效率为70%。与此类似，它制造了一种由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的微流控多通道芯片，由多克隆抗体pAb修饰，可以同时检测8个不同的样本，也可以平行检测同一个样本，检测下限为6~10cfumL-1。该芯片的优点可以预浓缩和丰富样品，避免潜在污染物对目标分析的干扰。利用分子杂交技术，开发了一种以rrna为探针的微流控芯片。该芯片有两段18Srrna作为探针，可以形成两个特定的检测区域。微生物破碎、提取总DNA和PCR后，亚历山藻成功检测。