热箔供热的低成本微流控平台用于原位变温光谱的研究

一直以来，人们不断探索先进的光谱表征技术，以推进分析测量科学和材料表征。光谱表征的挑战之一是就地从样品中收集准确可靠的数据，从而对反应体系提供动态和及时的反馈。例如，在研究温度依赖性吸收光谱时，需要在加热物质的同时，收集毫秒内重要数据，此过程既繁琐又耗时长，不利于高通量及便捷的测量应用。

而微流控装置正是提供了一个具有众多特性的有潜力的测量平台，例如低试剂消耗、微型化、便携性和低成本。目前，大部分研究集中在使用外部加热源等，用以控制微流控芯片内的温度。然而，由于微流控装置内部和外部加热源内部通道之间的温度存在差异及其相关的时间滞后，而集成加热装置于芯片的程序十分复杂且成本昂贵，所以使用微流控平台研究变温光谱仍然面临着很难实现准确测量的挑战。

近日，美国德克萨斯大学埃尔帕索分校（The University of Texas at El Paso，UTEP）的李秀军团队开发了一种低成本、便携式、热箔供热的新型微流控芯片检测平台，此平台可用于研究原位变温光谱。该系统包含一个PMMA微流控芯片、一个可拆卸的热箔加热器、电池电源、便携式分光光度计（USB-650-VIS-NIR，Ocean Optics）、USB数据线（连接至电脑）。该便携式分光光度计不需要外部交流电源，热箔起加热作用，依靠电池电源供电。被测样品载于微流控芯片后，可放置在分光光度计自带的比色皿室内进行测量，吸收光谱为370 nm~980 nm。整个微流控芯片总尺寸为4.5 cm（高） × 1.32 cm（宽） × 0.45 cm（长）。

图1 （A）微流控平台与电池供电的热箔加热器的照片，用于原位温度依赖光谱；（B）一个组件的芯片布局（侧视图和俯视图）和三个不同层的分解视图；（C）微流控芯片的照片

图2 热箔加热器在微流控芯片上的集成

在拓展此系统的研究上，由于姜黄素的吸收光谱随温度变化，因此其被用作研究主体，由于其抗氧化、抗炎特性和抗菌作用，姜黄素具有广泛的应用前景。然而，姜黄素的低水溶性和较差的吸收光谱阻碍了其在生物医学的有效、广泛应用。而随着温度升高，姜黄素在水中的溶解度增加，姜黄素溶液的吸光度才能显著增加，因此测量其原位变温吸收光谱具有实际意义。该工作利用此微流控芯片及检测系统，成功测量出姜黄素溶液在25℃~65°C不同温度下的吸收光谱，并证明其吸光度在一定温度范围内呈线性增长。

图3 基于便携式微流控光谱系统的姜黄素原位温度依赖光谱研究

与传统的分光光度测量系统相比，该系统具有许多显著优点，包括便携性、简单性、低成本、电池供电加热元件代替外界交流电源、试剂消耗低（所需分析物体积仅为10.6 μL）等。利用微流控芯片及热箔加热元件，使该系统成为研究原位变温光谱应用的理想选择，电池供电的配置进一步增强了其便携性和低成本的特点，适用于精细化学反应表征、化学反应的动力学研究和现场光谱测量，更适合于在资源紧俏的区域进行有关昂贵的化学品的研究。

审核编辑：刘清