微流控芯片及其制作方法、测试生化需氧量的方法及装置制造方法及图纸

本公开提供了一种微流控芯片及其制作方法、测试生化需氧量的方法及装置，上述微流控芯片包括：流道层和集成于流道层下方的电化学检测层。流道层内设置有生化反应区、微流道、进样区和出样区。生化反应区具有三维结构阵列形式的内表面，该内表面固定有用于代谢有机物的微生物，进样区通过第一微流道与生化反应区的一侧连通，出样区通过第二微流道与生化反应区的另一侧连通。电化学检测层与生化反应区之间具有容置空间，该容置空间用于盛放缓冲液或待测样品溶液，电化学检测层包括：与生化反应区的位置对应的检测电极，实现了生化需氧量传感检测的微型化和集成化，可以提高微生物固定效率和固定稳定性，从而提高信号转换效率。

【技术实现步骤摘要】
微流控芯片及其制作方法、测试生化需氧量的方法及装置
本公开属于生物或化学微纳传感器领域，涉及一种用于生化需氧量电化学检测的微流控芯片及其制作方法，还涉及一种基于微流控芯片测试样品生化需氧量的方法及装置。
技术介绍
生化需氧量(Biochemicaloxygendemand，BOD)，是指在规定条件下，微生物分解水中某些可氧化性物质、特别是有机物所进行的生物化学过程中消耗溶解氧的量，单位为mg/L。生化需氧量值越高，表明微生物代谢有机污染物消耗溶解氧的量越高，水中有机污染物含量越高，污染越严重。我国生化需氧量测定的标准方法是稀释与接种法。目前的商业化仪器通常采用测压法，如哈希公司的BODTrakTM生化需氧量分析仪，美国GlobalWater公司的OxiTopBOD测量仪等。以上方法最主要的缺点是测定周期长，需要5天或(2+5)天的培养阶段，难以进行在线和实时监测，同时存在操作过程繁琐、重现性差等问题。针对生化需氧量测定周期长的问题，近年来发展起来的生化需氧量微生物传感器受到了广泛关注和研究。目前，虽然已有大量研究围绕用于BOD快速检测的微生物传感器展开，但BOD检测的快速性仍需要进一步提高。此外，虽然样品的检测时间大大缩短，但检测过程复杂。首先，BOD值的测定是溶解氧消耗量的测定，需要分别测定对照组和样品中的溶解氧含量，测定时需要反复更换待测液；其次，BOD检测过程中应用了微生物，每次测试前需要用缓冲液进行微生物活化，每次测试后需要用缓冲液进行微生物再次活化，以保证每次测试前微生物的状态一致。微生物在不使用的时候需要浸泡于缓冲液中。这些检测及操作过程非常复杂，且对操作人员要求高。因此，研究开发一套集成化且能够实现生化需氧量的快速检测的BOD检测系统是BOD检测领域的迫切需求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种微流控芯片及其制作方法、测试生化需氧量的方法及装置，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案本公开的第一个方面提供了一种用于生化需氧量电化学检测的微流控芯片。上述微流控芯片包括：流道层，以及集成于上述流道层下方的电化学检测层。上述流道层内设置有生化反应区、微流道、进样区和出样区。上述生化反应区具有三维结构阵列形式的内表面，上述内表面固定有用于代谢有机物的微生物，上述微流道包括第一微流道和第二微流道，上述进样区通过上述第一微流道与上述生化反应区的一侧连通，上述出样区通过上述第二微流道与上述生化反应区的另一侧连通。上述电化学检测层与上述生化反应区之间具有容置空间，上述容置空间用于盛放缓冲液或待测样品溶液，上述电化学检测层包括：与上述生化反应区的位置对应的检测电极。根据本公开的实施例，上述流道层包括流道层主体，上述流道层主体内具有上述容置空间和与上述容置空间连通的微流道，上述容置空间的顶部为生化反应区，上述容置空间的底部为检测电极；上述进样区和上述出样区设置于上述流道层主体上，用于实现上述微流道与外部的连通。根据本公开的实施例，上述电化学检测层还包括检测层主体，上述检测电极设置于上述检测层主体上，上述检测层主体与上述流道层主体键合。根据本公开的实施例，上述三维结构阵列包括棱锥阵列。根据本公开的实施例，上述三维结构阵列的内表面通过化学交联法固定有用于代谢有机物的微生物，以形成用于生化信号转换的微生物三维敏感表面。根据本公开的实施例，上述检测电极为三电极体系，包括：工作电极、参比电极和对电极，上述工作电极为超微电极阵列，上述超微电极阵列中的超微电极单元为超微圆环形电极，上述参比电极和上述对电极呈弧形并间隔环绕于所述超微电极阵列的外围。根据本公开的实施例，上述生化反应区的半径大于上述检测电极的半径。根据本公开的实施例，上述微流控芯片还包括：集成于上述电化学检测层下方的PCB电路板，该PCB电路板与电化学检测层的检测电极之间电性连接。本公开的第二个方面提供了一种如上所述的用于生化需氧量电化学检测的微流控芯片的制作方法。上述制作方法包括：制作流道层，上述流道层内设置有生化反应区、微流道、进样区和出样区，上述生化反应区具有三维结构阵列形式的内表面，上述内表面固定用于代谢有机物的微生物，上述微流道包括第一微流道和第二微流道，上述进样区通过上述第一微流道与上述生化反应区的一侧连通，上述出样区通过上述第二微流道与上述生化反应区的另一侧连通；制作电化学检测层，上述电化学检测层包括：与上述生化反应区的位置对应的检测电极；以及在上述流道层下方集成电化学检测层，以在上述电化学检测层与上述生化反应区之间形成容置空间，该容置空间用于盛放缓冲液或待测样品溶液。根据本公开的实施例，上述制作方法还包括：在上述电化学检测层下方集成PCB电路板，该PCB电路板与上述电化学检测层的检测电极之间电性连接。根据本公开的实施例，上述制作流道层包括：在干净的硅基底上形成图形化掩膜，上述图形化掩膜的图案用于暴露出待形成第一三维结构阵列中的三维结构的位置；对上述待形成第一三维结构阵列中的三维结构的位置进行各向异性湿法腐蚀，以在上述硅基底上形成具有第一三维结构阵列的表面；去除上述具有第一三维结构阵列的表面上的图形化掩膜；基于光刻工艺在上述硅基底的第一三维结构阵列之外的区域刻蚀预设深度，以形成微流道的倒模结构；在形成微流道的倒模结构的硅基底的上表面生长不粘涂层和在下表面粘合玻璃片，得到模具；基于注塑成型方法在上述模具上形成与该硅基底的表面互补的PDMS结构，上述PDMS结构上形成第二三维结构阵列和微流道，该第二三维结构阵列为生化反应区表面的三维结构阵列；在上述PDMS结构的第二三维结构阵列之外的区域形成连通上述PDMS结构的上表面和微流道的通孔，上述通孔包括：进样区和出样区，得到流道层。根据本公开的实施例，上述制作方法还包括：采用化学交联法在上述三维结构阵列形式的内表面固定用于代谢有机物的微生物，以形成用于生化信号转换的微生物三维敏感表面。其中，上述采用化学交联法在上述三维结构阵列形式的内表面固定用于代谢有机物的微生物，包括：将上述流道层的下表面进行氧等离子体刻蚀处理，上述流道层为PDMS层；采用EDC和NHS活化上述PDMS层的生化反应区的表面；以及将微生物溶液滴入上述PDMS层的生化反应区，静置预设时长，实现微生物与PDMS的交联固定。根据本公开的实施例，上述制作电化学检测层包括：在干净的玻璃基底上基于光刻工艺形成预备工作电极及其引线和焊点，该预备工作电极呈圆形；在形成有预备工作电极及其引线和焊点的基底上，基于光刻工艺形成参比电极及其引线和焊点，和对电极及其引线和焊点，上述参比电极和上述对电极呈弧形并间隔环绕于预备工作电极的外围；在形成有预备工作电极及其引线和焊点、参比电极及其引线和焊点和对电极及其引线和焊点的基底上形成绝缘层；以及基于光刻工艺将上述绝缘层进行处理，以暴露出预备工作电极的部分区域，该部分区域为呈超微电极阵列形式的工作电极，该超微电极阵列中的超微电极单元为超微圆环形电极，同时还暴露出参比电极和对电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生化需氧量电化学检测的微流控芯片，其特征在于，包括：/n流道层，所述流道层内设置有生化反应区、微流道、进样区和出样区，所述生化反应区具有三维结构阵列形式的内表面，所述内表面固定有用于代谢有机物的微生物，所述微流道包括第一微流道和第二微流道，所述进样区通过所述第一微流道与所述生化反应区的一侧连通，所述出样区通过所述第二微流道与所述生化反应区的另一侧连通；/n集成于所述流道层下方的电化学检测层，所述电化学检测层与所述生化反应区之间具有容置空间，所述容置空间用于盛放缓冲液或待测样品溶液，所述电化学检测层包括：与所述生化反应区的位置对应设置的检测电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于生化需氧量电化学检测的微流控芯片，其特征在于，包括：
流道层，所述流道层内设置有生化反应区、微流道、进样区和出样区，所述生化反应区具有三维结构阵列形式的内表面，所述内表面固定有用于代谢有机物的微生物，所述微流道包括第一微流道和第二微流道，所述进样区通过所述第一微流道与所述生化反应区的一侧连通，所述出样区通过所述第二微流道与所述生化反应区的另一侧连通；
集成于所述流道层下方的电化学检测层，所述电化学检测层与所述生化反应区之间具有容置空间，所述容置空间用于盛放缓冲液或待测样品溶液，所述电化学检测层包括：与所述生化反应区的位置对应设置的检测电极。


2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述流道层包括流道层主体，所述流道层主体内具有所述容置空间和与所述容置空间连通的所述微流道，所述容置空间的顶部为所述生化反应区，所述容置空间的底部为所述检测电极，所述进样区和所述出样区设置于所述流道层主体上，用于实现所述微流道与外部的连通。


3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述电化学检测层还包括：检测层主体，所述检测电极设置于所述检测层主体上，所述检测层主体与所述流道层主体键合。


4.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，
所述三维结构阵列包括棱锥阵列；
所述三维结构阵列的内表面通过化学交联法固定所述微生物，以形成用于生化信号转换的微生物三维敏感表面。


5.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述检测电极为三电极体系，包括：工作电极、参比电极和对电极，所述工作电极为超微电极阵列，所述超微电极阵列中的超微电极单元为超微圆环形电极，所述参比电极和所述对电极呈弧形并间隔环绕于所述超微电极阵列的外围。


6.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述生化反应区的半径大于所述检测电极的半径。

【专利技术属性】
技术研发人员：李一锦，李艳，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11