一種基于微流控芯片的便攜式殘留農(nóng)藥檢測(cè)儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及殘留農(nóng)藥檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體是指一種基于微流控芯片的便攜式殘留農(nóng)藥檢測(cè)儀。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)全球化進(jìn)程的不斷加快，食品安全問題已經(jīng)成為一個(gè)全球性的問題。因不規(guī)范操作、監(jiān)管不力等因素導(dǎo)致果蔬上殘留農(nóng)藥超標(biāo)而致使食用者發(fā)生急性中毒的事件屢見報(bào)端。目前，果蔬表面殘留農(nóng)藥以有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯類農(nóng)藥為主。人們對(duì)果蔬表面殘留農(nóng)藥情況的了解，要么依賴專業(yè)部門的抽檢報(bào)告，要么使用農(nóng)藥速測(cè)卡通過人眼進(jìn)行估判。專業(yè)部門的抽檢靈活性差、檢測(cè)結(jié)果時(shí)效性低，不能適應(yīng)隨時(shí)隨地進(jìn)行檢測(cè)并獲知結(jié)果的需要；農(nóng)藥速測(cè)卡的使用受人為因素的影響較大，檢測(cè)結(jié)果可參考性低。
[0003]微流控芯片又稱芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on a Chip)，指的是一種在一塊幾平方厘米的芯片上構(gòu)建的生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。它把生物和化學(xué)領(lǐng)域中所涉及的反應(yīng)、分離、培養(yǎng)、分選、檢測(cè)等基本操作單元分別做成微/納米量級(jí)的構(gòu)件，集成到一塊很小的芯片上，由微通道形成網(wǎng)絡(luò)，以可控流體貫穿整個(gè)系統(tǒng)，用以實(shí)現(xiàn)常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種功能。由于微流控芯片技術(shù)具有進(jìn)樣量小、集成度高、易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和高通量分析的特點(diǎn)，使得在微流控芯片上進(jìn)行生化反應(yīng)操作較常規(guī)的樣品分析更方便、快速、成本低廉。若能將便攜式檢測(cè)儀器與微流控芯片整合，將大大縮小檢測(cè)系統(tǒng)的體積，使現(xiàn)場(chǎng)、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)成為可會(huì)K。
[0004]另一方面，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，分享已經(jīng)成為人們獲取信息的快捷方式。不同地域的人們將獲知的信息分享成為網(wǎng)絡(luò)資源，即可迅速傳播。
[0005]因此，亟需提供一種基于微流控芯片的便攜式的殘留農(nóng)藥檢測(cè)儀，能隨時(shí)隨地對(duì)果蔬上殘留的農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)并將結(jié)果即時(shí)分享至服務(wù)平臺(tái)，既有利于公眾快速獲取信息，又有利于監(jiān)管部門的統(tǒng)一管理，還有利于約束生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行為，便捷、高效。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于微流控芯片的便攜式的殘留農(nóng)藥檢測(cè)儀，能隨時(shí)隨地對(duì)果蔬上殘留的農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)并將結(jié)果即時(shí)分享至服務(wù)平臺(tái)，既有利于公眾快速獲取信息，又有利于監(jiān)管部門的統(tǒng)一管理，還有利于約束生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行為，便捷、高效。
[0007]本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于微流控芯片的便攜式殘留農(nóng)藥檢測(cè)儀，包括單片機(jī)模塊和分別與單片機(jī)模塊連接的微流控芯片模塊、樣品采集模塊、光電檢測(cè)模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、顯示器、充電器；所述微流控芯片模塊包括導(dǎo)流器、橫置的微流控芯片和加熱板，加熱板置于微流控芯片下方且與單片機(jī)模塊連接；所述導(dǎo)流器包括繼電器、銜鐵、底板、支架、彈性連接件和壓頭控制電路，連接壓頭控制電路的繼電器置于銜鐵上方；所述銜鐵的中部通過支架鉸接在底板上方，一端通過彈性連接件與底板彈性連接，遠(yuǎn)離彈性連接件的一端為自由端，自由端的底面設(shè)置有壓頭；所述微流控芯片包括微通道和通過微通道依次連接的進(jìn)樣孔、酶抑制反應(yīng)室、檢測(cè)室、空氣室，進(jìn)樣孔與樣品采集模塊連接，酶抑制反應(yīng)室內(nèi)固定有生化反應(yīng)試劑，檢測(cè)室置于光電檢測(cè)模塊中，空氣室置于壓頭和底板之間且壓頭位于空氣室的正上方。
[0008]酶抑制法是當(dāng)前農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)中普遍使用的一種方法，其主要原理如下:有機(jī)磷與氨基甲酸酯類農(nóng)藥共為神經(jīng)系統(tǒng)乙酰膽堿酯酶抑制物，對(duì)乙酰膽堿酯酶有強(qiáng)抑制作用并可與顯色劑發(fā)生生化顯色反應(yīng)導(dǎo)致吸光度的改變，吸光度與殘留的有機(jī)磷與氨基甲酸酯類農(nóng)藥的濃度存在一定關(guān)系，而吸光度的變量可通過光電效應(yīng)進(jìn)行測(cè)量。在酶分析法中，吸光度值是隨著時(shí)間推移不斷增加的，通過測(cè)試樣品的吸光度與時(shí)間曲線的斜率，可計(jì)算出抑制率。因此，可以利用農(nóng)藥靶標(biāo)酶一一乙酰膽堿酯酶(AChE)受抑制的程度來檢測(cè)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥。
[0009]本實(shí)用新型通過樣品采集模塊對(duì)待檢測(cè)果蔬表皮的樣片進(jìn)行萃取而獲得樣液，樣液經(jīng)微流控芯片的進(jìn)樣孔進(jìn)入酶抑制反應(yīng)室與生化反應(yīng)試劑進(jìn)行酶抑制及顯色反應(yīng)后轉(zhuǎn)為反應(yīng)液。反應(yīng)液進(jìn)入檢測(cè)室，由光電檢測(cè)模塊對(duì)其吸光度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送至單片機(jī)模塊進(jìn)行分析而獲取殘留農(nóng)藥的檢測(cè)結(jié)果，檢測(cè)結(jié)果一是由顯示器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)輸出，二是由遠(yuǎn)端通信模塊發(fā)送至遠(yuǎn)端的服務(wù)中心進(jìn)行匯總、存儲(chǔ)或統(tǒng)一發(fā)布等。充電器與單片機(jī)模塊連接，通過單片機(jī)模塊向微流控芯片模塊、樣品采集模塊、光電檢測(cè)模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、顯示器提供工作電壓。所述生化反應(yīng)試劑包括進(jìn)行酶抑制反應(yīng)的乙酰膽堿酯酶和促進(jìn)顯色反應(yīng)的碘化乙酰硫代膽堿。
[0010]所述單片機(jī)模塊包括微處理單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、數(shù)據(jù)傳輸單元、溫控單元、計(jì)時(shí)單元和多個(gè)接口。微處理單元用于計(jì)算分析和程序控制；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；數(shù)據(jù)傳輸單元用于A/D轉(zhuǎn)換和內(nèi)部數(shù)據(jù)的傳輸；溫控單元用于加熱板的溫度控制；所述計(jì)時(shí)單元用于多個(gè)階段的分段計(jì)時(shí)；所述接口用于內(nèi)部各個(gè)單元的通信以及單片機(jī)模塊與樣品采集模塊、光電檢測(cè)模塊、遠(yuǎn)程通信模塊、顯示器、充電器的連接。
[0011 ] 所述微流控芯片為雙層結(jié)構(gòu)，上層為蓋片，下層為基片，且上層蓋片在對(duì)應(yīng)空氣室的位置設(shè)置有彈性的弧形凸起的薄膜。所述微流控芯片的的材質(zhì)為高分子聚合物材料，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，可以是同一種材質(zhì)制備而成，也可以是由不同材質(zhì)組成的雜合芯片，芯片為一次性使用。所述微流控芯片為現(xiàn)有產(chǎn)品且本實(shí)用新型的改進(jìn)點(diǎn)也不在于此，故不再贅述。
[0012]所述導(dǎo)流器中與繼電器連接的壓頭控制電路處于常開狀態(tài)。壓頭控制電路處于開路狀態(tài)時(shí)，繼電器與銜鐵分開，彈性連接件處于被壓縮的狀態(tài)，銜鐵的自由端的壓頭抵靠在底板上；進(jìn)一步對(duì)彈性連接件施加外力致使彈性連接件進(jìn)一步被壓縮，銜鐵繞其與支架的鉸接軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將微流控芯片的空氣室對(duì)準(zhǔn)壓頭的位置放置于壓頭與底板之間；撤去外力，壓頭按壓在空氣室的薄膜上致使空氣室內(nèi)的氣體排出。壓頭控制電路處于通路狀態(tài)時(shí)，繼電器吸合銜鐵的自由端，壓頭對(duì)空氣室的按壓消失，根據(jù)內(nèi)外壓差，酶抑制反應(yīng)室的反應(yīng)液被引流至檢測(cè)室等待光電檢測(cè)模塊的檢測(cè)。
[0013]所述加熱板置于微流控芯片的下方。根據(jù)酶抑制法的要求，酶抑制反應(yīng)需在37°C恒溫條件下充分反應(yīng)3~10分鐘。本實(shí)用新型通過單片機(jī)模塊中的溫控單元對(duì)加熱板進(jìn)行控溫，使微流控芯片保持37°C的恒溫狀態(tài)；通過單片機(jī)模塊中的計(jì)時(shí)單元對(duì)酶抑制反應(yīng)進(jìn)行計(jì)時(shí)并通過微處理單元對(duì)壓頭控制電路進(jìn)行控制，酶抑制反應(yīng)時(shí)間結(jié)束后，壓頭控制電路導(dǎo)通，酶抑制反應(yīng)室的反應(yīng)液被引流至檢測(cè)室。
[0014]所述樣品采集模塊用于標(biāo)準(zhǔn)化樣液的采集。樣品采集過程中僅待測(cè)樣片需人工獲取并放置，其他過程自動(dòng)化完成，且樣片與萃取液的比例及反應(yīng)時(shí)間均由單片機(jī)模塊按設(shè)定參數(shù)進(jìn)行控制，確保采樣過程的規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。
[0015]所述光電檢測(cè)模塊對(duì)檢測(cè)室中反應(yīng)液的吸光度進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至單片機(jī)模塊的數(shù)據(jù)傳輸單元進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并由微處理單元進(jìn)行計(jì)算分析而獲取結(jié)果。
[0016]所述遠(yuǎn)程通信模塊將現(xiàn)場(chǎng)獲取的結(jié)果借助網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至遠(yuǎn)端的服務(wù)中心。多地多品種的抽樣結(jié)果可匯集到服務(wù)中心進(jìn)行整理、存儲(chǔ)或統(tǒng)一發(fā)布，既有利于公眾掌握附近果蔬殘留農(nóng)藥的情況而選擇放心食品進(jìn)行購(gòu)買，又有利于監(jiān)管部門及時(shí)獲取市場(chǎng)信息而進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)范和統(tǒng)一管理，還有利于約束果蔬供應(yīng)商的生產(chǎn)、經(jīng)銷商的經(jīng)營(yíng)等行為。
[0017]本實(shí)用新型基于微流控芯片技術(shù)，利用溶液的酶抑制反應(yīng)、生化顯色反應(yīng)和吸光度檢測(cè)技術(shù)，借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，并增設(shè)樣品采集模塊和導(dǎo)流器，將采樣、檢測(cè)、分析、反饋、分享集成于一個(gè)便攜式設(shè)備一次性完成，實(shí)現(xiàn)果蔬表面殘留農(nóng)藥的現(xiàn)場(chǎng)、快速、自動(dòng)化檢測(cè)和檢測(cè)結(jié)果的分享，既有利于公眾快速獲取信息，又有利于監(jiān)管部門的統(tǒng)一管理，還有利于約束生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)行為，便捷、高效。
[0018]進(jìn)一步地，所述樣品采集模塊包括稱重器、緩釋液添加筒和萃取池；所述緩釋液添加筒包括微筒、第一微泵、第一微閥和第一微管，第一微泵和第一微閥設(shè)置在微筒的出液端并通過第一微管與萃取池的進(jìn)液端連接；所述萃取池包括萃取室、第二微泵、第二微閥和第二微管，第二微泵和第二微閥設(shè)置在萃取室的出液端并通過第二微管與微流控芯片的進(jìn)樣孔連接；所述稱重器、第一微泵、第一微閥、第二微泵、第二微閥均與單片機(jī)模塊連接。
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