一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开作物农药残留检测和生化检测领域中一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法，芯片更换传送带将第一试纸盒内部的带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片传送至芯片安装片上，第二试纸盒内部的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片通过芯片传出传送带传送到乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片上；试剂经进样口到达进样池内，经纸基芯片进样通道的作用到达乙酰胆碱酯酶固定槽内与乙酰胆碱酯酶混合；按压组件带动芯片安装片向下运动，使靛酚乙酸酯试剂与乙酰胆碱酯酶试剂充分接触发生显色反应，由光电检测装置对显色区进行检测；本发明专利技术基于酶抑制反应原理，检测分辨率和灵敏度显著提高，实现待测样品从投入到农残量显示的自动化过程。

An automatic and portable paper based microfluidic pesticide residue photoelectric detection device and method

The invention discloses a paper base crop pesticide residue detection and portable automatic biochemical detection of pesticide residues in the field of microfluidic photoelectric detection device and method, chip conveyor belt will replace paper-based chip with dichloroindophenol reagent sent to the chip mounting plate inside the first kit on the second test paper inside the box with acetylcholinesterase reagent the paper base chip conveyor to the spread of acetylcholinesterase in paper-based microfluidic chip by chip core is arranged at the lower part; the reagent inlet reach sample pool, the inlet by paper based chip function to acetylcholinesterase fixing groove and acetylcholinesterase mixing; the pressing component drives the downward movement of the chip mounting plate, dichloroindophenol reagents and acetylcholinesterase reagent full contact with the color reaction on the color region is detected by the photoelectric detection device; The invention is based on the principle of enzyme inhibition reaction, detection sensitivity and resolution is significantly improved, the automation of the sample from the input to the pesticide residue quantity display.

【技术实现步骤摘要】
一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法
本专利技术属于作物农药残留检测和生化检测领域，将微流控技术应用于农药残留检测中的检测装置及方法。
技术介绍
作物农药残留已成为危害生命健康的一大隐形杀手。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检测和管理，避免所含农药超标的产品进入市场成了当前最为重要的问题。目前，农药残留快速检测方法根据原理大致分为酶抑制法、光谱检测法和色谱检测法等。光谱法和色谱法所需设备昂贵，无法便携化与普及化应用；酶抑制法具有快速、操作简便等特点，已成为便携式农药残留检测的主要方法。传统的酶抑制速测法主要依赖酶抑制显色化学反应在速测卡片上比色判别，该方法检测速度快，检测成本低，但是存在反应均一性差，分析准确率低等缺点。微流控技术是近年来在生物芯片基础上兴起的生化检测技术，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分析样品前处理更方便、快速、成本低廉。它能把成熟的酶抑制农药检测法中的进样、混合、反应步骤集成在一块微米尺度芯片上并结合光电检测技术实现微型化和便携化。纸基微流控芯片技术远远降低了传统微流控芯片的加工成本和制备难度，是一种新兴的纸上分析技术平台，因其具有制作简单、成本低廉、生物兼容性好等特点而广泛应用于医疗诊断、食品安全监测和环境监测等领域，进一步推动了便携化农残检测技术的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前农药残留检测方法无法进行检测对象的自动化处理与设备不易便携等缺点而设计了一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法，具备样本自动预处理与检测功能，结构简单，操作容易且自动化程度高。本专利技术一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置采用的技术方案是：由上部分的样品处理区和下部分的反应检测区组成，反应检测区的最外部是反应检测盒，反应检测盒内部上方设有一个反应盒，反应盒顶面开有进样口，进样口接收样品处理区处理后的样品溶液，反应检测盒内部还设有按压组件、传送电机、气泵、光电检测装置、输出电机、传送片、第一试纸盒、芯片更换传送带、芯片传出传送带和第二试纸盒；反应盒外部左侧是第一试纸盒、芯片更换传送带和传送电机，右侧是第二试纸盒、芯片传出传送带和输出电机；第一试纸盒中装着带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片且放置于芯片更换传送带的上方，第二试纸盒中装着带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片且放置于芯片传出传送带的上方，芯片更换传送带右端连接传送片，传送片右端设芯片安装片，带有靛酚乙酸酯的纸基芯片上具有一个放置靛酚乙酸酯试剂的靛酚乙酸酯固定槽；反应盒的内底表面平放有乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片，带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片上从左至右设有乙酰胆碱酯酶固定槽、纸基芯片进样通道和进样池，乙酰胆碱酯酶固定槽和进样池之间用纸基芯片进样通道连接，乙酰胆碱酯酶固定槽位于靛酚乙酸酯固定槽的正下方，进样池位于进样口的正下方；反应盒内的安装片上方装有能上下移动的按压组件，按压组件连接气泵，按压组件底部连接芯片安装片；反应盒的左侧壁底部开有芯片导出口；反应盒的下方设有光电检测装置和微处理器，微处理器分别连接传送电机、输出电机和气泵；光电检测装置位于乙酰胆碱酯酶固定槽的正下方，通过数据线连接微处理器。本专利技术一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置的检测方法采用的技术方案是包括以下步骤：A：微处理器控制传送电机和输出电机工作，芯片更换传送带将第一试纸盒内部的带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片传送至芯片安装片上，输出电机同时将第二试纸盒内部的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片通过芯片传出传送带传送到乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片上；试剂经进样口到达进样池内，经纸基芯片进样通道的作用到达乙酰胆碱酯酶固定槽内与乙酰胆碱酯酶混合；B、微处理器控制气泵工作，向按压组件内部进气，带动芯片安装片向下运动，使纸基芯片内的靛酚乙酸酯试剂与乙酰胆碱酯酶试剂充分接触发生显色反应；C、由光电检测装置对显色区进行检测，检测的信号输入微处理器进行数据处理，得到农药残留检测数据，通过输出电机将反应完的纸基芯片从反应盒内部经芯片导出口传出。本专利技术与已有的技术和方法相比具有如下优点：（1）本专利技术基于酶抑制反应原理，装置结构操作简单，不仅使样品处理时间大幅缩短、试剂和仪器成本大幅降低、检测分辨率和灵敏度显著提高，而且基于溶液反应的酶抑制反应技术极大地提高反应均一性和可控性，特别是将便携型检测仪器进一步与纸基微流控芯片整合，大大缩小检测装置的体积，使基于酶抑制反应的现场、简便、快速、准确检测成为可能，能自动快速发实现待检测对象的采样、搅拌、混合、萃取、过滤等过程。（2）本专利技术装置采取层层分级过滤的结构，可使混合后的杂质减少，提高样品纯度，减小光电检测时的误差。（3）本专利技术采用气动泵来实现对纸基微流控芯片的进样，能降低试剂的消耗，减小成本。（4）本专利技术装置利用滤纸材料制作纸基微流控芯片，用CAD画图软件设计纸基芯片的形状，再用喷墨打印机在滤纸上打印出芯片构造。（5）本专利技术芯片采用对面式结构，底部设计的电磁铁可使样品溶液与乙酰胆碱同时与乙酰胆碱酯酶接触充分，反应更加彻底，减少酶抑制反应时不必要的误差。（6）本专利技术装置内的芯片显色区域和反应区域是集成于一体，乙酰胆碱与乙酰胆碱酯酶固定于此处，可通过电机的传送达到自动更换芯片的功能，以实现多组农残检测。（7）本专利技术装置中由于纸基芯片不透光，而当单色光照射到不透明物固体表面时，发生反射和吸收，因此检测方法采用反射式光电检测机理。（8）本专利技术装置整个反应与驱动过程是通过微处理器来进行控制，可实现待测样品从投入到农残量显示的自动化过程，达到了自动化的进行反应与驱动的目的，检测效率高。附图说明图1本专利技术所述的一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置的总体结构示意图；图2是图1所示装置中反应盒35的内部构造与按压驱动结构示意图；图3是图2所示结构中按压组件19的连接与结构图；图4是图1所示装置中微处理器26的控制结构图；图5是图1所示装置中光电检测装置25的检测与控制结构示意图；图6是图1所示装置进行芯片更换时的结构放大示意图；图7是图6所示结构中上下两个纸基微流控芯片接触后的俯视图；图8是图1所示装置实现农药残留光电检测的流程图。附图中各部件的序号和名称：1：样品处理盒，2：样品进样结构，3：样品搅拌池，4：切割扇叶，5：搅拌器，6：旋转电机，7：阀门，8：第一管道，9：过滤器，10：气动泵，11：压缩杆，12：卡片式过滤器，13：软管，14：进样口，16：进样池，17：靛酚乙酸酯固定槽，18：乙酰胆碱酯酶固定槽，19：按压组件，20：芯片安装片，21：传送电机，22：伸缩杆，23：气泵，24：芯片导出口，25：光电检测装置，26：微处理器，27：显示屏，28：组件电源，29：纸基芯片进样通道，30：发光二极管，31：光敏二极管，32本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，由上部分的样品处理区和下部分的反应检测区组成，反应检测区的最外部是反应检测盒（33），反应检测盒（33）内部上方设有一个反应盒（35），反应盒（35）顶面开有进样口（14），进样口（14）接收样品处理区处理后的样品溶液，其特征是：反应检测盒（33）内部还设有按压组件（19）、传送电机（21）、气泵（23）、光电检测装置（25）、输出电机（41）、传送片（42）、第一试纸盒（43）、芯片更换传送带（44）、芯片传出传送带（45）和第二试纸盒（47）；反应盒（35）外部左侧是第一试纸盒（43）、芯片更换传送带（44）和传送电机（21），右侧是第二试纸盒（47）、芯片传出传送带（45）和输出电机（41）；第一试纸盒（43）中装着带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片且放置于芯片更换传送带（44）的上方，第二试纸盒（47）中装着带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片且放置于芯片传出传送带（45）的上方，芯片更换传送带（44）右端连接传送片（42），传送片（42）右端设芯片安装片（20），带有靛酚乙酸酯的纸基芯片上具有一个放置靛酚乙酸酯试剂的靛酚乙酸酯固定槽17；反应盒35的内底表面平放有乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片（40），带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片上从左至右设有乙酰胆碱酯酶固定槽（18）、纸基芯片进样通道（29）和进样池（16），乙酰胆碱酯酶固定槽（18）和进样池（16）之间用纸基芯片进样通道（29）连接，乙酰胆碱酯酶固定槽（18）位于靛酚乙酸酯固定槽（17）的正下方，进样池（16）位于进样口（14）的正下方；反应盒（35）内的安装片（20）上方装有能上下移动的按压组件（19），按压组件（19）连接气泵（23），按压组件（19）底部连接芯片安装片（20）；反应盒（35）的左侧壁底部开有芯片导出口（24）；反应盒（35）的下方设有光电检测装置（25）和微处理器（26），微处理器（26）分别连接并控制传送电机（21）、输出电机（41）和气泵（23）；光电检测装置（25）位于乙酰胆碱酯酶固定槽（18）的正下方，通过数据线连接微处理器（26）。...

【技术特征摘要】
1.一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，由上部分的样品处理区和下部分的反应检测区组成，反应检测区的最外部是反应检测盒（33），反应检测盒（33）内部上方设有一个反应盒（35），反应盒（35）顶面开有进样口（14），进样口（14）接收样品处理区处理后的样品溶液，其特征是：反应检测盒（33）内部还设有按压组件（19）、传送电机（21）、气泵（23）、光电检测装置（25）、输出电机（41）、传送片（42）、第一试纸盒（43）、芯片更换传送带（44）、芯片传出传送带（45）和第二试纸盒（47）；反应盒（35）外部左侧是第一试纸盒（43）、芯片更换传送带（44）和传送电机（21），右侧是第二试纸盒（47）、芯片传出传送带（45）和输出电机（41）；第一试纸盒（43）中装着带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片且放置于芯片更换传送带（44）的上方，第二试纸盒（47）中装着带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片且放置于芯片传出传送带（45）的上方，芯片更换传送带（44）右端连接传送片（42），传送片（42）右端设芯片安装片（20），带有靛酚乙酸酯的纸基芯片上具有一个放置靛酚乙酸酯试剂的靛酚乙酸酯固定槽17；反应盒35的内底表面平放有乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片（40），带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片上从左至右设有乙酰胆碱酯酶固定槽（18）、纸基芯片进样通道（29）和进样池（16），乙酰胆碱酯酶固定槽（18）和进样池（16）之间用纸基芯片进样通道（29）连接，乙酰胆碱酯酶固定槽（18）位于靛酚乙酸酯固定槽（17）的正下方，进样池（16）位于进样口（14）的正下方；反应盒（35）内的安装片（20）上方装有能上下移动的按压组件（19），按压组件（19）连接气泵（23），按压组件（19）底部连接芯片安装片（20）；反应盒（35）的左侧壁底部开有芯片导出口（24）；反应盒（35）的下方设有光电检测装置（25）和微处理器（26），微处理器（26）分别连接并控制传送电机（21）、输出电机（41）和气泵（23）；光电检测装置（25）位于乙酰胆碱酯酶固定槽（18）的正下方，通过数据线连接微处理器（26）。2.根据权利要求1所述自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，其特征是：所述样品处理区最外部是样品处理盒（1），样品处理盒（1）内部设有样品进样结构（2）、样品搅拌池（3）、液体贮存室（34）以及废液池（38），样品进样结构（2）放置于样品处理盒（1）内部的顶部，样品进样结构（2）的底部衔接样品搅拌池（3），样品搅拌池（3）的下方是废液池（38）和液体贮存室（34），样品搅拌池（3）通过第一废液排出管道（36a）与废液池（38）连接，第一废液排出管道（36a）上装有第一控制阀门（37a），样品搅拌池（3）通过第一管...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣标，李振，杨宁，周晓迪，毛罕平，李方利，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32