用于地表水中亞硝酸鹽快速檢測(cè)的微流控濃度梯度比色芯片

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近日，北京市農(nóng)林科學(xué)院質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所（以下簡稱“質(zhì)標(biāo)所”）在TOP期刊Journal of Hazardous Materials（IF: 13.6）上在線發(fā)表了題為“A microfluidic concentration gradient colorimetric system for rapid detection of nitrite in surface water”的論文。該研究設(shè)計(jì)并制備了一種可自動(dòng)化形成“等差”特征濃度梯度的微流控濃度梯度稀釋芯片，建立了一種基于抑制金納米顆粒（AuNPs）信號(hào)放大的亞硝酸鹽比色快檢方法，同時(shí)利用編寫的智能手機(jī)顏色識(shí)別APP及3D打印的信號(hào)采集箱，搭建了一種便攜式、可視化的亞硝酸鹽微流控濃度梯度快檢平臺(tái)。

亞硝酸鹽是天然氮循環(huán)中重要的中間產(chǎn)物，普遍存在于地表水、土壤、食物等人類環(huán)境中。然而，亞硝酸鹽可與血紅蛋白結(jié)合形成高鐵血紅蛋白血癥，并可與次生胺反應(yīng)形成強(qiáng)致癌物N-亞硝胺。過量或長期攝入亞硝酸鹽對(duì)人體健康的危害更大。累積攝入0.3 mg ~ 0.5 mg亞硝酸鹽可引起食物中毒，超過3 g可導(dǎo)致死亡。AuNPs由于其局部表面等離子體共振特性而具有較高的消光系數(shù)。目前，AuNPs已成為比色法的理想候選物。研究人員實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽可以抑制AuNPs的信號(hào)放大?；谶@一原理，快速和高靈敏度的亞硝酸鹽比色檢測(cè)只需兩個(gè)步驟就可以實(shí)現(xiàn)，且無需標(biāo)記。

此外，所有檢測(cè)方法的建立都需要建立線性標(biāo)準(zhǔn)曲線，這就需要對(duì)一系列不同濃度梯度的樣品進(jìn)行定量檢測(cè)。然而，手工制備具有一系列等差濃度梯度的標(biāo)準(zhǔn)樣品既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。微流控技術(shù)由于其對(duì)流速的精確控制和穩(wěn)定的時(shí)空分布，已成為自動(dòng)產(chǎn)生化學(xué)和物理濃度梯度最受歡迎的技術(shù)。

基于此，本文利用微流控濃度梯度比色檢測(cè)芯片、搭建的信號(hào)采集箱和編寫的智能手機(jī)APP，構(gòu)建了一種快速、實(shí)時(shí)、便捷的亞硝酸鹽濃度梯度比色檢測(cè)系統(tǒng)。初始濃度為C?的亞硝酸鹽，在設(shè)計(jì)的微流控芯片上可被自動(dòng)稀釋成具有等差數(shù)列特征的8個(gè)濃度梯度，濃度分別為0、0.20 C?、0.33 C?、0.46 C?、0.59 C?、0.72 C?，0.86 C?和C??；谝种艫uNPs信號(hào)放大的新型無標(biāo)記比色法能夠檢測(cè)低至0.14 mg/L的亞硝酸鹽，并且具有良好的特異性。

微流控濃度梯度芯片的設(shè)計(jì)及亞硝酸鹽抑制AuNPs信號(hào)放大的機(jī)理

此外，研究人員也通過信號(hào)采集箱和智能手機(jī)APP對(duì)比色信號(hào)進(jìn)行采集和分析。信號(hào)采集箱避免了光斑對(duì)數(shù)據(jù)采集的干擾。微流控濃度梯度比色檢測(cè)系統(tǒng)可在45 min內(nèi)檢測(cè)出低至0.43 mg/L的亞硝酸鹽。最后，研究人員通過對(duì)加標(biāo)和未加標(biāo)的10個(gè)實(shí)際水樣進(jìn)行分析，考察了微流控濃度梯度比色檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用性。結(jié)果顯示，其回收率為94.92% ~ 105.60%。該微流控濃度梯度比色檢測(cè)系統(tǒng)不需要手動(dòng)、繁瑣、耗時(shí)的樣品稀釋過程，也不需要外部驅(qū)動(dòng)裝置和大型檢測(cè)設(shè)備。

信號(hào)采集箱的搭建 質(zhì)標(biāo)所滿燕副研究員為該論文的第一/通訊作者，該論文的第一通訊單位為北京市農(nóng)林科學(xué)院。該研究得到了北京市農(nóng)林科學(xué)院科技創(chuàng)新能力建設(shè)項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)KJCX20200409）和國家自然科學(xué)基金（31801618）的資助。

審核編輯：劉清