一种用于面粉增白剂检测的装置及其使用方法

摘要

本发明公开了一种用于面粉增白剂检测的装置及其使用方法，在装置包括：一光盘状本体，所述的光盘状本体上设有至少2个微流控通道单元；每个所述的微流控通道单元包括：串联的、由本体中心向本体边缘方向分布的一储液池、一样品仓、一过滤区和一检测区，其中所述的储液池和样品仓之间还设有突破阀。本发明的装置和方法省去了繁琐的面粉前处理过程，具有结构简单、试样消耗量小、检测成本低、检测速度快等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及的领域为微流控芯片及其应用领域。特别是涉及一种基于离心力驱动的用 于面粉增白剂检测的微流控芯片装置及其使用方法。

背景技术

面粉增白剂的有效成分为过氧化苯甲酰（BPO），是一种具有增白面粉和加快面粉后熟 作用的食品添加剂，可以使面粉及其制品外观宜人、口感优良，同时又不影响面粉的烘焙 性能，曾是我国面粉加工行业普遍使用的品质改良剂。过氧化苯甲酰最早于八十年代末从 国外引进并开始普遍使用，国标GB2760-2007中规定其使用范围是小麦粉，最大添加量是 60PPM。由于添加面粉增白剂后会影响面粉的品质，且其对人体具有潜在的危害，故我国 最新发布的GB2760-2011食品添加剂使用标准中将过氧化苯甲酰从面粉处理剂名单中剔 除，并规定自2011年5月1日起，禁止生产、在面粉中添加食品添加剂过氧化苯甲酰。 常见的过氧化苯甲酰检测方法有气相色谱法（GB/T18415-2001）、高效液相色谱法（GB/T 22325-2008）、碘量法、化学发光法及光度法等。，但此类检测方法均存在样品前处理步骤 繁琐耗时、检测成本昂贵、无法进行现场分析、，对检验人员素质要求较高等问题。

拉曼光谱检测分析方法具有检测快速、分辨率高、信息丰富、无需衍生、样品量少等 优点，拉曼光谱谱图清晰尖锐，通过谱图比对可实现指纹图谱分析,且激光光束聚焦范围 小（0.2-2mm），可实现食品样品中微量化学添加剂的高灵敏度半定量检测。随着技术的进 步，小型、便携式拉曼光谱仪的出现，也让现场快速检测成为可能。

微流控芯片技术自上个世纪90年代初出现后，由于其具备的集成度高、制作成本低、 试剂用量小、反应时间短等优势，引起了广泛的研究兴趣。近年来发展起来的微流控芯片 可集成进样、过滤、浓缩、混合、反应、分离及检测等单元操作，具有针对复杂体系的处 理和分析能力。但其需要借助大量复杂的阀泵结构设计和外界注射泵等以实现流体的驱 动，微流控芯片的产业化发展受到了极大的局限。目前常用的微流控芯片流体驱动方式主 要包括：压力驱动、电渗流驱动、表面张力驱动、离心力驱动等。其中基于离心力驱动的 微流控芯片具备1.驱动设备简单，无需多个驱动源，仅通过单一的离心力驱动源，即可 同时驱动多个微流通道，能很好的满足分析检测中的多通道多重复性平行检测。2.流速稳 定可控且易于调节，仅对转速进行控制就能实现流体在微通道中的不同流速的稳定流动。 3.离心力驱动对于流体的物理化学性质要求不高，其驱动能力不受流体的pH、离子强度 等的影响，具有很好的相容性。因此，离心力驱动微流控芯片在食品安全分析检测领域应 用有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明旨在提供一种快速、便携、高集成的离心力驱动微流控芯片装置，并实现面粉 增白剂的检测。设计并加工出一种离心力驱动的微流控芯片及其驱动装置，通过通道特殊 结构设计，结合便携式拉曼光谱仪检测，实现对面粉增白剂的实时、便携检测。

一种用于面粉增白剂检测的装置，其特征在于包括：一光盘状本体，所述的光盘状本 体上设有至少2个微流控通道单元；每个所述的微流控通道单元包括：串联的、由本体中 心向本体边缘方向分布的一储液池、一样品仓、一过滤区和一检测区，其中所述的储液池 和样品仓之间还设有突破阀。

微流控通道单元的数量可根据需要不同变化，一般可设计4-20个不等的重复微流控 通道单元。

在本发明的较佳实施例中，每个所述的微流控通道单元可以和半径方向有一定的夹 角，例如大于45度或是小于45度，但从设计角度，夹角以不大于45度为好。最好是每 个所述的微流控通道单元沿半径方向分布。

在本发明的较佳实施例中，所述的过滤区可采用固相萃取柱填料填充的方式，或是采 用微加工的方式加工出的微柱阵列结构。

在本发明的较佳实施例中，所述的检测区预先通过组装或加工的方式在表面获得可用 于拉曼光谱检测的纳米尺度粗糙化结构。

一种用于面粉增白剂检测的方法，包括如下步骤：

1）制作权利要求1所述的用于面粉增白剂检测的装置；

2）将制作好的装置置于离心力驱动装置中；

3）通过储液池的进液口注入有机溶剂，液体进入储液池，并将待测面粉加入样品仓 中；

4）启动离心力驱动装置，以第一离心速度离心，使储液池中的有机溶剂流入面粉仓， 将面粉中的过氧化苯甲酰溶解并洗脱；

5）以转速大于第一离心速度的第二离心速度离心，使洗脱液进入并通过过滤区，残 余在洗脱液中的未溶解面粉颗粒被阻挡，剩余的液体进入检测区；

6）待检测区的洗脱液挥发后，利用便携式拉曼光谱仪进行检测。

在本发明的较佳实施例中，所述的第一离心速度可以设置为300-800rpm。

在本发明的较佳实施例中，所述的第一离心速度可以设置为500-1200rpm。

在本发明的较佳实施例中，所述的检测区预先通过组装或加工的方式在表面获得纳米 粗糙化结构，待有机溶剂挥发后直接用便携式拉曼光谱仪检测；如果检测区表面未经粗糙 化处理，可以待有机溶剂挥发、固体析出后，滴入纳米粒子溶胶混合后再用便携式拉曼光 谱仪检测，或是直接在洗脱液中滴入纳米粒子溶胶，混合后再用便携式拉曼光谱仪检测。 其中纳米粒子溶胶可为金、银或铜的纳米粒子，纳米粒子的直径为5-500nm。

与现有方法和装置相比，本发明的优点在于：

1）本发明方法采用离心力作为芯片驱动力，与传统驱动方式相比，其芯片及其驱动 装置大大简化，同时，通过单一驱动源即可实现多条通道的同时流体驱动，能够同时平行 的进行多样品分析检测。

2）利用表面增强拉曼光谱测定面粉中面粉增白剂的方法，快速，准确。

3）本发明所述的离心式微流控芯片及其面粉增白剂检测方法省去了繁琐的面粉前处 理过程，具有结构简单、试样消耗量小、检测成本低、检测速度快等优点。

附图说明

图1和图2是根据本发明所述的用于面粉检测的离心式微流控芯片示意图。

其中，图1为芯片基片A的示意图，图2为为芯片盖片B的示意图

图3是根据本发明所述的离心式微流控芯片中的单元结果芯片通道示意图。

其中1进液口、2储液池、3突破阀、4样品仓、5过滤区、6检测区

图4是根据本发明的芯片所测得的面粉增白剂（过氧化苯甲酰）拉曼光谱图。

具体实施方式

定义

本发明中所用技术术语的定义应理解为包括这些术语和在本领域中的技术人员已知 的那些含义，并且，并不意在限制本发明的范围。

本文中使用的术语“光盘状”是指中心具有轴孔的圆盘的形状。作为变形，除圆形外， 还可以设计为正多边形等形状，或是边缘设有均匀的凹陷等。此外，盘面表面可以是平面 或是沿中心向外有一倾斜，使盘面中心呈凹陷或凸起、其只要符合可以离心操作的条件即 可，这都应在本发明的等同替代范畴内。

实施例1

参见图1至图3，本发明的装置结构如下：

其为光盘形状，包括一基片A以及一盖片B，基片A和盖片B互相为可密封键合的设 计。其中，基片A上沿圆周方向均匀设有六个微流控通道单元，每个微流控通道单元都沿 半径方向分布。

特别参见图3，每个微流控通道单元包括：串联的、由基片A中心向边缘方向分布的 一储液池2、一样品仓4、一过滤区5和一检测区6，其中所述的储液池2和样品仓3之 间还设有突破阀3。

在盖片B上，对应每个储液池2的位置设有进液口1，对应每个检测区6的位置设有 检测口6’。

基片A以及盖片B材料可以是石英、玻璃，也可以是聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚甲 基丙烯酸甲脂（PMMA）或聚碳酸酯（PC）等高分子聚合物材料。其直径可为50-100mm， 中心孔径为10-15mm。芯片厚度5-30mm。微流控通道单元可通过现有成型微芯片加工技术 加工而成。

含有面粉增白剂的面粉样品可预先在键合时封装于芯片中，也可采取后期填充的方 法。

离心力驱动装置可利用现有商品化离心机改装其转子而成，离心机转子可以提供 100-10000rpm的离心转速，可精确控制离心时间10s-600s，也可利用其他自制或特制可 控离心力驱动装置进行离心力操控。

储液池2的形状大小可根据需要，需保证储液池的溶液容量50ul-200ul之间。所采 用的有机溶剂可以是丙酮、甲醇等能溶解过氧化苯甲酰的有机溶剂。

所述的突破阀3是一段细小通道，在离心转速不够大时，无法提供足够大的离心力使 样品溶液突破突破阀，从而让溶液保留在储液池中。

检测区6的直径大小可设计为5-10mm，控制较小的检测区域将有利于获得更好的光 谱信号。

实施例2

设计并制作用于面粉增白剂检测的离心式微流控芯片，采用石英玻璃作为芯片基片， 利用常规光刻和湿法腐蚀的方法加工通道结构；采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为盖片材 料。为增大储液池和样品仓的容量，采取了基底和盖片双面结构的方式，通过对准键合， 产生一个更大的腔体以用于液体和样品的储存。将分别加标过氧化苯甲酰10PPM、100PPM、 1000PPM的面粉样品预先装入样品仓中，与盖片对准键合。将键合好的离心式微流控芯片 放置于离心力驱动装置上，卡紧卡槽并旋紧转子。用微量注射器向进液口注入有机溶剂丙 酮，液体进入储液池中。启动离心机，以400rpm转速离心3min，储液池中丙酮通过突破 阀进入样品仓中，洗脱面粉样品中的过氧化苯甲酰。30s-120s后将转速提高至600rpm， 洗脱液进入过滤区。该芯片过滤区由微加工的阵列微柱组成，微柱直径为50um，两相邻 微柱之间的圆心距为100um，微柱高度为20um。样品仓中的面粉及洗脱液中未溶解的面粉 颗粒将被微柱阵列阻挡而无法进入检测区。检测区的直径为5mm，检测区表面已由金纳米 粒子组装上了一层或多层的致密的纳米粒子薄膜。洗脱液进入检测区后，停止离心力驱动， 待洗脱液中丙酮逐渐自然挥发，丙酮中溶解的过氧化苯甲酰固体慢慢析出后，固体物质完 全吸附在纳米粒子表面，利用便携式拉曼光谱仪进行检测，将获得的谱图与标准样品谱图 进行比对。

实施例3

设计并制作用于面粉增白剂检测的离心式微流控芯片，采用PMMA作为芯片基片，利 用激光打标机加工通道结构；采用聚二甲基硅氧烷（PDMS）作为盖片材料。同实施例1， 采取了基底和盖片双面结构的方式，通过对准键合，产生一个更大的腔体以用于液体和样 品的储存。将分别加标过氧化苯甲酰10PPM、100PPM、1000PPM的面粉样品预先装入样品 仓中，与盖片对准键合。将键合好的离心式微流控芯片放置于离心力驱动装置上，卡紧卡 槽并旋紧转子。用微量注射器向进液口注入有机溶剂丙酮，液体进入储液池中。启动离心 机，以600rpm转速离心3min，储液池中丙酮通过突破阀进入样品仓中，洗脱面粉样品中 的过氧化苯甲酰。30s-120s后将转速提高至1000rpm，洗脱液进入过滤区。该芯片过滤区 由微加工的阵列微柱组成，微柱直径为50um，两相邻微柱之间的圆心距为100um，微柱的 高度为20um。样品仓中的面粉及洗脱液中未溶解的面粉颗粒将被微柱阵列阻挡而无法进 入检测区。检测区的孔径为5mm，洗脱液进入检测区后，停止离心力驱动，待洗脱液中丙 酮逐渐自然挥发，丙酮中溶解的过氧化苯甲酰固体慢慢析出后，滴入粒径为50nm纳米粒 子溶胶，将纳米粒子溶胶与析出的固体完全混合后，利用便携式拉曼光谱仪进行检测。其 中，100PPM通道的检测结果见图4。