水下实时微流控芯片生化检测装置及其检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种水下实时微流控芯片生化检测装置及其检测方法，所述的装置包括微流控芯片承载平台、微流控芯片、检测组件、数据处理组件、水下环境信息采集组件、自动采样组件、水下密封舱、数据传输组件和数据显示组件；所述的微流控芯片承载平台、微流控芯片、检测组件、数据处理组件、水下环境信息采集组件和自动采样组件均封装在水下密封舱内。本发明采用微流控芯片作为检测平台，可把生物和化学等领域中所涉及的样品制备、生物与化学反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的微流控芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统。本发明体积小、操作简单、样品量小、检测快速、准确、无需在检测前对样品进行复杂处理。
【专利说明】水下实时微流控芯片生化检测装置及其检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海洋生态环境检测技术，特别是一种水下实时微流控芯片生化检测装置及其检测方法。
【背景技术】
[0002]随着陆地资源的不断紧张和环境的不断恶化，开发海洋资源和保护海洋环境已成为世界各国海洋事业的重要任务。海洋环境是海洋生物生存和发展的基本条件，海洋环境的任何改变都有可能导致海洋生态系统和生物资源的变化。目前，海洋环境污染日趋严重，重金属、有机物、营养盐和大量的放射性物质等进入海洋，导致海洋生态系统和生物资源和能量分布状态发生巨大变化，赤潮、厄尔尼诺、海岸侵蚀、海平面升降等灾害也频频出现。因此必须积极发展海洋生态环境监测技术，及时了解海洋生态系统的演替趋势。
[0003]目前海洋生态环境的监测平台及方法主要有:实验室测量法、直接测量法和微型实验室法。
[0004]实验室测量法是把海水样品带到实验室等环境下利用实验室内的设备对海水样品进行检测的一种方法，该方法参数测量准确、测量参数较多，但在海水样品运输途中易受到周围环境的影响，改变海水样品原来的状态，其检测结果不如水下实时在线检测仪器的
可靠性高。
[0005]直接测量法是利用传感器技术在水下直接测量污染参数，该方法具有结构比较简单、可以快速检测、耗电较低和使用方便等优点。但由于传感器技术上的原因，传感器技术无论其种类、测量参数、测量准确度仍停留在水文气象等常规参数测量水平上，反映海洋环境污染程度的水质生物状态及物理化学参数测量的传感器还有待于发展。
[0006]微型实验室法是把目前实验室内行之有效的分析方法搬到水下，研制类似于水下微型实验室的仪器，把海水抽到仪器内进行检测。如美国蒙特雷湾水族馆(MBARI)研制的渗透式分析仪、德国ME公司研制的APP4004型压力平衡式分析仪、英国WIS公司研制的压力平衡NAS-2EN型分析仪、英国Chelsea仪器有限公司研制的采用流动分析技术的监测仪等，这些仪器虽然可以在水下自动监测，但这些仪器结构庞大、结构复杂、价格昂贵、不能集成便携。
[0007]综上分析，目前海洋环境监测的大部分方法存在着只能对水文气象和水质等常规参数进行测量，不能对水质生物状态及物理化学参数进行检测的问题。而且设备庞大、价钱昂贵、耗时费力、受许多外界条件制约、鉴定指标不稳定。一种简单便捷、水下实时现场水质生物状态及物理化学参数在线检测、并同时能对水文和水质等基本参数进行检测的技术是海洋生态环境检测方法领域中急需解决的关键问题。
【发明内容】
[0008]为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种可以实现水下现场实时检测、设备成本低廉、工作量小且鉴定指标稳定的水下实时微流控芯片生化检测装置及其检测方法。
[0009]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种水下实时微流控芯片生化检测装置，包括微流控芯片承载平台、微流控芯片、检测组件、数据处理组件、水下环境信息采集组件、自动采样组件、水下密封舱、数据传输组件和数据显示组件；所述的微流控芯片承载平台为无光封闭式结构，所述的微流控芯片和检测组件固定在微流控芯片承载平台内；所述的自动采样组件与微流控芯片连接；所述的检测组件与微流控芯片连接，所述的检测组件还与数据处理组件连接；所述的数据处理组件还分别与水下环境信息采集组件和数据传输组件连接；所述的数据传输组件还与数据显示组件连接；所述的微流控芯片承载平台、微流控芯片、检测组件、数据处理组件、水下环境信息采集组件和自动采样组件均封装在水下密封舱内；
[0010]所述的微流控芯片由基片和盖片组成，所述的基片是聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯，所述的盖片是玻璃片或聚甲基丙烯酸甲酯，二者粘合到一起形成储液孔、废液孔、微通道和检测区域；
[0011]所述的检测组件包括光电检测器件和电化学检测器件；检测组件信号输出端与数据处理组件连接；
[0012]所述的数据处理组件包括微弱信号检测电路、电源驱动电路、数据采集电路和微处理器及其接口电路；
[0013]所述的自动采样组件包括控制阀、导管A、导管B、过滤网和控制阀驱动电路，所述的导管A的输出端和导管B的输入端分别与控制阀连接，导管A的输入端穿透水下密封舱外壳与海水连接，导管B的输出端与微流控芯片的储液孔连接；导管A内设有过滤网；
[0014]所述的水下环境信息采集组件包括温度传感器、深度传感器、盐度传感器、定位传感器和PH传感器，所述的水下环境信息采集组件与数据处理组件连接。
[0015]一种水下实时微流控芯片生化检测装置的检测方法，包括如下步骤:
[0016]A、将封装好的水下密封舱放入海水目标检测区域中；
[0017]B、自动采样组件将检测装置周围的海水样品先后通过导管A和导管B导入微流控芯片的储液孔中，储液孔中的样品沿着微流控芯片通道经过检测区域流向废液孔；
[0018]C、当海水中的样品经过微流控芯片的检测区域时，检测组件根据检测目标不同对样品进行相关的检测，检测结果由检测组件输出到数据处理组件；
[0019]D、数据处理组件对检测结果进行信号提取、信号采集和信号处理操作；
[0020]E、数据处理组件处理后的数据再通过数据传输组件发送到船上或岸上的数据显示组件显示相关的检测结果。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0022]1、本发明采用微流控芯片作为检测平台，可把生物和化学等领域中所涉及的样品制备，生物与化学反应，分离、检测等基本操作单元集成到一块几平方厘米的微流控芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以完成不同的生物或化学反应过程，因此检测平台体积小、操作简单、样品量小、检测快速、准确、无需在检测前对样品进行复杂处理。
[0023]2、本发明检测组件可通过光电检测器件、电化学检测器件、温度传感器、盐度传感器和PH传感器对海洋环境进行多种信息检测，例如海水中浮游植物的粒径谱和ATP的检测等，且数据处理组件体积较小，再加上微流控芯片检测平台，使该设备便于携带、成本低廉，克服了目前水下自动检测仪器体积庞大的缺点。
[0024]3、本发明采用了水下密封技术，使该设备可在水下长时间工作。本发明的自动采样组件，可自动完成目标检测区域中的海水样品采样。因此，本发明可以方便的运送到现场，放入水下检测区域进行水下样品的现场实时检测。
[0025]4、本发明含有数据传输和系数据显示组件，可使陆地或船上的工作人员实时观察检测结果。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]本发明共有附图5张，其中:
[0027]图1为水下实时微流控芯片生化检测装置结构示意图；
[0028]图2为检测海洋环境的其中一种流控芯片结构示意图；
[0029]图3为自动采样组件结构示意图；
[0030]图4为水下信息环境采集组件结构示意图；
[0031]图5为测量微藻的叶绿素荧光和RPS检测结果图。
[0032]图中:1、微流控芯片，2、检测组件，3、微流控芯片承载平台，4、数据处理组件，5、水下环境信息采集组件，6、自动采样组件，7、水下密封舱，8、数据传输组件，9、数据显示组件，
10、载玻片，12、检测区域，13、主通道，14、阻抗脉冲传感上游检测通道，15、阻抗脉冲传感下游检测通道，16、控制阀，17、导管A，18、导管B，19、过滤网，20、温度传感器，21、深度传感器，22、盐度传感器，23、定位传感器。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实例对本发明作进一步描述。
[0034]图1示出了本发明的整体结构框图，由图1可见，水下实时微流控芯片生化检测装置，包括微流控芯片承载平台3、微流控芯片1、检测组件2、数据处理组件4、水下环境信息采集组件5、自动采样组件6、水下密封舱7、数据传输组件8和数据显示组件9 ;所述的微流控芯片承载平台3为无光封闭式结构，所述的微流控芯片I和检测组件2固定在微流控芯片承载平台3内；所述的自动采样组件6与微流控芯片I连接；所述的检测组件2与微流控芯片I连接，所述的检测组件2还与数据处理组件4连接；所述的数据处理组件4还分别与水下环境信息采集组件5和数据传输组件8连接；所述的数据传输组件8还与数据显示组件9连接；所述的微流控芯片承载平台3、微流控芯片1、检测组件2、数据处理组件4、水下环境信息采集组件5、自动采样组件6封装在水下密封舱7内。
[0035]图2中微流控芯片结构为微流控芯片I的一种结构，包括载玻片10、储液孔A、储液孔B、储液孔C、储液孔D、主通道13、检测通道12、阻抗脉冲传感上游检测通道14和阻抗脉冲传感下游检测通道15，储液孔A与主通道13连接，储液孔B与主通道13连接，储液孔C与第阻抗脉冲传感上游检测通道连接14，储液孔D与阻抗脉冲传感下游检测通道连接15，阻抗脉冲传感上游检测通道14和阻抗脉冲传感下游检测通道15分别与检测通道12相连接。储液孔A、储液孔B、储液孔C和储液孔D中均插入钼电极，储液孔A、储液孔B、储液孔C和储液孔D中插入的钼电极与数据处理组件连接。[0036]所述检测组件2包括光电检测器件、电化学检测器件；检测组件2的信号输出端与数据处理组件4连接。
[0037]所述的数据处理组件4包括微弱信号检测电路、电源驱动电路、数据采集电路和微处理器及其接口电路组成；
[0038]所述的自动采样组件6如图3所示，包括控制阀16、导管A17、导管B18和过滤网19组成。控制阀和导管A17配合采集检测装置周围的海水，海水经过过滤网19并在控制阀的控制下通过导管B18送到微流控芯片I的相关储液孔中。
[0039]所述的水下环境信息采集组件5如图4所示，包括温度传感器20、深度传感器21、盐度传感器22、定位传感器23和PH传感器。温度传感器20、深度传感器21、盐度传感器22、定位传感器23和PH传感器24以某一频率向数据处理组件4传送采集到的检测装置周围海水的温度、检测装置位于海面下的深度、检测装置周围海水的盐度和检测装置的地理位置和海水PH信息。
[0040]所述的水下密封舱7内封装有微流控芯片承载平台3、微流控芯片1、检测组件2、数据处理组件4、水下环境信息采集组件5和自动采样组件6。
[0041]本发明的具体工作步骤如下:
[0042]将微流控芯片I放入微流控芯片承载平台3内，将封装好的水下密封舱7放入海水目标检测区域中。通过传输组件8开启设备的自动采样组件6、检测组件2和数据处理组件4。自动采样组件6将设备周围的海水样品先后通过导管A和导管B输入微流控芯片I的储液孔中，储液孔中的样品沿着微流控芯片I通道经过检测检测区时，水下密封舱7中的检测组件2根据检测目标不同对样品进行相关的检测，检测结果由检测组件2输出到数据处理组件4。数据处理组件4对检测结果进行信号提取、信号采集和信号处理等操作。数据处理组件4处理后的数据再通过数据传输组件8发送到岸上或船上的数据显示组件9显示相关的检测结果。
【权利要求】
1.一种水下实时微流控芯片生化检测装置，其特征在于:包括微流控芯片承载平台(3)、微流控芯片(I)、检测组件(2)、数据处理组件(4)、水下环境信息采集组件(5)、自动采样组件(6)、水下密封舱(7)、数据传输组件(8)和数据显示组件(9);所述的微流控芯片承载平台(3)为无光封闭式结构，所述的微流控芯片(I)和检测组件(2)固定在微流控芯片承载平台(3)内；所述的自动采样组件(6)与微流控芯片(I)连接；所述的检测组件(2)与微流控芯片(I)连接，所述的检测组件(2)还与数据处理组件(4)连接；所述的数据处理组件(4)还分别与水下环境信息采集组件(5)和数据传输组件(8)连接；所述的数据传输组件(8)还与数据显示组件(9)连接；所述的微流控芯片承载平台(3)、微流控芯片(I)、检测组件(2)、数据处理组件(4)、水下环境信息采集组件(5)和自动采样组件(6)均封装在水下密封舱(7)内； 所述的微流控芯片(I)由基片和盖片组成，所述的基片是聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯，所述的盖片是玻璃片或聚甲基丙烯酸甲酯，二者粘合到一起形成储液孔、废液孔、微通道和检测区域(12)； 所述的检测组件(2)包括光电检测器件和电化学检测器件；检测组件(2)信号输出端与数据处理组件(4)连接； 所述的数据处理组件(4)包括微弱信号检测电路、电源驱动电路、数据采集电路和微处理器及其接口电路； 所述的自动采样组件(6)包括控制阀(16)、导管A(17)、导管B(18)、过滤网(19)和控制阀(16)驱动电路，所述的导管A的输出端和导管B(IS)的输入端分别与控制阀(16)连接，导管A(17)的输入端穿透水下密封舱(7)外壳与海水连接，导管B (18)的输出端与微流控芯片⑴的储液孔连接；导管A(17)内设有过滤网(19)； 所述的水下环境信息采集组件(5)包括温度传感器(20)、深度传感器(21)、盐度传感器(22)、定位传感器(23)和PH传感器(24)，所述的水下环境信息采集组件(5)与数据处理组件(4)连接。
2.一种水下实时微流控芯片生化检测装置的检测方法，其特征在于:包括如下步骤: A、将封装好的水下密封舱(7)放入海水目标检测区域(12)中； B、自动采样组件(6)将检测装置周围的海水样品先后通过导管A(17)和导管B(18)导入微流控芯片(I)的储液孔中，储液孔中的样品沿着微流控芯片(I)通道经过检测区域(12)流向废液孔； C、当海水中的样品经过微流控芯片(I)的检测区域(12)时，检测组件(2)根据检测目标不同对样品进行相关的检测，检测结果由检测组件⑵输出到数据处理组件⑷； D、数据处理组件(4)对检测结果进行信号提取、信号采集和信号处理操作； E、数据处理组件(4)处理后的数据再通过数据传输组件(8)发送到船上或岸上的数据显示组件(9)显示相关的检测结果。
【文档编号】G01N33/18GK103954736SQ201410198636
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】王俊生, 李冬青, 潘新祥, 孙野青 申请人:大连海事大学