一种检测大气颗粒物的微流体芯片装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于电敏感区法通过微流控芯片测量大气颗粒物的方法，发明专利技术名称为“一种检测大气颗粒物的微流体芯片装置”，将采集到的大气颗粒物放入电解质溶液中，由于大气颗粒物取代相同体积的电解液，造成孔内电阻的增加，利用恒电压电路实时测量颗粒物过孔的电流信号，得到的脉冲数量与幅值分别对应颗粒物的个数和大小。该电阻脉冲信号与颗粒物的尺寸之间存在着定量关系。本发明专利技术基于微流控芯片因此可实现便携、在线、实时、定量、连续测量；测量精度高，背景噪音小；微流道装置便携，成本低廉；配有无线发射装置，数据传输更加简便；可以得到颗粒的几何拓扑信息。

Microfluidic chip device for detecting atmospheric particulates

The invention discloses a method for measuring atmospheric particulate matter by a microfluidic chip based on an electro-sensitive region method. The invention is called a microfluidic chip device for detecting atmospheric particulate matter. The collected atmospheric particulate matter is put into an electrolyte solution, and the hole is formed because the atmospheric particulate matter replaces the same volume of electrolyte solution. With the increase of resistance, the constant voltage circuit is used to measure the current signal of particles through the hole in real time, and the number and amplitude of pulses are corresponding to the number and size of particles respectively. There is a quantitative relationship between the resistance pulse signal and the particle size. Based on the microfluidic chip, the invention can realize portable, on-line, real-time, quantitative and continuous measurement; has high measurement accuracy and low background noise; the microfluidic device is portable and low cost; the wireless transmitter is equipped with more convenient data transmission; and the geometric topology information of particles can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种检测大气颗粒物的微流体芯片装置
本专利技术涉及一种基于电敏感区通过微流控芯片测量大气颗粒物的方法，尤其涉及一种基于电敏感区可实现便携、在线、实时、定量、连续测量大气中颗粒物粒径、数量的装置和方法，属于环境保护、化学化工、生物医药、医疗器械领域。
技术介绍
经济的发展带来了人民生活水平的提高,有力的促进了社会的发展,但是同时经济发展也带来了环境污染加剧等问题。尤其是大气颗粒物污染已经严重威胁到了人类的健康。大气颗粒物是大气中存在的各种固态和液态颗粒状物质的总称，其粒径范围约为0.1-100微米，目前检测大气颗粒物的方式方法较多，独立检测的设备也较多，通常对于大气颗粒物进行分析需要检测颗粒物总质量以及颗粒物中存在的某些元素的成分种类和其质量。目前所使用的检测手法是使用独立的设备进行检测，不仅成本高昂，同时操作也不方便，更加难以实现便携在线连续检测。一种现有的方法提出了一种通过测量电阻变化未定量测量大气颗粒物的方法，称为电敏感区计数法。其主要技术过程为：将采集到的大气颗粒物放入电解质溶液中，当颗粒物通过微流控芯片检测孔时由于大气颗粒物取代相同体积的电解液，造成孔内电阻的增加，利用恒电压电路实时测量颗粒物过孔的电流信号，得到的脉冲数量与幅值分别对应颗粒物的个数和大小。该电阻脉冲信号与颗粒物的尺寸之间存在着如下的定量关系:（1）其中:ρe为导电液体的电导率；d为颗粒物的名义尺寸；D为小孔的直径。即可根据式(1)由测得的电阻变化量可获得微颗粒的尺寸。一般来说，利用该法可测的微颗粒尺寸在1-1000微米范围内，因此测量尺度是微米数量级。在颗粒浓度相对较低的情况下(大气颗粒物检测过程满足这个条件)，由于每一个微颗粒流经小孔时都会产生一个电阻脉冲信号，因此该法也记录了颗粒物的数量信息，换言之，即可测得颗粒物在溶液中的浓度。因此电敏感区法是一种定量测量导电液体中颗粒物的尺寸和浓度的方法。根据本专利技术专利
技术介绍
中对现有技术所述，现有技术中，在进行大气颗粒物进行检测时，往往需要两种独立的设备进行检测，其存在成本高，操作繁琐；而本专利技术提供的大气颗粒物检测装置，进行多种功能的整合，以降低成本简化操作
技术实现思路
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技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种检测空气中颗粒物浓度的装置和方法，基于电敏感区法原理，能定量检测液体中的颗粒物的尺寸和浓度，以满足对空气中颗粒物检测的需求。本专利技术提出的方法主要利用电敏感区法原理。为实现上述目的，本专利技术提供了一种利用电敏感区法原理检测的微流控芯片装置，微流控芯片装置中微结构的示意图如图1所示，利用标准的光刻工艺实现微结构的制作，所述装置包括：1、硅片为基底材料，SU-8光刻胶，曝光、显影制作管道模具；2、将PDMS、固化剂以20:1的质量比混合，除气泡后浇注在管道模具上，90℃加热固化1小时，制作管道微结构；3、剥离模具上的PDMS，用打孔针打出入口和出口孔道，以及两个用于插入电极的孔道。4、将打好孔道的粘合体与显微镜载玻片健合，完成微流控芯片芯片的制作。5、PM2.5颗粒溶于导电液体注入微流控芯片装置中；6、泵与所述微流控芯片通道相连接。进一步的，还包括自动注射泵，将导电液体注入到所述的混合腔体中。进一步的，所述微流控芯片中间通道宽为30μm。进一步的，所述泵为蠕动泵或真空泵。本专利技术提出的方法基于电敏感区法原理的技术方法亦被称为电脉冲法或电感应技术，主要利用微颗粒随导电液体通过电敏感区时形成的脉冲信号来测量颗粒尺寸和数量（或频度）。导电液中存在颗粒，当颗粒通过小孔时，由于颗粒和导电液之间的电导率差异，会导致电极之间的电压发生一定变化，形成脉冲信号，该信号能反映出颗粒的大小和数量。由于微流道装置电敏感区孔径为30μm，能够准确测量孔径1/50的粒子，所以测量大气颗粒物能有较高精度。本专利技术是建立在电敏感区法原理技术上，结合微流道技术来完成的，具有以下优势：（1）便携、在线、实时、定量、连续测量；（2）测量精度高，背景噪音小；（3）微流道装置便携，成本低廉；（4）配有无线发射装置，数据传输更加简便。（5）可以得到颗粒的几何拓扑信息附图说明图1为本专利技术提出的微流控装置结构示意图。图2为本专利技术一种利用电敏感区法检测空气颗粒物的方法的流程图具体实施方式下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。为此，本专利技术所在测量过程中应满足如下条件:、测量取样过程必须是实时、连续的，即与过程是兼容的:、须使测量液体在采取一定措施后具有相当的电导率:图1为本专利技术与过程兼容微颗粒检测装置的示意图，如图所示，本专利技术具体包括:进样头8、进样口1、出样口2、第一电极3、第二电极4、第一通道6、第二通道5，圆柱形测量孔道7和无线接收模块9。在测量过程中，开启待测液体泵送系统，开启导电液体加入系统，开启电阻信号测量系统，即可实现待测液体内微颗粒的在线、实时、连续、定量测量。图2为本专利技术一种利用电敏感区法检测空气颗粒物的方法的流程图，如图所示，本专利技术具体包括如下步骤：步骤101，将取样头置于待测区域中，取样头入口处的形状为喇叭口形,收集待测液体；步骤102，取样头的另一端通过管道与圆柱形测量孔道连接；第一孔道与圆柱形测量孔道相连接，第一孔道内插入第一电极；具体的，本步骤为可选步骤，如待测液体电导率足够高，可省略该步骤；如待测液体电导率较低，不足以获得测量电阻脉冲信号，则采用自动注射泵将导电液体实时、连续地注入到步骤中的混合腔体中，并通过对流机制与含有微颗粒的待测液体充分混合，以使液体具有均一的电导率值。步骤103，圆柱形测量孔道的进口端连接气流管道，气流管道连接蠕动泵或真空泵；步骤104，第二孔道与圆柱形测量孔道相连接，第二孔道内置放第二电极，在第一电极和第二电极之间通入交流电。具体的，测量试管的开口端上的密封塞子上连接一个气流管道，在通道上布置蠕动泵或真空泵或其它液体泵送装置，以实现连续取样的目的。其余部分按照电敏感区法计数原理实现并完成测量过程。因此，本专利技术与过程兼容微颗粒检测装置和方法具有如下优点：（1）便携、在线、实时、定量、连续测量；（2）测量精度高，背景噪音小；（3）微流道装置便携，成本低廉；（4）配有无线发射装置，数据传输更加简便；（5）可以得到颗粒的几何拓扑信息。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测大气颗粒物的微流体芯片装置，其特征在于，所述装置包括:目的是针对现有技术的缺陷，提供一种检测大气颗粒物浓度的装置和方法，基于电敏感区法，能定量检测液体中的大气颗粒物的尺寸和浓度，以满足对大气中颗粒物检测的需求，本专利技术提出的方法主要利用电敏感区法。

【技术特征摘要】
1.一种检测大气颗粒物的微流体芯片装置，其特征在于，所述装置包括:目的是针对现有技术的缺陷，提供一种检测大气颗粒物浓度的装置和方法，基于电敏感区法，能定量检测液体中的大气颗粒物的尺寸和浓度，以满足对大气中颗粒物检测的需求，本发明提出的方法主要利用电敏感区法。2.按权利要求1所述的对大气颗粒物进行多功能检测的微流控芯片装置，其特征在于包含微流体装置，微流体装置中微结构的示意图如图1所示，利用标准的光刻工艺实现微结构的制作，所述装置包括：S1、硅片为基底材料，SU-8光刻胶，曝光、显影制作管道模具；S2、将PDMS、固化剂以20:1的质量比混合，除气泡后浇注在管道模具上，90℃加热固化1小时，制作管道微结构；S3、剥离模具上的PDMS，用打孔针打出入口和出口孔道，以及两个用于插入铂电极的孔道；S4、将打好孔道的粘合体与显微镜载玻片健合，完成微流体芯片的制作；S5、PM2.5颗粒溶于导电液体注入微流体装置中；S6、泵与所述微流体通道相连接；S7、还包括自动注射泵，将导电液体注入到所述的孔道中；S8、所述微流体中间通道宽为30μm；S9、所述泵为蠕动泵或真空泵。3.按权利要求1所述的对单一颗粒物进行多功能检测的微流控芯片装置，其特征在于，所述的基片(1)为玻璃基片或硅基基片。4.按权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞，胡博韬，刘仁材，陈靖容，王晓东，
申请(专利权)人：中国科学院大学，
类型：发明
国别省市：北京,11