一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于所述的微流控芯片系統(tǒng)由一次性的微流控芯片和便攜式儀器組成。微流控芯片由流體進(jìn)出口、微通道、反應(yīng)池、檢測(cè)池構(gòu)成，檢測(cè)時(shí)樣本溶液從流體進(jìn)口導(dǎo)入，沿微通道依次流經(jīng)反應(yīng)池和檢測(cè)池，完成溶液相的酶抑制反應(yīng)和顯色反應(yīng)，最后在顯色反應(yīng)池或檢測(cè)池中利用便攜式儀器實(shí)現(xiàn)吸光度的連續(xù)檢測(cè)，獲得農(nóng)藥殘留分析結(jié)果。本發(fā)明提供的微流控芯片系統(tǒng)及方法，特別適合于水果、蔬菜、土壤、水質(zhì)等樣本中農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng)、快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確檢測(cè)。
【專利說(shuō)明】一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微流控芯片分析領(lǐng)域，特別涉及一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用的農(nóng)藥品種繁多，包括殺蟲(chóng)劑、除草劑、殺菌劑、殺鼠劑等幾大類共600多種。有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥是我國(guó)目前使用量最大的農(nóng)藥，而且較多是使用在果蔬作物上。因此，目前在水果、蔬菜、水產(chǎn)品、土壤等農(nóng)產(chǎn)品中的農(nóng)藥殘留以有機(jī)磷農(nóng)藥和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留超標(biāo)最為突出。針對(duì)有機(jī)磷類和氨基甲酸酯類農(nóng)藥的監(jiān)測(cè)和管理，杜絕農(nóng)藥殘留超標(biāo)的農(nóng)產(chǎn)品上市銷售成為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全工作的重中之重。
[0003]目前，用于農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留的檢測(cè)方法主要包括活體生物檢測(cè)法、色譜-質(zhì)譜法、免疫法、酶抑制法、生物傳感器法、化學(xué)法等。上述各種方法都有各自的優(yōu)勢(shì)和不足之處，其中氣相色譜、高效液相色譜或色譜-質(zhì)譜聯(lián)用等儀器分析方法是監(jiān)測(cè)農(nóng)藥殘留的傳統(tǒng)權(quán)威方法，并被列入農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥殘留檢測(cè)的國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。雖然，儀器分析可以檢出樣品中較微量的農(nóng)藥(10_16?10_12mol/L)，并且可以同時(shí)獲得多組分的定性、定量分析結(jié)果。但是，色譜、質(zhì)譜等儀器昂貴，檢測(cè)費(fèi)時(shí)，需要專業(yè)人員操作，往往在大型的檢測(cè)機(jī)構(gòu)才能配備，因此給農(nóng)藥殘留的檢測(cè)的普及帶來(lái)困難。為了能有效地快速監(jiān)督、管理農(nóng)藥殘留的直接危害，農(nóng)藥殘留的快速、定性或半定量檢測(cè)方法引起人們極大的關(guān)注和重視。其中，近幾年發(fā)展起來(lái)的酶抑制法具有儀器設(shè)備簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本低、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前農(nóng)藥殘留快速檢測(cè)中普遍使用的方法。酶抑制法的主要原理如下: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，因此可以利用農(nóng)藥靶標(biāo)酶——乙酰膽堿酯酶(AChE)受抑制的程度來(lái)檢測(cè)有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥。該方法目前已開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的各種速測(cè)卡和速測(cè)儀產(chǎn)品。其中，農(nóng)殘速測(cè)卡由于其便攜性特別適合于農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng)快速分析檢測(cè)。然而，現(xiàn)有的農(nóng)殘速測(cè)卡是基于試紙等固相載體上進(jìn)行酶抑制反應(yīng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)殘檢測(cè)，屬于一種“干化學(xué)法”生化反應(yīng)，由于溶液蒸發(fā)等原因?qū)е聶z測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確度很差。此外，目前農(nóng)殘速測(cè)卡的檢測(cè)完全依靠人眼判讀，由于檢測(cè)人員對(duì)于速測(cè)卡顏色變化的敏感度和準(zhǔn)確度千差萬(wàn)別，導(dǎo)致農(nóng)殘速測(cè)卡的檢測(cè)結(jié)果主觀性強(qiáng)、檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確率差。因此如果能夠?qū)⑥r(nóng)藥殘留生化檢測(cè)以一種便攜、快速、準(zhǔn)確、低成本的形式進(jìn)行，具有極其重要的市場(chǎng)前景和社會(huì)意義。
[0004]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)的分析樣品前處理更方便、快速、成本低廉。而且，高特異性的生化反應(yīng)與微流控芯片強(qiáng)大的分離、檢測(cè)能力相結(jié)合將顯示出更為顯著的優(yōu)勢(shì)，因此以藥物篩選或生化樣品分析為目的而進(jìn)行的酶反應(yīng)、免疫反應(yīng)、PCR反應(yīng)、酶聯(lián)免疫分析(ELISA)如能在微流控芯片上實(shí)現(xiàn)，不僅將使樣品處理時(shí)間大幅縮短、試劑和儀器成本大幅降低、檢測(cè)分辨率和靈敏度顯著提高。特別是將便攜型檢測(cè)儀器進(jìn)一步與芯片實(shí)驗(yàn)室整合，將大大縮小檢測(cè)系統(tǒng)的體積，使現(xiàn)場(chǎng)、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)目前農(nóng)藥特別是有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)的上述問(wèn)題，提供一種便攜、快速、準(zhǔn)確、低成本的技術(shù)平臺(tái)，具體方案是基于微流控芯片技術(shù)，集成前處理、進(jìn)樣、生化反應(yīng)和分析檢測(cè)，基于溶液酶抑制反應(yīng)、生化顯色反應(yīng)和吸光度檢測(cè)原理，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng)、快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于所述的微流控芯片系統(tǒng)由內(nèi)部存儲(chǔ)有生化試劑的微流控芯片和便攜式儀器組成，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)樣后將微流控芯片裝入便攜式儀器，基于溶液的酶抑制反應(yīng)或免疫反應(yīng)和光度分析原理，快速獲得農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果。
[0007]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，所述的微流控芯片的材質(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。
[0008]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，所述的微流控芯片由流體進(jìn)出口、微通道、反應(yīng)池、檢測(cè)池構(gòu)成，檢測(cè)時(shí)樣本溶液從流體進(jìn)口導(dǎo)入，沿微通道依次流經(jīng)反應(yīng)池和檢測(cè)池，完成溶液相的酶抑制反應(yīng)和顯色反應(yīng)。
[0009]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，所述的微流控芯片內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)有用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)的生化試劑，包括萃取劑、酶、抗原抗體、底物、顯色劑等，所述的生化試劑具備以下特征:
[0010]所述生化試劑可以是液體試劑，也可以是粉末狀、薄膜狀或塊狀的固體試劑；所述的存儲(chǔ)方式可以是液囊封裝，也可以是表面修飾、凝膠包埋、塊體封裝等；所述的試劑可以直接存儲(chǔ)或固定化于反應(yīng)池或檢測(cè)池的內(nèi)部，也可以存儲(chǔ)于反應(yīng)池附近的試劑存儲(chǔ)池內(nèi)，即使用時(shí)可以直接在反應(yīng)池或檢測(cè)池中原位釋放，也可以依靠外部作用將其從存儲(chǔ)池中釋放至反應(yīng)池或檢測(cè)池中實(shí)現(xiàn)生化反應(yīng)。
[0011]所述的萃取劑包括磷酸鹽緩沖液、硼酸鹽緩沖液或有機(jī)試劑；所述的酶包括乙酰膽堿酯酶、丁酰膽堿酯酶、比亞酶等動(dòng)物酶或植物酶，所述的底物和顯色劑優(yōu)先使用碘化乙酰硫代膽堿、靛酚乙酸酯、5，5' -二硫代雙(2-硝基苯甲酸)。上述試劑中，萃取劑存儲(chǔ)于樣品提取池，酶和顯色劑存儲(chǔ)于酶抑制反應(yīng)池，底物存儲(chǔ)于顯色反應(yīng)池或檢測(cè)池。
[0012]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，所述的便攜式儀器可以是手持型或桌面型，主要包括流體控制模塊、溫度控制模塊、檢測(cè)模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊。上述模塊具備以下特征:
[0013]所述的流體控制模塊由微泵、微閥和導(dǎo)管構(gòu)成，用于控制芯片內(nèi)部的樣本溶液流動(dòng)；所述的微泵閥可以是微電滲泵、微柱塞泵、微注射泵等，微閥可以是微電磁閥、微單向閥或集成于微流控芯片的氣動(dòng)閥，優(yōu)先使用微柱塞泵和微電磁閥，流速控制范圍為InL/min?10 μ L/min ;微泵閥通過(guò)導(dǎo)管與芯片出口連接。
[0014]所述的溫度控制模塊由加熱板和溫度傳感器構(gòu)成用于控制微流控芯片的整體溫度，溫度控制范圍為10?60°C，控溫精度為±0.1?±2°C。
[0015]所述的檢測(cè)模塊由光源和光電傳感器構(gòu)成，用于對(duì)生化反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行光電分析；所述的光源優(yōu)先使用微型單色LED冷光源，波長(zhǎng)范圍為340?800nm，所述的光電傳感器可以是光電二極管、光電三極管、CMOS或C⑶等。
[0016]所述的電源模塊可以是原電池、干電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、鋰電池等一次性或者可充電式的電池，也可以是車載電源，用于提供儀器電力。
[0017]所述的數(shù)據(jù)處理和控制模塊由單片機(jī)、顯示屏或打印機(jī)、藍(lán)牙或無(wú)線通訊器件組成，用于對(duì)上述模塊進(jìn)行程序化控制及數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和傳輸處理。
[0018]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，所述的農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟包含前處理、定量進(jìn)樣、生化反應(yīng)、檢測(cè)、結(jié)果處理，耗時(shí)3?20min。
[0019]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，所述的前處理包括采樣、加樣、溶液提取，可以是在芯片外部執(zhí)行，也可以將農(nóng)藥提取試劑存儲(chǔ)于微流控芯片內(nèi)部，即將樣本提取步驟集成于微流控芯片。更具體地，在芯片外部執(zhí)行時(shí)，先將適量樣本(例如水果、蔬菜)置于燒杯等容器中，加入適量提取液浸泡處理一段時(shí)間，或是將適量提取液滴加在樣本表面，再將提取液轉(zhuǎn)移至微流控芯片中；在微流控芯片內(nèi)部執(zhí)行時(shí)，直接將適量樣本和提取液轉(zhuǎn)移到微流控芯片中，浸泡樣本一段時(shí)間后再執(zhí)行后續(xù)生化反應(yīng)和檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)微流控芯片在線前處理。
[0020]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，所述的定量進(jìn)樣可以是直接將一定質(zhì)量的樣本轉(zhuǎn)移到微流控芯片中，也可以是通過(guò)流體控制模塊或虹吸進(jìn)樣將一定體積的樣本提取液轉(zhuǎn)移到微流控芯片中。所述樣本的質(zhì)量范圍為I?100g，所述樣本提取液的體積范圍為I?2000 μ L0
[0021]本發(fā)明提供一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，所述的生化反應(yīng)包括溶液相的酶抑制反應(yīng)或免疫反應(yīng)，所述的檢測(cè)是基于生化反應(yīng)后的溶液吸光度分析實(shí)現(xiàn)的。更具體地，分析過(guò)程如下:首先利用流體控制模塊將樣品提取液導(dǎo)入固定有酶和顯色劑的反應(yīng)池，實(shí)現(xiàn)酶抑制反應(yīng)；繼而利用流體控制模塊將酶抑制反應(yīng)后的溶液導(dǎo)入固定有底物的反應(yīng)池或檢測(cè)池，實(shí)現(xiàn)顯色反應(yīng)；最后在顯色反應(yīng)池或檢測(cè)池中利用檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)吸光度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，獲得分析結(jié)果。
[0022]使用本發(fā)明提供的微流控芯片系統(tǒng)及方法，使用一次性的微流控芯片和便攜式的儀器，在芯片上集成酶抑制反應(yīng)和光度分析，特別適合于水果、蔬菜、土壤、水質(zhì)等樣本中農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng)、快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確檢測(cè)。對(duì)比傳統(tǒng)的農(nóng)殘速測(cè)卡類快速檢測(cè)產(chǎn)品，本發(fā)明方法將“干化學(xué)法”反應(yīng)升級(jí)為“溶液相反應(yīng)”，在提高反應(yīng)均勻性的基礎(chǔ)上，結(jié)合微流控芯片技術(shù)進(jìn)一步整合了進(jìn)樣、反應(yīng)和檢測(cè)，從而顯著提高檢測(cè)便攜化與自動(dòng)化程度、檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確率，具有極其重要的應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1.一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)示意圖，整個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)一次性的微流控芯片和一個(gè)便攜式儀器組成。
[0024]圖2.—種配套農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片的便攜式儀器組成原理示意圖。
[0025]圖3.本發(fā)明實(shí)施例1中用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片結(jié)構(gòu)及其檢測(cè)流程示意圖。其中，al為進(jìn)樣口，bl為流體通道，Cl為酶抑制反應(yīng)池，dl為顯色反應(yīng)與檢測(cè)池，el為出口，fl為存儲(chǔ)于反應(yīng)池中的酶和顯色劑混合物，gl為存儲(chǔ)于檢測(cè)池中的底物，hi為樣本提取液。
[0026]圖4.本發(fā)明實(shí)施例2中用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片結(jié)構(gòu)及其檢測(cè)流程示意圖。其中，a2為進(jìn)樣口，b2為流體通道，c2為酶抑制反應(yīng)池，d2為顯色反應(yīng)池，d2’為檢測(cè)池，e2為出口，f2為存儲(chǔ)于反應(yīng)池中的酶和顯色劑混合物，g2為存儲(chǔ)于檢測(cè)池中的底物，h2為樣本提取液。
[0027]圖5.本發(fā)明實(shí)施例3中用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片結(jié)構(gòu)及其檢測(cè)流程示意圖。其中，a3為進(jìn)樣口和樣品前處理池，b3為流體通道，c3為酶抑制反應(yīng)池，d3為顯色反應(yīng)與檢測(cè)池，e3為出口，f3為存儲(chǔ)于反應(yīng)池中的酶和顯色劑混合物，g3為存儲(chǔ)于檢測(cè)池中的底物，h3為樣本和提取液。
[0028]圖6.本發(fā)明實(shí)施例4中一種用于多樣本農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片結(jié)構(gòu)示意圖。其中(A)為一種具有三個(gè)重復(fù)檢測(cè)單元的微流控芯片；(B)為一種具有四個(gè)檢測(cè)單元和一個(gè)共同流體出口的微流控芯片。
具體實(shí)施方案
[0029]如圖1所示，本發(fā)明所提供的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)由兩部分組成:一次性使用的、內(nèi)部存儲(chǔ)有生化試劑的微流控芯片，以及與之配套使用的便攜式儀器。微流控芯片用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)樣、前處理、生化反應(yīng)等功能；便攜式儀器用于實(shí)現(xiàn)溫度控制、流體控制、檢測(cè)分析等功能。如圖2所示，便攜式儀器由溫度控制模塊、流體控制模塊、檢測(cè)模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊、電源模塊組成，工作原理如下:使用溫度控制模塊對(duì)微流控芯片進(jìn)行整體加熱恒溫；使用流體控制模塊對(duì)微流控芯片中的溶液進(jìn)行精確操控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微流控芯片中的生化反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控；使用檢測(cè)模塊對(duì)微流控芯片中的反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行吸光度測(cè)定；數(shù)據(jù)處理和控制模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、流體和檢測(cè)的控制以及分析結(jié)果的處理、顯示或傳輸；儀器整機(jī)由電源模塊進(jìn)行供電。便攜式儀器可以是手持型，也可以是桌面型，體積和質(zhì)量以能夠滿足便于攜帶、進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的需求為準(zhǔn)。使用時(shí)，只需要將樣品或樣品溶液加入芯片中，其余的步驟包括酶抑制反應(yīng)、顯色反應(yīng)和檢測(cè)均依靠便攜式儀器全自動(dòng)完成。
[0030]下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明予以進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此而限制本發(fā)明。
[0031]實(shí)施例1 一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)
[0032]本實(shí)施例中，用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)包括一個(gè)微流控芯片和一個(gè)便攜式儀器(圖1)，其中微流控芯片的結(jié)構(gòu)和操作流程如圖3所示，微流控芯片由進(jìn)樣口 al，流體通道bl，酶抑制反應(yīng)池Cl，顯色反應(yīng)與檢測(cè)池dl，流體出口 el組成；f I為存儲(chǔ)于反應(yīng)池中的酶和顯色劑混合試劑，gl為存儲(chǔ)于檢測(cè)池中的底物，hi為樣本提取液。具體檢測(cè)過(guò)程為:①進(jìn)樣:將定量的待測(cè)樣品溶液hi (例如水果、蔬菜的提取液或是水質(zhì)樣本)從進(jìn)樣口 al沿流體通道bl定量進(jìn)樣到微流控芯片中，并且充滿酶抑制反應(yīng)池Cl ;②將微流控芯片裝入便攜式儀器中；③生化反應(yīng):酶抑制反應(yīng)池Cl中，37°C恒溫條件下，待測(cè)溶液hi與酶試劑Π充分混合反應(yīng)，3?IOmin后溶液自動(dòng)進(jìn)入顯色反應(yīng)池與檢測(cè)池顯色反應(yīng)及檢測(cè):37°C恒溫條件下，待測(cè)液進(jìn)一步與底物gl充分反應(yīng)3?5min，采用吸光度連續(xù)測(cè)定法，分析獲得酶抑制率，最終結(jié)果以數(shù)據(jù)化顯示在便攜式儀器的顯示屏，也可以現(xiàn)場(chǎng)打印或者通過(guò)無(wú)線通訊或藍(lán)牙等將測(cè)定結(jié)果傳輸至檢測(cè)中心服務(wù)器。上述的步驟②?④均為儀器自動(dòng)化操作，使用本實(shí)施例所提供的微流控芯片系統(tǒng)，可以10?15min內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)獲得有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留的半定量或定量測(cè)定結(jié)果。
[0033]實(shí)施例2 —種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)
[0034]本實(shí)施例中，用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)包括一個(gè)微流控芯片和一個(gè)便攜式儀器(圖1)，其中微流控芯片的結(jié)構(gòu)和操作流程如圖4所示，微流控芯片由進(jìn)樣口 a2，流體通道b2，酶抑制反應(yīng)池c2，顯色反應(yīng)池d2，與檢測(cè)池d2’，流體出口 e2組成；f2為存儲(chǔ)于反應(yīng)池中的酶和顯色劑混合試劑，g2為存儲(chǔ)于顯色反應(yīng)池中的底物，h2為樣本提取液。具體檢測(cè)過(guò)程為:①進(jìn)樣:將定量的待測(cè)樣品溶液h2(例如水果、蔬菜的提取液或是水質(zhì)樣本)從進(jìn)樣口 a2沿流體通道b2定量進(jìn)樣到微流控芯片中，并且充滿酶抑制反應(yīng)池c2 ;②將微流控芯片裝入便攜式儀器中；③生化反應(yīng):酶抑制反應(yīng)池c2中，37°C恒溫條件下待測(cè)溶液與酶f2充分混合反應(yīng)，3?IOmin后溶液自動(dòng)進(jìn)入顯色反應(yīng)池d2與底物g2充分混合；④顯色反應(yīng)及檢測(cè):溶液從顯色反應(yīng)池自動(dòng)進(jìn)入檢測(cè)池d2’，37°C恒溫反應(yīng)3?5min，采用吸光度連續(xù)測(cè)定法，分析獲得酶抑制率，最終結(jié)果以數(shù)據(jù)化顯示在便攜式儀器的顯示屏，也可以現(xiàn)場(chǎng)打印或者通過(guò)無(wú)線通訊或藍(lán)牙等將測(cè)定結(jié)果傳輸至檢測(cè)中心服務(wù)器。上述的步驟②?④均為儀器自動(dòng)化操作，10?15min內(nèi)可獲得有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留的半定量或定量測(cè)定結(jié)果。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于本實(shí)施例中的微流控芯片顯色反應(yīng)池與檢測(cè)池分開(kāi)，這樣的特點(diǎn)是可以針對(duì)性對(duì)檢測(cè)池進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，例如可以增大檢測(cè)池的深度，即提高檢測(cè)光程，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活度和提高檢測(cè)靈敏度。實(shí)施例3 —種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)
[0035]本實(shí)施例中，用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)包括一個(gè)微流控芯片和一個(gè)便攜式儀器(圖1)，其中微流控芯片的結(jié)構(gòu)和操作流程如圖5所示，微流控芯片由進(jìn)樣口和樣品前處理池a3，流體通道b3，酶抑制反應(yīng)池c3，顯色反應(yīng)與檢測(cè)池d3，流體出口e3組成；f3為存儲(chǔ)于反應(yīng)池中的酶和顯色劑混合試劑，g3為存儲(chǔ)于顯色反應(yīng)池中的底物，h3為樣本和提取液。具體檢測(cè)過(guò)程為:①進(jìn)樣:將一定質(zhì)量的待測(cè)樣本(例如水果、蔬菜、土壤等固體樣本)和一定體積的提取液h3，加樣到微流控芯片的前處理池a3中，實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥?kù)o置提取3?5min ;②將微流控芯片裝入便攜式儀器中，樣本溶液進(jìn)入并且充滿酶抑制反應(yīng)池c3 酶抑制反應(yīng)池Cl中，37°C恒溫條件下，待測(cè)溶液h3與酶試劑f3充分混合反應(yīng)，3?IOmin后溶液自動(dòng)進(jìn)入顯色反應(yīng)池與檢測(cè)池d3 ;④顯色反應(yīng)及檢測(cè):37°C恒溫條件下，待測(cè)液進(jìn)一步與底物g3充分反應(yīng)3?5min，采用吸光度連續(xù)測(cè)定法，分析獲得酶抑制率，最終結(jié)果以數(shù)據(jù)化顯示在便攜式儀器的顯示屏，也可以現(xiàn)場(chǎng)打印或者通過(guò)無(wú)線通訊或藍(lán)牙等將測(cè)定結(jié)果傳輸至檢測(cè)中心服務(wù)器。上述的步驟②?④均為儀器自動(dòng)化操作，使用本實(shí)施例所提供的微流控芯片系統(tǒng)，可以10?15min內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)獲得有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留的半定量或定量測(cè)定結(jié)果。本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于本實(shí)施例中的微流控芯片增加了樣本前處理池，這樣的特點(diǎn)是可以直接將水果蔬菜等樣本直接加入到微流控芯片中，并且在線實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥的提取，使得農(nóng)藥殘留檢測(cè)的前處理、進(jìn)樣、反應(yīng)和檢測(cè)等步驟全部集成在微流控芯片上。
[0036]實(shí)施例4 一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)
[0037]本實(shí)施例中，用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)包括一個(gè)微流控芯片和一個(gè)便攜式儀器(圖1)，其中微流控芯片的結(jié)構(gòu)如圖6所示，微流控芯片A包含三個(gè)(可以是2?100個(gè))重復(fù)單元，每一個(gè)單元都集成了如實(shí)施例3中的樣本前處理、進(jìn)樣、生化反應(yīng)和檢測(cè)功能，其特征在于能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)樣本的同時(shí)檢測(cè)，并且所述的同時(shí)檢測(cè)依靠便攜式儀器中整合對(duì)應(yīng)的多個(gè)溫度控制、流體控制和檢測(cè)模塊；微流控芯片B包含四個(gè)重復(fù)單元，與芯片A的區(qū)別在于四個(gè)重復(fù)單元的流體出口相同，因此可以簡(jiǎn)化便攜式儀器中流體控制模塊的數(shù)量，例如可以一個(gè)流體控制模塊同時(shí)控制多個(gè)檢測(cè)單元。
[0038]使用本發(fā)明所提供的用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，只需要配備一個(gè)一次性使用的微流控芯片和一個(gè)便攜式儀器，可以在10?15分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)水果、蔬菜、土壤、水質(zhì)等樣本中有機(jī)磷和氨基甲酸酯類農(nóng)藥殘留的檢測(cè)，整個(gè)檢測(cè)流程包括前處理、進(jìn)樣、反應(yīng)和分析都集成于微流控芯片上，能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的便攜化、自動(dòng)化、快速化和準(zhǔn)確化，具有極其重要的實(shí)際意義和市場(chǎng)前景。
【權(quán)利要求】
1.一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于所述的微流控芯片系統(tǒng)由內(nèi)部存儲(chǔ)有生化試劑的一次性微流控芯片和便攜式儀器組成，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)樣后將微流控芯片裝入便攜式儀器，基于溶液的酶抑制反應(yīng)和吸光度分析原理，快速獲得農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于，所述的微流控芯片的材質(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。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于，所述的微流控芯片由流體進(jìn)口和出口、微通道、反應(yīng)池、檢測(cè)池構(gòu)成，檢測(cè)時(shí)待測(cè)溶液從流體進(jìn)口導(dǎo)入，沿微通道依次流經(jīng)反應(yīng)池和檢測(cè)池。
4.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于，所述的微流控芯片內(nèi)部預(yù)先存儲(chǔ)有用于農(nóng)藥殘留檢測(cè)的生化試劑，包括萃取劑、酶、底物和顯色劑等；所述生化試劑可以是液體試劑，也可以是粉末狀、薄膜狀或塊狀的固體試劑；所述的存儲(chǔ)方式可以是液囊封裝，也可以是表面修飾、凝膠包埋、塊體封裝等。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)，其特征在于，所述的便攜式儀器可以是手持型或桌面型，主要包括流體控制模塊、溫度控制模塊、檢測(cè)模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊。上述模塊具有以下特征: 所述的流體控制模塊由微泵、微閥和導(dǎo)管構(gòu)成，用于控制芯片內(nèi)部的樣本溶液流動(dòng)；所述的微泵閥可以是微電滲泵、微柱塞泵、微注射泵等，微閥可以是微電磁閥、微單向閥或集成于微流控芯片的氣動(dòng)閥，優(yōu)先使用微柱塞泵和微電磁閥，流速控制范圍為InL/min~10 μ L/min ;微泵閥通過(guò)導(dǎo)管與芯片上的流體出口連接； 所述的溫度控制模塊由加熱板和溫度傳感器構(gòu)成用于控制微流控芯片的整體溫度，溫度控制范圍為10~60°C，控 溫精度為±0.1~±2°C ； 所述的檢測(cè)模塊由光源和光電傳感器構(gòu)成，用于對(duì)生化反應(yīng)結(jié)果進(jìn)行吸光度測(cè)定；所述的光源優(yōu)先使用微型單色LED冷光源，波長(zhǎng)范圍為340~800nm，所述的光電傳感器可以是光電二極管、光電三極管、CMOS或CCD等； 所述的電源模塊可以是原電池、干電池、燃料電池、太陽(yáng)能電池、鋰電池等一次性或者可充電式的電池，也可以是車載電源，用于提供儀器電力； 所述的數(shù)據(jù)處理和控制模塊由單片機(jī)、顯示屏或打印機(jī)、藍(lán)牙或無(wú)線通訊器件組成，用于對(duì)上述模塊進(jìn)行程序化控制及數(shù)據(jù)采集、分析、顯示和傳輸處理。
6.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述的農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)步驟包含前處理、定量進(jìn)樣、生化反應(yīng)、檢測(cè)等，耗時(shí)3~20mino
7.如權(quán)利要求1和6所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述的前處理包括取樣、加樣、浸泡提取，可以是在芯片外部完成后將待測(cè)溶液轉(zhuǎn)移到芯片中，也可以將樣本和農(nóng)藥提取液一起加到芯片反應(yīng)池中，即將前處理步驟集成于微流控芯片。
8.如權(quán)利要求1和6所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述的定量進(jìn)樣可以是將一定質(zhì)量的樣本轉(zhuǎn)移到微流控芯片中再加入適量的提取液，也可以是借助流體控制模塊或毛細(xì)作用將一定體積的待測(cè)樣本溶液從流體進(jìn)口轉(zhuǎn)移到微流控芯片中；所述樣本的質(zhì)量范圍為I~100g，所述樣本溶液的體積范圍為I~2000 μ L。
9.如權(quán)利要求1和6所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于，所述的生化反應(yīng)包括溶液相的酶抑制反應(yīng)和顯色反應(yīng)，所述的檢測(cè)是通過(guò)溶液吸光度連續(xù)測(cè)定法而實(shí)現(xiàn)。
10.如權(quán)利要求1所述的一種用于農(nóng)藥殘留現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)及方法，其特征在于，使用本發(fā)明提供的微流控芯片系統(tǒng)及方法，使用一次性的微流控芯片和便攜式的儀器，集成樣本前處理、酶抑制反應(yīng)、顯色反應(yīng)和吸光度分析，特別適合于水果、蔬菜、土壤、水質(zhì)等樣本中農(nóng)藥殘留的現(xiàn)場(chǎng) 、快速、自動(dòng)、準(zhǔn)確檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01N35/00GK103808948SQ201410092671
【公開(kāi)日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】葉嘉明, 黃昱俊, 苑寶龍 申請(qǐng)人:杭州霆科生物科技有限公司