一种多光源列阵式微流控检测方法与流程

本发明涉及微流控水质检测，尤其涉及一种多光源列阵式微流控检测方法。

背景技术：

1、在现在的化学试剂水质检测中，随着环保要求的逐渐提高，化学试剂微量法检测技术逐渐成为符合低污染和高效率的检测手段。在微量法检测方式中微流控离心混合技术是使盘形芯片体积最小，能使试剂混合最均匀的一种方式。

2、与传统的水样试剂混合不同，传统的水样试剂混合可以选用比色皿或比色试剂瓶，使试剂分布在器具底部，充分摇晃混合，因试剂存在于器具的底部，所以在混合时就算产生了微小气泡，也会因自身密度小于试剂密度而悬浮于试剂液表面，而光照信号穿透的试剂液的中下层，因此气泡就算形成也不会对传统的水样混合产生影响。而微流控离心混合技术，试剂在盘形芯片中是以排除腔内空气的方式流动，不同试剂流入共腔时发生混合，因此在排除空气发生混合的过程中，如果有空气没有排除彻底或试剂量未填充满整个腔室空间的时候，气泡自然就形成。

3、中国专利cn102645413a《一种离心式微流控水质检测装置》公开了一种通过离心式微流控芯片检测多个样品的装置。然而该专利并未考虑空气混合时没有彻底排除空气干扰影响的问题，从而会产生微小气泡，导致信号失真，致使检测结果不准确。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种多光源列阵式微流控检测方法，设计一种同步发射四路波长相同平行光源，照射到被检测池中四个不同区域面，通过相关系数求解，解决检测液中如果存在微小气泡时，导致信号失真而出现检测不准确的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种多光源列阵式微流控检测方法，包括以下步骤：

3、s1，通过4路平行光发射器照射检测区的4块独立区域；

4、s2，通过光电二极管作为4路接收器，与4路平行光发射器对应安装；

5、s3，触发4路平行光发射器，控制触发时间和保持时间，通过接收器存储信号图谱数据；

6、s4，计算4块独立区域每两块之间的相关系数，通过相关系数结合信号图谱数据，求解出最优信号值。

7、优选的，步骤s1包括：

8、4路平行光发射器的波长相同，分别照射穿透检测区的4块独立区域，通过4路同驱动器触发4路独立光源驱动；

9、将4块独立区域定义为区域1、区域2、区域3和区域4。

10、优选的，4路平行光发射器包括第一平行光发射器、第二平行光发射器、第三平行光发射器和第四平行光发射器；

11、第一平行光发射器包括第一平行光发射电路，第二平行光发射器包括第二平行光发射电路，第三平行光发射器包括第三平行光发射电路，第四平行光发射器包括第四平行光发射电路；

12、所述第一平行光发射电路包括发光驱动gp1、选择器s1、运算放大器opa1、三极管q1、发光二极管led1、电阻r1、r2和r3；

13、发光驱动gp1与选择器s1的一端电性连接，选择器s1的另一端与运算放大器opa1的正极电性连接，运算放大器opa1的负极与电阻r2的一端电性连接，运算放大器opa1的输出端与电阻r1的一端电性连接，电阻r1的另一端与三极管q1的基极电性连接，三极管q1的集电极与发光二极管led1的负极电性连接，三极管q1的发射极与电阻r2的另一端和电阻r3的一端电性连接，电阻r3的另一端接地，发光二极管led1的正极接入vcc直流电压；

14、所述第二平行光发射电路包括发光驱动gp2、选择器s2、运算放大器opa2、三极管q2、发光二极管led2、电阻r4、r5和r6；

15、发光驱动gp2与选择器s2的一端电性连接，选择器s2的另一端与运算放大器opa2的正极电性连接，运算放大器opa2的负极与电阻r5的一端电性连接，运算放大器opa2的输出端与电阻r4的一端电性连接，电阻r4的另一端与三极管q2的基极电性连接，三极管q2的集电极与发光二极管led2的负极电性连接，三极管q2的发射极与电阻r5的另一端和电阻r6的一端电性连接，电阻r6的另一端接地，发光二极管led2的正极接入vcc直流电压；

16、所述第三平行光发射电路包括发光驱动gp3、选择器s3、运算放大器opa3、三极管q3、发光二极管led3、电阻r7、r8和r9；

17、发光驱动gp3与选择器s3的一端电性连接，选择器s3的另一端与运算放大器opa3的正极电性连接，运算放大器opa3的负极与电阻r8的一端电性连接，运算放大器opa3的输出端与电阻r7的一端电性连接，电阻r7的另一端与三极管q3的基极电性连接，三极管q3的集电极与发光二极管led3的负极电性连接，三极管q3的发射极与电阻r8的另一端和电阻r9的一端电性连接，电阻r9的另一端接地，发光二极管led3的正极接入vcc直流电压；

18、所述第四平行光发射电路包括发光驱动gp4、选择器s4、运算放大器opa4、三极管q4、发光二极管led4、电阻r10、r11和r12；

19、发光驱动gp4与选择器s4的一端电性连接，选择器s4的另一端与运算放大器opa4的正极电性连接，运算放大器opa4的负极与电阻r11的一端电性连接，运算放大器opa4的输出端与电阻r10的一端电性连接，电阻r10的另一端与三极管q4的基极电性连接，三极管q4的集电极与发光二极管led4的负极电性连接，三极管q4的发射极与电阻r11的另一端和电阻r12的一端电性连接，电阻r12的另一端接地，发光二极管led4的正极接入vcc直流电压。

20、优选的，步骤s2包括：

21、所述光电二极管选用波长为190nm至1100nm的全波长光电二极管。

22、优选的，4路接收器包括第一接收器、第二接收器、第三接收器和第四接收器；

23、第一接收器包括第一接收电路，第二接收器包括第二接收电路，第三接收器包括第三接收电路，第四接收器包括第四接收电路；

24、所述第一接收电路包括光电接收二极管pd1、运算放大器opar1a和opar1b、二级电路基准电压调节信号dac1、偏置电压vref、信号采集端adc1、电容cr1和cr2、电阻r121、r13、r14和r15；

25、电阻r15的一端与信号采集端adc1信号连接，电阻r15的另一端与电容cr2的一端、电阻r14的一端和运算放大器opar1b的输出端电性连接，运算放大器opar1b的负极与电阻r13的一端、电阻r14的另一端和电容cr2的另一端电性连接，运算放大器opar1b的正极与二级电路基准电压调节信号dac1电性连接，电阻r13的另一端与电容cr1的一端、电阻r121的一端和运算放大器opar1a的输出端电性连接，运算放大器opar1a的负极与电容cr2的另一端、电阻r121的另一端和光电接收二极管pd1的负极电性连接，运算放大器opar1a的正极与光电接收二极管pd1的正极电性连接，在运算放大器opar1a的正极与光电接收二极管pd1的正极之间接入偏置电压vref；

26、所述第二接收电路包括光电接收二极管pd2、运算放大器opar2a和opar2b、二级电路基准电压调节信号dac2、偏置电压vref、信号采集端adc2、电容cr3和cr4、电阻r16、r17、r18和r19；

27、电阻r19的一端与信号采集端adc2信号连接，电阻r19的另一端与电容cr4的一端、电阻r18的一端和运算放大器opar2b的输出端电性连接，运算放大器opar2b的负极与电阻r17的一端、电阻r18的另一端和电容cr4的另一端电性连接，运算放大器opar2b的正极与二级电路基准电压调节信号dac2电性连接，电阻r17的另一端与电容cr3的一端、电阻r16的一端和运算放大器opar2a的输出端电性连接，运算放大器opar2a的负极与电容cr4的另一端、电阻r16的另一端和光电接收二极管pd2的负极电性连接，运算放大器opar2a的正极与光电接收二极管pd2的正极电性连接，在运算放大器opar2a的正极与光电接收二极管pd2的正极之间接入偏置电压vref；

28、所述第三接收电路包括光电接收二极管pd3、运算放大器opar3a和opar3b、二级电路基准电压调节信号dac3、偏置电压vref、信号采集端adc3、电容cr5和cr6、电阻r20、r21、r22和r23；

29、电阻r23的一端与信号采集端adc3信号连接，电阻r23的另一端与电容cr6的一端、电阻r22的一端和运算放大器opar3b的输出端电性连接，运算放大器opar3b的负极与电阻r21的一端、电阻r22的另一端和电容cr6的另一端电性连接，运算放大器opar3b的正极与二级电路基准电压调节信号dac3电性连接，电阻r21的另一端与电容cr5的一端、电阻r20的一端和运算放大器opar3a的输出端电性连接，运算放大器opar3a的负极与电容cr6的另一端、电阻r20的另一端和光电接收二极管pd3的负极电性连接，运算放大器opar3a的正极与光电接收二极管pd3的正极电性连接，在运算放大器opar3a的正极与光电接收二极管pd3的正极之间接入偏置电压vref；

30、所述第四接收电路包括光电接收二极管pd4、运算放大器opar4a和opar4b、二级电路基准电压调节信号dac4、偏置电压vref、信号采集端adc4、电容cr7和cr8、电阻r24、r25、r26和r27；

31、电阻r27的一端与信号采集端adc4信号连接，电阻r27的另一端与电容cr8的一端、电阻r26的一端和运算放大器opar4b的输出端电性连接，运算放大器opar4b的负极与电阻r25的一端、电阻r26的另一端和电容cr8的另一端电性连接，运算放大器opar4b的正极与二级电路基准电压调节信号dac4电性连接，电阻r25的另一端与电容cr7的一端、电阻r24的一端和运算放大器opar4a的输出端电性连接，运算放大器opar4a的负极与电容cr8的另一端、电阻r24的另一端和光电接收二极管pd4的负极电性连接，运算放大器opar4a的正极与光电接收二极管pd4的正极电性连接，在运算放大器opar4a的正极与光电接收二极管pd4的正极之间接入偏置电压vref。

32、优选的，步骤s3包括：

33、所述触发时间为300μs，保持时间为10μs，通过接收器存储信号图谱数据时，存储4张信号图谱，每张信号图谱对应1路接收电路，控制adc采样频率为2.5mhz，每张图谱256个点数据，每张图谱的数据分布时长为102.4μs。

34、优选的，步骤s4包括：

35、对信号图谱数据加窗，取出特征信号值，将区域1至区域4的特征信号序列定义为xi，yi，zi和ki，i＝0，1，...，255；

36、对4个区域计算4块独立区域每两块之间的相关系数，计算过程如下：

37、

38、

39、

40、

41、

42、

43、其中，n为点数据的数量，n＝256，ρxy为区域1和区域2之间的相关系数，ρxz为区域1和区域3之间的相关系数，ρxk为区域1和区域4之间的相关系数，ρyz为区域2和区域3之间的相关系数，ρyk为区域2和区域4之间的相关系数，ρzk为区域3和区域4之间的相关系数，xi为区域1的特征信号序列，yi为区域2的特征信号序列，zi为区域3的特征信号序列，ki为区域4的特征信号序列，为区域1的特征信号序列的均值，为区域2的特征信号序列的均值，为区域3的特征信号序列的均值，为区域4的特征信号序列的均值。

44、优选的，求解出4个独立区域之间的6组相关系数后，当相关系数大于或等于0.999时，判定其相关系数接近于1，且选出该相关系数对应的两个独立区域；当相关系数都小于0.999时，选出两个最大的相关系数，并从两个相关系数所对应的四个独立区域中选出重复的独立区域。

45、优选的，当气泡不存在于全部4个独立区域时，相关系数全部大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意一个时，与该独立区域相关的相关系数小于0.999，与该独立区域无关的相关系数大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意两个时，该两个独立区域之间的相关系数小于仅与该两个独立区域中的任意一个独立区域相关的相关系数，与该两个独立区域中的任意一个相关的相关系数小于0.999，与该两个独立区域都无关的相关系数大于或等于0.999；当气泡存在于4个独立区域中的任意三个时，与该三个独立区域中的两个独立区域相关的相关系数小于仅与该三个独立区域中的一个独立区域相关的相关系数，与该三个独立区域中的一个独立区域相关的相关系数小于0.999。

46、本发明的一种多光源列阵式微流控检测方法相对于现有技术具有以下有益效果：

47、(1)通过设计一种同步发射4路波长相同平行光源，照射到被检测池中4个不同区域，采用4路光电二极管接收器存储信号图谱数据，结合4个不同区域之间的相关系数求解，实现了对含有微小气泡试剂的最优检测；

48、(2)采用4路平行光反射电路和4路接收电路既排除了单光源光电检测法缺乏对照的影响，也避免了多光源采用单点光源无法做到信号同步而造成的误差问题；

49、(3)通过求解相关系数和特征信号图谱数据变化，对肉眼观察不到的微小气泡进行量化检测，在实验前排除试剂因存在气泡而带来的误差。