《納米-紙基微流控仿真流域水污染分布和監測方法的研究》是依託西安交通大學，由梁恆擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：納米-紙基微流控仿真流域水污染分布和監測方法的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：梁恆
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
流域水污染是嚴重的環境問題。微全分析系統的思想對環境分析化學發展具有重要影響。本研究擬提出一種紙基微流控分析裝置仿真流域水污染分布的縮微模型，研究典型重金屬和持久性有機污染物在該縮微模型條件下的動態時空分布規律。該紙基縮微模型包括典型納米材料修飾的微通道、檢測區、TiO2光催化區和電極等。基於DNA-納米材料-污染物-化學發光或螢光試劑的聚集反應，從易到難採用裸眼觀察顏色變化、螢光顯微成像和非螢光標記的表面電漿共振-電化學局域電流密度顯微成像。採用容易在紙基微流控集成的雙極電極和移界電泳對痕量污染物進行高效濃縮、分離和檢測。運用微通道液流的層流特性，觀測含大腸桿菌液流與污染物液流的界面接觸過程中單個細胞膜通透性變化，揭示濃度-時間積累的細胞毒性。污染物經注入、光分解、吸附、遷移和擴散等環節後，揭示其數值計算和實驗測定的模型流域污染物濃度的動態時空分布演化規律。
結題摘要
低成本高效地監測水和土壤污染迫切地需要新的技術和手段。圍繞水和土壤污染監測的新型紙基微流控晶片研究，本項目新提出、設計、加工和測試了4類新的微流控紙基分析裝置（μPAD）。這些新μPAD涉及化學反應移動界面電泳堆積-分離、線上化學合成-粉末X-射線衍射檢測(P-XRD)、污染物-生物毒性-電化學檢測、陣列雷射雕刻微裂縫通道的自動高速液流傳輸等新方法和原理，初步地使污染監測達到了重量輕、成本低、易於自動化、試劑消耗少、使用簡單便捷等要求。本項目完成的工作有，（1）實現簡化光刻法製作μPAD。建立了金屬螯合物移動界面分離金屬離子的新方法；（2）建立在紙基陣列並行通道中的、用於電泳分離和濃縮多樣品的移動反應界面-場放大堆積方法。該方法使Fe 3+ / I- 氧化-還原體系中的Fe3+濃縮效果提高160倍。（3）建立紙基P-XRD方法。實現紙上目標晶體能夠直接進行P-XRD，硝酸鉛樣品用量為傳統方法的1/30，首次發現紙纖維的隨機分布減少在傳統P-XRD中的擇優取向；（4）建立始於溶液的紙基微流控色譜-電泳分離-P-XRD新聯用方法。在紙基移動沉澱界面電泳合成-分離兩種晶體中，紙色譜預分離減輕多相分析時X射線衍射峰的重疊和掩蔽，並完成原位紙基P-XRD相鑑定；（5）建立污染物抑制微生物呼吸鏈-電化學檢測μPAD方法。把細菌孵育、菌液分離和電化檢測等多步驟集成在這種μPAD上。測定污染物的生物毒性IC50，如Cu2+溶液13.5μg/ml，Cu2+土壤21.4 mg/kg，Pb2+溶液60.0μg/ml，青黴素鈉-土壤85.1 mg/kg 等；用模擬蔬菜藥殘留檢測說明了μPAD套用潛力。（6）驚喜地新發現陣列雷射雕刻微裂縫能獲得自動高速液流傳輸。這種紙基雷射-8-微裂縫通道的流速提高了59倍，5階段裂縫稀釋μPAD耗時從原先單印刷通道的2355 s降低到123 s。考慮加工參數改變，雷射裂縫-印刷紙基通道和單印刷通道的液流輸運速度實驗數據，都很好的支持了我們提出的時間-距離二次三項式。這些新式μPAD可潛在地用於空間載人在軌飛行、化驗和疾病大數據採集等領域。
