用于地表水中亚硝酸盐快速检测的微流控浓度梯度比色芯片

据麦姆斯咨询报道，近日，北京市农林科学院质量标准与检测技术研究所（以下简称“质标所”）在TOP期刊Journal of Hazardous Materials（IF: 13.6）上在线发表了题为“A microfluidic concentration gradient colorimetric system for rapid detection of nitrite in surface water”的论文。该研究设计并制备了一种可自动化形成“等差”特征浓度梯度的微流控浓度梯度稀释芯片，建立了一种基于抑制金纳米颗粒（AuNPs）信号放大的亚硝酸盐比色快检方法，同时利用编写的智能手机颜色识别APP及3D打印的信号采集箱，搭建了一种便携式、可视化的亚硝酸盐微流控浓度梯度快检平台。

亚硝酸盐是天然氮循环中重要的中间产物，普遍存在于地表水、土壤、食物等人类环境中。然而，亚硝酸盐可与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白血症，并可与次生胺反应形成强致癌物N-亚硝胺。过量或长期摄入亚硝酸盐对人体健康的危害更大。累积摄入0.3 mg ~ 0.5 mg亚硝酸盐可引起食物中毒，超过3 g可导致死亡。AuNPs由于其局部表面等离子体共振特性而具有较高的消光系数。目前，AuNPs已成为比色法的理想候选物。研究人员实验中发现亚硝酸盐可以抑制AuNPs的信号放大。基于这一原理，快速和高灵敏度的亚硝酸盐比色检测只需两个步骤就可以实现，且无需标记。

此外，所有检测方法的建立都需要建立线性标准曲线，这就需要对一系列不同浓度梯度的样品进行定量检测。然而，手工制备具有一系列等差浓度梯度的标准样品既费时又费力。微流控技术由于其对流速的精确控制和稳定的时空分布，已成为自动产生化学和物理浓度梯度最受欢迎的技术。

基于此，本文利用微流控浓度梯度比色检测芯片、搭建的信号采集箱和编写的智能手机APP，构建了一种快速、实时、便捷的亚硝酸盐浓度梯度比色检测系统。初始浓度为C₀的亚硝酸盐，在设计的微流控芯片上可被自动稀释成具有等差数列特征的8个浓度梯度，浓度分别为0、0.20 C₀、0.33 C₀、0.46 C₀、0.59 C₀、0.72 C₀，0.86 C₀和C₀。基于抑制AuNPs信号放大的新型无标记比色法能够检测低至0.14 mg/L的亚硝酸盐，并且具有良好的特异性。

微流控浓度梯度芯片的设计及亚硝酸盐抑制AuNPs信号放大的机理

此外，研究人员也通过信号采集箱和智能手机APP对比色信号进行采集和分析。信号采集箱避免了光斑对数据采集的干扰。微流控浓度梯度比色检测系统可在45 min内检测出低至0.43 mg/L的亚硝酸盐。最后，研究人员通过对加标和未加标的10个实际水样进行分析，考察了微流控浓度梯度比色检测系统的实际应用性。结果显示，其回收率为94.92% ~ 105.60%。该微流控浓度梯度比色检测系统不需要手动、繁琐、耗时的样品稀释过程，也不需要外部驱动装置和大型检测设备。

信号采集箱的搭建 质标所满燕副研究员为该论文的第一/通讯作者，该论文的第一通讯单位为北京市农林科学院。该研究得到了北京市农林科学院科技创新能力建设项目（批准号KJCX20200409）和国家自然科学基金（31801618）的资助。

审核编辑：刘清