一种用于微囊藻毒素检测的传感器芯片及其移动监测设备制造技术

本发明专利技术提供一种用于微囊藻毒素检测的传感器芯片及其移动监测设备。该传感器芯片包括复合芯片，所述复合芯片的上表面修饰有微囊藻毒素分子印迹膜，所述微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素特异性识别的微孔。该移动监测设备包括具有该传感器芯片的光学系统、流路系统。本发明专利技术提供了一种实时检测水域中藻毒素含量的检测装置，可以在现场实时原位检测水域中藻毒素的含量，仪器可在野外自动运行，无需人工参与。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微囊藻毒素检测
，特别是涉及一种用于微囊藻毒素检测的传感器芯片及其移动监测设备。
技术介绍
微囊藻毒素是有害的蓝藻水华释放的一类具有强烈促癌作用的肝毒素，是单环七肽有机化合物，在全世界的水源中均有发现。由于湖泊水库的富营养化作用，被微囊藻毒素污染的水体持续增长，给人类健康带来了巨大威胁。在已发现的各种藻毒素中，微囊藻毒素是目前已知的一种在蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重的藻毒素。由于藻毒素的稳定性较高，常规的自来水厂处理工艺并不能非常有效地去除藻毒素，因此对微囊藻毒素的检测十分必要。目前对微囊藻毒素的检测方法主要包括生物方法、化学方法、生化方法和免疫方法等。其中，高效液相色谱(HPLC)检测方法和酶联免疫分析(ELISA)检测方法应用最广，但是这些方法存在操作复杂费时、样品预处理昂贵和设备昂贵等缺点，且不能实现对水体的原位监测，这在很大程度上制约了微囊藻毒素的即时检测，难以实现对饮用水源地微囊藻毒素污染的预警。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于微囊藻毒素检测的传感器芯片及其移动监测设备，用于解决现有技术中微囊藻毒素的检测操作复杂、样品预处理昂贵、难以实现对水体的原位监测等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种用于检测微囊藻毒素的复合芯片，该复合芯片包括至少两个金层以及间隔设置在金层之间的二硫化钼层，所述复合芯片的最底层和最顶层均为金层。通常，金层的厚度从底部到顶部逐渐变薄，最顶层的金层用于修饰微囊藻毒素分子印迹膜，最底层的金层与玻璃基底粘合。进一步地，所述复合芯片具有两个金层和一个二硫化钼层，包括位于底部的第一金层、位于顶部的第二金层以及位于两个金层之间的二硫化钼层。进一步地，所述第一金层的厚度为40-50nm，所述二硫化钼层的厚度为0.67-6.7nm，所述第二金层的厚度为2-3nm。第一层金厚度在40-50纳米最适合产生电磁场，然后二硫化钼在0.67-6.7纳米范围内，能提高第一层金产生的电磁场。第二层金起一个辅助增强电磁场作用，同时，也便于分子印记膜的制作，能使分子印记膜和金牢固地结合。本专利技术第二方面提供一种用于检测微囊藻毒素的传感器芯片，该传感器芯片包括上述复合芯片，所述复合芯片的顶部金层上表面修饰有微囊藻毒素分子印迹膜，所述微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素分子特异性识别的微孔。进一步地，所述微囊藻毒素分子印迹膜通过热聚合法修饰在所述复合芯片的上表面。进一步地，所述传感器芯片还包括玻璃基底，该玻璃基底位于底部金层的下表面。更进一步地，所述玻璃基底的材料为BK7。更进一步地，所述玻璃基底与底部金层之间设有铬层。铬层主要起粘连作用，能将金和玻璃基底粘连起来。优选地，所述铬层的厚度为2-3nm。该厚度一方面能够实现玻璃基底与底部金层之间有效粘连，另一方面，使得光能够穿透铬层，激发金层中的电子。如果铬层太厚，光就无法穿透铬层，进而光就无法激发金中的电子。本专利技术第三方面提供一种在上述复合芯片上修饰微囊藻毒素分子印迹膜的方法，至少包括以下步骤：1)预处理：将复合芯片清洗后，浸入十一烷酸硫醇与乙醇混合溶液中，处理结束后，取出芯片，再次清洗并吹干，备用。十一烷酸硫醇与乙醇混合溶液能够在金膜表面形成致密的单分子烷基层自组装膜，这层自组装膜的尾基羧基，能够通过弱的相互作用连接不同的分子，以便能形成分子聚合物。此时的复合芯片通常带有玻璃基底。2)配制聚合液：将微囊藻毒素、甲基丙烯酸、二甲基亚砜混合，静置使其预聚合，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，氮气处理后，制得聚合液。3)热聚合处理：将步骤1)预处理后的备用芯片浸入步骤2)制得的聚合液中，于60℃环境下热聚合反应，反应结束后，取出复合芯片，采用甲醇与乙酸的混合液冲洗复合芯片表面，除去聚合物中的微囊藻毒素分子，制得修饰有微囊藻毒素分子印迹膜的复合芯片，微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素特异性识别的微孔。进一步地，步骤1)中，浸泡处理前，复合芯片依次经过丙酮、乙醇、超纯水清洗，采用氮气吹干后，再采用氧气等离子体清洗机进行清洗。进一步地，步骤1)中，十一烷酸硫醇与乙醇混合溶液中十一烷酸硫醇的浓度为200mM。进一步地，步骤2)中，微囊藻毒素、甲基丙烯酸、二甲基丙烯酸乙二醇酯的用量以微囊藻毒素的摩尔量为基准，按照优化比例1：30：30的摩尔比加入。进一步地，步骤3)中，热聚合反应的时间为15-20h。进一步地，步骤3)中，甲醇与乙酸以9:1的体积比制得所述混合液。本专利技术第四方面提供具有上述传感器芯片的封装结构。封装结构的具体结构可以根据实际需要进行设计，目的是起到固定传感器芯片的作用，同时使溶液流经传感器芯片的表面，经过传感器芯片的光线能够从该封装结构透过，进入光路信号采集系统。进一步地，包括上盖、下底，所述上盖、下底之间安装有传感器芯片，所述上盖、下底以及传感器芯片通过锁紧件锁紧，所述上盖内部开设有用于流通液体的管路，所述传感器芯片的微囊藻毒素分子印迹膜至少部分的表面裸露于管路，所述上盖设有贯穿所述上盖的透光通道，所述下底设有贯穿所述下底的透光通道，所述上盖与下底的透光通道的位置与传感器芯片的位置相配合，进入下底透光通道的光线依次通过传感器芯片、上盖的透光通道并穿出上盖。该封装结构起到固定传感器芯片的作用，并且使管路中的溶液流经传感器芯片上的微囊藻毒素分子印迹膜，光学系统的光线从下底的透光通道进入，通过物镜激发传感器芯片，传感器芯片产生的光依次穿过管路中的溶液、上盖的透光通道，再从上盖穿出，进入拉曼信号采集系统，当上盖采用PDMS材料时，上盖上用于光线穿过的部位的厚度≤0.5mm，使得光线顺利穿出，并且上盖的管路是封闭的，不会出现溶液泄露。同时，传感器芯片产生的光也从下底的透光通道返回，经过物镜再次收集，进入图像信息采集系统、干涉光谱信息采集系统等。进一步地，所述管路中液体的流向与透光通道垂直。进一步地，所述锁紧件包括螺栓和螺母，所述上盖、下底均为PDMS(聚二甲基硅氧烷)材质，透光性好，所述下底将传感器芯片的侧边压紧在上盖的外表面。PDMS是一种透明材料，融化冷凝后就形成固体，用于透光的薄壁厚度需要控制在0.5mm之内，便于光的透过，进而被拉曼检测系统收集。当然，上盖、下底也可以为PMMA等其他材质。本专利技术第五方面提供一种具有上述传感器芯片的光学系统。进一步地，该光学系统包括入射光路、干涉光谱相位信息检测系统、干涉图像相位信息检测系统、拉曼信号获取系统，入射光路的光线通过第一分束镜进入物镜，通过物镜激发封装结构的传感器芯片，传感器芯片产生的光透过封装有传感器芯片的封装结构，分别进入拉曼信号获取系统、干涉光谱相位信息检测系统、干涉图像相位信息检测系统。具体地，入射光从传感芯片底部激发传感器芯片上的复合结构，复合结构产生的光透过传感器芯片封装结构的上盖进入拉曼信号获取系统。同时，复合结构产生的光透过传感器芯片封装结构的下底，并被物镜再次收集，进入干涉光谱相位信息检测系统和干涉图像相位信息检测系统。进一步地，所述入射光路包括光源，光源发出的光线依次通过第二分束镜、第一透镜、起偏器、双折射晶体、空间光调制器、第一分束镜、物镜、传感器芯片。进一步地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于检测微囊藻毒素的复合芯片，其特征在于，包括至少两个金层以及间隔设置在金层之间的二硫化钼层，所述复合芯片的最底层和最顶层均为金层。

【技术特征摘要】
1.一种用于检测微囊藻毒素的复合芯片，其特征在于，包括至少两个金层以及间隔设置在金层之间的二硫化钼层，所述复合芯片的最底层和最顶层均为金层。2.根据权利要求1所述的复合芯片，其特征在于：所述复合芯片包括第一金层(2)、第二金层(4)以及位于两个金层之间的二硫化钼层(3)，优选地，所述第一金层(2)的厚度为40-50nm，所述二硫化钼层(3)的厚度为0.67-6.7nm，所述第二金层(4)的厚度为2-3nm。3.一种用于检测微囊藻毒素的传感器芯片，其特征在于，该传感器芯片包括如权利要求1-2任一项所述的复合芯片，所述复合芯片的顶部金层上表面修饰有微囊藻毒素分子印迹膜(5)，所述微囊藻毒素分子印迹膜(5)上具有对微囊藻毒素分子(6)特异性识别的微孔(7)。4.根据权利要求3所述的用于检测微囊藻毒素的传感器芯片，其特征在于：所述微囊藻毒素分子印迹膜(5)通过热聚合法修饰在所述复合芯片顶部金层的上表面，所述传感器芯片还包括位于底部金层下表面的玻璃基底(1)，优选地，所述玻璃基底(1)与底部金层之间设有铬层，更优选地，所述铬层的厚度为2-3nm。5.一种在如权利要求1-2任一项所述的复合芯片上修饰微囊藻毒素分子印迹膜的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1)预处理：将复合芯片清洗后，浸入十一烷酸硫醇与乙醇混合溶液中，处理结束后，取出芯片，再次清洗并吹干，备用；2)配制聚合液：将微囊藻毒素、甲基丙烯酸、二甲基亚砜混合，静置使其预聚合，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯和偶氮二异丁腈，氮气处理后，制得聚合液；3)热聚合处理：将步骤1)预处理后的备用芯片浸入步骤2)制得的聚合液中，于60℃环境下热聚合反应，反应结束后，取出复合芯片，采用甲醇与乙酸的混合液冲洗复合芯片表面，除去聚合物中的微囊藻毒素分子，制得修饰有微囊藻毒素分子印迹膜的复合芯片，微囊藻毒素分子印迹膜上具有对微囊藻毒素特异性识别的微孔。6.一种具有如权利要求3-4任一项所述传感器芯片的封装结构。7.根据权利要求6所述的封装结构，其特征在于，包括上盖(8)、下底(9)，所述上盖(8)、下底(9)之间安装有传感器芯片(10)，所述上盖(8)、下底(9)以及传感器芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄昱，曹海燕，张华，陈猷鹏，汤冬云，欧阳文娟，魏东山，崔洪亮，郭劲松，
申请(专利权)人：中国科学院重庆绿色智能技术研究院，
类型：发明
国别省市：重庆;50