一种基于微流控芯片的便携式残留农药检测仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及残留农药检测技术领域，具体是指一种基于微流控芯片的便携式残留农药检测仪。
【背景技术】
[0002]随着经济全球化进程的不断加快，食品安全问题已经成为一个全球性的问题。因不规范操作、监管不力等因素导致果蔬上残留农药超标而致使食用者发生急性中毒的事件屡见报端。目前，果蔬表面残留农药以有机磷农药和氨基甲酸酯类农药为主。人们对果蔬表面残留农药情况的了解，要么依赖专业部门的抽检报告，要么使用农药速测卡通过人眼进行估判。专业部门的抽检灵活性差、检测结果时效性低，不能适应随时随地进行检测并获知结果的需要；农药速测卡的使用受人为因素的影响较大，检测结果可参考性低。
[0003]微流控芯片又称芯片实验室(Lab on a Chip)，指的是一种在一块几平方厘米的芯片上构建的生物或化学实验室。它把生物和化学领域中所涉及的反应、分离、培养、分选、检测等基本操作单元分别做成微/纳米量级的构件，集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规生物或化学实验室的各种功能。由于微流控芯片技术具有进样量小、集成度高、易实现自动化控制和高通量分析的特点，使得在微流控芯片上进行生化反应操作较常规的样品分析更方便、快速、成本低廉。若能将便携式检测仪器与微流控芯片整合，将大大缩小检测系统的体积，使现场、快速、准确的检测成为可會K。
[0004]另一方面，伴随着网络技术的迅速发展，分享已经成为人们获取信息的快捷方式。不同地域的人们将获知的信息分享成为网络资源，即可迅速传播。
[0005]因此，亟需提供一种基于微流控芯片的便携式的残留农药检测仪，能随时随地对果蔬上残留的农药进行检测并将结果即时分享至服务平台，既有利于公众快速获取信息，又有利于监管部门的统一管理，还有利于约束生产经营行为，便捷、高效。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种基于微流控芯片的便携式的残留农药检测仪，能随时随地对果蔬上残留的农药进行检测并将结果即时分享至服务平台，既有利于公众快速获取信息，又有利于监管部门的统一管理，还有利于约束生产经营行为，便捷、高效。
[0007]本实用新型通过下述技术方案实现:一种基于微流控芯片的便携式残留农药检测仪，包括单片机模块和分别与单片机模块连接的微流控芯片模块、样品采集模块、光电检测模块、远程通信模块、显示器、充电器；所述微流控芯片模块包括导流器、横置的微流控芯片和加热板，加热板置于微流控芯片下方且与单片机模块连接；所述导流器包括继电器、衔铁、底板、支架、弹性连接件和压头控制电路，连接压头控制电路的继电器置于衔铁上方；所述衔铁的中部通过支架铰接在底板上方，一端通过弹性连接件与底板弹性连接，远离弹性连接件的一端为自由端，自由端的底面设置有压头；所述微流控芯片包括微通道和通过微通道依次连接的进样孔、酶抑制反应室、检测室、空气室，进样孔与样品采集模块连接，酶抑制反应室内固定有生化反应试剂，检测室置于光电检测模块中，空气室置于压头和底板之间且压头位于空气室的正上方。
[0008]酶抑制法是当前农药残留快速检测中普遍使用的一种方法，其主要原理如下:有机磷与氨基甲酸酯类农药共为神经系统乙酰胆碱酯酶抑制物，对乙酰胆碱酯酶有强抑制作用并可与显色剂发生生化显色反应导致吸光度的改变，吸光度与残留的有机磷与氨基甲酸酯类农药的浓度存在一定关系，而吸光度的变量可通过光电效应进行测量。在酶分析法中，吸光度值是随着时间推移不断增加的，通过测试样品的吸光度与时间曲线的斜率，可计算出抑制率。因此，可以利用农药靶标酶一一乙酰胆碱酯酶(AChE)受抑制的程度来检测有机磷和氨基甲酸酯类农药。
[0009]本实用新型通过样品采集模块对待检测果蔬表皮的样片进行萃取而获得样液，样液经微流控芯片的进样孔进入酶抑制反应室与生化反应试剂进行酶抑制及显色反应后转为反应液。反应液进入检测室，由光电检测模块对其吸光度进行检测，检测的数据发送至单片机模块进行分析而获取残留农药的检测结果，检测结果一是由显示器进行现场输出，二是由远端通信模块发送至远端的服务中心进行汇总、存储或统一发布等。充电器与单片机模块连接，通过单片机模块向微流控芯片模块、样品采集模块、光电检测模块、远程通信模块、显示器提供工作电压。所述生化反应试剂包括进行酶抑制反应的乙酰胆碱酯酶和促进显色反应的碘化乙酰硫代胆碱。
[0010]所述单片机模块包括微处理单元、数据存储单元、数据传输单元、温控单元、计时单元和多个接口。微处理单元用于计算分析和程序控制；数据存储单元用于数据的存储；数据传输单元用于A/D转换和内部数据的传输；温控单元用于加热板的温度控制；所述计时单元用于多个阶段的分段计时；所述接口用于内部各个单元的通信以及单片机模块与样品采集模块、光电检测模块、远程通信模块、显示器、充电器的连接。
[0011 ] 所述微流控芯片为双层结构，上层为盖片，下层为基片，且上层盖片在对应空气室的位置设置有弹性的弧形凸起的薄膜。所述微流控芯片的的材质为高分子聚合物材料，包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚苯乙烯等，可以是同一种材质制备而成，也可以是由不同材质组成的杂合芯片，芯片为一次性使用。所述微流控芯片为现有产品且本实用新型的改进点也不在于此，故不再赘述。
[0012]所述导流器中与继电器连接的压头控制电路处于常开状态。压头控制电路处于开路状态时，继电器与衔铁分开，弹性连接件处于被压缩的状态，衔铁的自由端的压头抵靠在底板上；进一步对弹性连接件施加外力致使弹性连接件进一步被压缩，衔铁绕其与支架的铰接轴转动，将微流控芯片的空气室对准压头的位置放置于压头与底板之间；撤去外力，压头按压在空气室的薄膜上致使空气室内的气体排出。压头控制电路处于通路状态时，继电器吸合衔铁的自由端，压头对空气室的按压消失，根据内外压差，酶抑制反应室的反应液被引流至检测室等待光电检测模块的检测。
[0013]所述加热板置于微流控芯片的下方。根据酶抑制法的要求，酶抑制反应需在37°C恒温条件下充分反应3~10分钟。本实用新型通过单片机模块中的温控单元对加热板进行控温，使微流控芯片保持37°C的恒温状态；通过单片机模块中的计时单元对酶抑制反应进行计时并通过微处理单元对压头控制电路进行控制，酶抑制反应时间结束后，压头控制电路导通，酶抑制反应室的反应液被引流至检测室。
[0014]所述样品采集模块用于标准化样液的采集。样品采集过程中仅待测样片需人工获取并放置，其他过程自动化完成，且样片与萃取液的比例及反应时间均由单片机模块按设定参数进行控制，确保采样过程的规范化、标准化、系统化。
[0015]所述光电检测模块对检测室中反应液的吸光度进行检测，并将检测结果发送至单片机模块的数据传输单元进行A/D转换，并由微处理单元进行计算分析而获取结果。
[0016]所述远程通信模块将现场获取的结果借助网络发送至远端的服务中心。多地多品种的抽样结果可汇集到服务中心进行整理、存储或统一发布，既有利于公众掌握附近果蔬残留农药的情况而选择放心食品进行购买，又有利于监管部门及时获取市场信息而进行统筹规范和统一管理，还有利于约束果蔬供应商的生产、经销商的经营等行为。
[0017]本实用新型基于微流控芯片技术，利用溶液的酶抑制反应、生化显色反应和吸光度检测技术，借助网络技术，并增设样品采集模块和导流器，将采样、检测、分析、反馈、分享集成于一个便携式设备一次性完成，实现果蔬表面残留农药的现场、快速、自动化检测和检测结果的分享，既有利于公众快速获取信息，又有利于监管部门的统一管理，还有利于约束生产经营行为，便捷、高效。
[0018]进一步地，所述样品采集模块包括称重器、缓释液添加筒和萃取池；所述缓释液添加筒包括微筒、第一微泵、第一微阀和第一微管，第一微泵和第一微阀设置在微筒的出液端并通过第一微管与萃取池的进液端连接；所述萃取池包括萃取室、第二微泵、第二微阀和第二微管，第二微泵和第二微阀设置在萃取室的出液端并通过第二微管与微流控芯片的进样孔连接；所述称重器、第一微泵、第一微阀、第二微泵、第二微阀均与单片机模块连接。
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