一种用于农药残留检测的纸质微流控系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纸质微流控芯片分析技术和农药残留检测技术结合的技术领域，具体涉及一种用于农药残留检测的纸质微流控系统及方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]农药在农业生产中发挥着重要作用，在我国农业生产中，使用的农药品种繁多，包括杀虫剂、除草剂、杀菌剂、杀鼠剂等几大类共600多种。有机磷和氨基甲酸酯类农药是我国目前使用量最大的农药，而且较多是使用在果蔬作物上。因此，目前在水果、蔬菜、水产品、土壤等农产品中的农药残留以有机磷农药和氨基甲酸酯类农药残留超标最为突出。针对有机磷类和氨基甲酸酯类农药的监测和管理，杜绝农药残留超标的农产品上市销售成为农产品质量安全工作的重中之重。
[0004]国内外不断加强农药残留的检测工作，检测的方法也越来越多。农药残留的检测方法多种多样，按检测原理有以下几类:1)色谱法，包括气相色谱法、液相色谱法以及毛细管电泳法2)光谱法3)免疫分析法4)酶抑制法5)化学速测法6)活体生物法。酶抑制法是研宄最多且相对成熟的一种农药残留快速检测技术，该法测定有机磷和氨基甲酸酯类农药残留具有快速、简便、灵敏及成本低等优点，深受广大基层监督部门、生产基地及市场的欢迎。
[0005]现有技术中基于酶抑制法的农药残留快速检测手段大致分为酶片法(速测卡法)，PH法，分光光度法(比色法)和生物传感器法等。纵观这些基于酶抑制法原理的农药残留检测手段现状可以发现，酶抑制原理本身要求多种试剂的先后混合反应以及空白对照，由此带来了操作步骤繁琐、自动化程度低的问题，而现阶段国内外已报道的检测手段都未能有效地解决这一问题。
[0006]因此发展一种快速、自动、便携、低成本的农药残留检测技术成为当前的研宄热点。采用纸质微流控芯片，在其表面制作通道结构并将其与生物传感器技术融合的分析技术可有效解决上述问题，同时大大降低了成本，但是目前该技术在农药残留检测领域尚未有实质性的突破。
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【发明内容】
[0008]本发明的目的在于针对目前国内外基于酶抑制法的农药残留检测手段普遍存在操作步骤繁琐、自动化程度低的问题，提供一种快速、自动、便携、低成本的农药残留检测技术。
[0009]为了解决以上技术问题，本发明基于纸质微流控芯片技术和电化学生物传感器技术融合的分析技术。具体技术方案如下:
一种用于农药残留检测的纸质微流控系统，其特征在于:所述的系统由纸质微流控芯片、三电极体系A、三电极体系B和数据采集装置组成；三电极体系A和三电极体系B集成在纸质微流控芯片上，数据采集装置通过数据线连接三电极体系A和三电极体系B。
[0010]所述的纸质微流控芯片的通道结构呈Y型；所述的Y型通道结构由进样池A和进样池B、进样通道A和进样通道B、检测池A和检测池B、混合通道、被动混合结构构成；进样通道A和进样通道B汇合后与混合通道连接，进样池A和进样池B分别位于进样通道A和进样通道B的上端部，检测池A位于进样通道A的中部，检测池B位于混合通道末端，被动混合结构位于混合通道的中间位置。
[0011]所述的纸质微流控芯片的制作材质为滤纸、层析纸或硝酸纤维素膜中的任一种。
[0012]所述的三电极体系A和三电极体系B均集成在纸质微流控芯片上；所述三电极体系A和三电极体系B均包括工作电极、参比电极、对电极，参比电极和对电极分别位于工作电极的两侧；三电极体系A和三电极体系B分别位于检测池A和检测池B的中心位置。
[0013]所述的三电极体系A和三电极体系B的两个工作电极上均固定了酶。
[0014]所述固定的固定方法为吸附法、包埋法、交联法或共价偶合法中的任一种；所述的酶为乙酰胆碱酯酶、丁酰胆碱酯酶、植物酯酶中任一种。
[0015]所述的工作电极和对电极的材料为铂、金、碳中的任一种；所述参比电极材料为覆盖着氯化银层的金属银浸在氯化钾或盐酸溶液中形成的复合材料、银、碳中任一种。
[0016]所述的数据采集装置由微控制器为核心的数据采集电路和微控制器的程序构成；所述的微控制器为单片机、DSP、ARM中任一种；所述的数据采集电路由恒电位仪电路、放大电路、滤波电路、A/D转化电路、接口电路、微控制器外围电路构成。
[0017]一种农药残留检测方法，其特征在于包括以下特征步骤:
步骤一，前处理:对待测样品的前处理，包括取待测样品放入烧杯中、加入萃取剂、浸泡提取出农药提取液；
步骤二，注入:通过注射泵或者手动注射的方式将底物和农药提取液同时从进样池A和进样池B注入纸质微流控芯片；
步骤三，混合反应:当底物和农药提取液分别从进样池A和进样池B注入后，首先底物流过进样通道A中部的检测池A，在无农药提取液的情况下三电极体系A工作电极上的固定化酶A对底物进行催化反应，产生电活性物质，与此同时农药提取液流过进样通道B，然后底物和农药提取液汇合后共同通过混合通道，在混合通道中间位置的被动混合结构作用下混合均匀，最后同时流入混合通道末端的检测池B，在有农药提取液抑制的情况下三电极体系B工作电极上的固定化酶B对底物进行催化反应，产生电活性物质；
步骤四，电化学检测:通过三电极体系A和三电极体系B检测电活性物质氧化还原反应所产生的微电流信号，从而形成空白对照；
步骤五，信号采集:由连接三电极体系A和三电极体系B的数据采集装置采集微电流信号，传输至上位机进行数据处理，对照计算得出待测样品的农药残留浓度。
[0018]所述的待测样品为果蔬、土壤、水体中任一种；所述的底物为乙酰胆碱、硫代乙酰胆碱、乙酰萘酯中任一种；所述的农药提取液为有机磷农药或氨基甲酸酯类农药。
[0019]本发明采用了廉价的纸质微流控芯片，在其表面制作通道结构并集成两个固定酶的三电极体系，再由数据采集装置采集信号，可在纸张毛细力驱动下自动完成农药残留检测过程中多种试剂的先后混合反应以及空白对照，操作简便，提高了酶抑制法检测过程的自动化程度，同时纸基材料的使用大大降低了成本，适合于果蔬、土壤、水体等样本中农药残留的快速、自动、现场检测。
【附图说明】
[0020]图1是本发明中纸质微流控系统的结构示意图。
[0021]图2是本发明中数据采集装置的硬件电路组成示意图。
[0022]图中:1.进样池A，2.进样通道A，3.检测池A，4.进样池B，5.进样通道B，6.被动混合结构，7.混合通道，8