一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置及检测方法，所述装置包括平台、分离组件、样品前处理组件、光激发组件、光检测组件和数据处理组件，所述分离组件由多层微流控芯片键合而成，各层微流控芯片之间充分键合。本发明专利技术通过三层或多层微流控芯片，针对物质粒径的大小，在不同层设置不同的微柱间隙，可以通过三层或多层微流控芯片，进行快速的分离。在每层都有检测区域，能够对分离完的物质进行及时检测，实现了对样品中的物质快速的分离与检测。本发明专利技术将样品放入样品前处理组件，样品前处理组件进行粗过滤后，将较大尺寸的物质进行了过滤和提纯，从而防止了微通道的堵塞。

Ship ballast water rapid detection device and method based on microfluidic chip

The invention discloses a microfluidic chip based on ship ballast water fast detection device and method, wherein the device comprises a platform, a separating component, sample pretreatment module, light excitation component, optical detection assembly and data processing components, the separation of components by multilayer microfluidic chip bonding, between the microfluidic chip fully bonded. Through three or more micro fluidic chips, the invention sets different micro column gaps at different layers according to the size of the material particles, and can be separated rapidly through three layers or multilayer microfluidic chips. In each layer, there is a detection area, which can detect the separated substances in time and realize the rapid separation and detection of the substances in the sample. The sample is placed into the sample pretreatment component, the sample pretreatment component is coarsely filtered, and the larger size substance is filtered and purified, thereby preventing the blockage of the microchannel.

【技术实现步骤摘要】
一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置及方法
本专利技术涉及船舶压载水中微藻的检测技术，特别是一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置及方法。
技术介绍
船舶压载水是海洋生物入侵的主要危害之一，外来的海洋生物入侵会导致当地的生态系统被破坏，主要包括对工业，农业以及对人类的身体健康造成危害。在《船舶压载水及沉积物控制和管理国际公约》中规定了船舶排放时的压载水性能应满足标准。其中重要的一项就是船舶压载水中存活的不同生物尺寸的浓度，然而微藻细胞是船舶压载水中最常见的生物，也是现在应该处理和检测的主要目标之一。目前，流式细胞仪(flowcytometry，FCM)是对高速直线流动的细胞或生物微粒进行快速定量测定和分析的仪器，也适用于荧光样品的检测和分析，主要包括样品的流动技术、细胞的计数和分选技术，计算机对数据的采集和分析技术等。流式细胞仪以流式细胞术为理论基础，是流体力学、激光技术、电子工程学、分子免疫学、细胞荧光学和计算机等学科知识综合应用的结晶。其特点是：测量速度快、被测群体大、可进行多参数测量，在生物、医学领域应用广泛。但是该仪器体积庞大、价格昂贵，不能集成便携，也不利于广泛应用。针对以上的问题，人们提出了基于微流控芯片的便携式流式细胞仪，微流控芯片(microfluidicchip)技术将预处理、反应、分离和检测等单元集成到单个芯片内，具有集成度高、体积小等特点，代表了微型化仪器发展的方向。中国专利201310491678.X公开的《一种基于微流控芯片的便携式荧光检测装置及其检测方法》和201410249765.9公开的《一种船舶压载水处理过程的分析装置及其分析方法》都属于基于微流控芯片的便携式流式细胞仪。但是，上述专利都是基于单层微流控芯片技术的，单层微流控芯片对微藻细胞或微粒的分离检测所能达到的效果有限，尤其在单层微流控芯片上对不同尺寸的细胞或微粒的进行分离时，由于微粒或细胞的的尺寸不同，单层微流控芯片上的微通道很容易被大的微粒或细胞堵住，导致微流控芯片不能正常工作，从而影响对船舶压载水的检测的结果，除此之外，当样品中所含有的物质复杂时，单层微流控芯片的作用受到很大局限，很难满足达到分离和检测一体化的需求。
技术实现思路
为解决现有技术存在的上述问题，本专利技术要设计一种能够防止微流控芯片微通道堵塞并能实现分离和分析一体化的、集成度高的、免标记的用于现场快速测量的一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置及方法。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置，包括平台、分离组件、样品前处理组件、光激发组件、光检测组件和数据处理组件，所述平台为暗室结构，分离组件和光检测组件固定在平台内，所述分离组件分别与样品前处理组件、光检测组件和光激发组件连接，所述光检测组件与数据处理组件连接；所述的样品前处理组件包含滤网，用于样品的前处理和提纯，经过处理的样品通过微管进入分离组件；所述分离组件由多层微流控芯片键合而成，各层微流控芯片之间充分键合；第一层微流控芯片上设置样品槽、鞘液槽、混合液通道、分离槽、检测通道和废液储液槽，中间各层微流控芯片设置立方体阵列区、分离槽、检测通道和废液储液槽，最底下一层微流控芯片设置立方体阵列区、检测通道和废液储液槽，且相邻两层微流控芯片的上层立方体阵列区的微柱间隔大于下层立方体阵列区的微柱间隔。本专利技术所述分离组件由三层微流控芯片充分键合而成；第一层微流控芯片上设置样品槽、鞘液槽A、鞘液槽B、混合液通道、分离槽Ⅰ、检测通道Ⅰ和废液储液槽Ⅰ，所述样品槽、鞘液槽A和鞘液槽B分别通过样品通道、鞘液通道A和鞘液通道B与混合液通道连通，所述混合液通道经分离槽Ⅰ与检测通道Ⅰ连通，检测通道Ⅰ的末端连接废液储液槽Ⅰ；所述样品槽、鞘液槽A和鞘液槽B均设有液体注射泵，起到对液体进行推动的作用；第二层微流控芯片上设置立方体阵列区Ⅰ、分离槽Ⅱ、检测通道Ⅱ和废液储液槽Ⅱ，所述立方体阵列区Ⅰ入口与第一层微流控芯片的分离槽Ⅰ连通、立方体阵列区Ⅰ出口经分离槽Ⅱ与检测通道Ⅱ连通，检测通道Ⅱ的末端连接废液储液槽Ⅱ；所述立方体阵列区Ⅰ的微柱间隔为18-22μm；第三层微流控芯片上设置立方体阵列区Ⅱ、检测通道Ⅲ和废液储液槽Ⅲ，所述立方体阵列区Ⅱ入口与第二层微流控芯片的分离槽Ⅱ连通、立方体阵列区Ⅱ出口经检测通道Ⅲ连接废液储液槽Ⅲ；所述立方体阵列区Ⅱ的微柱间隔为9-11μm。本专利技术所述样品槽、鞘液槽A和鞘液槽B均通过各自的通道连接到混合液通道的一端。本专利技术所述样品前处理组件包括滤网，所述数据处理组件使用包括微处理器；所述光检测组件包括光电倍增管或单光子计数模块。本专利技术所述样品前处理组件封装在平台的顶部，光检测组件在平台的内部位于分离组件的下方，数据处理组件在平台的外部且封装在平台的底部，光激发组件在平台的侧壁上且通过密封结构与平台连接。本专利技术所述分离组件的每一层微流控芯片都有微通道，第一层微流控芯片微通道的开口面向下，第二层微流控芯片微通道的开口面向上，第三层微流控芯片微通道的开口面向上；第一层微流控芯片微通道包括样品通道、鞘液通道A、鞘液通道B、混合液通道和检测通道Ⅰ；第二层微流控芯片微通道包括检测通道Ⅱ、立方体阵列区Ⅰ与分离槽Ⅱ之间的连接通道；第三层微流控芯片微通道包括检测通道Ⅲ。一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置的检测方法，包括如下步骤：A、将样品溶液放到样品前处理组件中将与检测物质的尺寸规格相差较大的物质与杂质过滤掉，处理完的样品经过前处理组件与分离组件相连的微管进入分离组件中的样品槽；将鞘液加入到鞘液槽A和鞘液槽B，在液体注射泵的推动作用下，使鞘液和前处理的样品分别沿着鞘液通道A、鞘液通道B和样品通道经过第一层微流控芯片的分离槽Ⅰ，利用立方体阵列区Ⅰ的过滤作用进行分离，尺寸规格大于立方体阵列区Ⅰ的微柱间隔的细胞与微粒进入检测通道Ⅰ，进行活性和数量的检测，然后流入废液储液槽Ⅰ；同理第二层微流控芯片进行尺寸规格在立方体阵列区Ⅱ的微柱间隔与立方体阵列区Ⅰ的微柱间隔之间的细胞与微粒的分离与活性和数量的检测；第三层微流控芯片进行尺寸规格在立方体阵列区Ⅱ的微柱间隔以下的细胞和微粒的分离、并进行活性和数量的检测。B、当有样品进入任一个分离槽时，开启光激发组件、光检测组件、数据处理组件、鞘液槽的液体注射泵，使鞘液和微藻分别沿着鞘液通道和样品通道经过检测通道流向废液储液槽，微藻经过检测区域时微藻单细胞内叶绿素被激发光激发产生瞬时光子辐射；C、通过脉冲信号的强弱和数量，获取船舶压载水中微藻活性强弱和微藻数量。与现有技术相比，本专利技术有益效果为：1、由于样品中的物质粒径大小的不同，本专利技术通过三层或多层微流控芯片，针对物质粒径的大小，在不同层设置不同的微柱间隙，可以根据要分离的物质粒径的大小不同进行设计，微柱间隙可以设计成3μm以上的任意尺寸，结构设计灵活，能够快速满足不同的实际需要，对于不同尺寸的物质，可以通过三层或多层微流控芯片，进行快速的分离。在每层都有检测区域，能够对分离完的物质进行及时检测，实现了对样品中的物质快速的分离与检测。2、本专利技术操作简单，只需将样品放入样品前处理组件，样品前处理组件进行粗过滤后，进入分离组件，打开液体注射泵和其他相应的组件，分离组件能自动的分离和检测组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置，其特征在于：包括平台(2)、分离组件(3)、样品前处理组件(1)、光激发组件(4)、光检测组件(5)和数据处理组件(6)，所述平台(2)为暗室结构，分离组件(3)和光检测组件(5)固定在平台(2)内，所述分离组件(3)分别与样品前处理组件(1)、光检测组件(5)和光激发组件(4)连接，所述光检测组件(5)与数据处理组件(6)连接；所述的样品前处理组件(1)包含滤网，用于样品的前处理和提纯，经过处理的样品通过微管进入分离组件(3)；所述分离组件(3)由多层微流控芯片键合而成，各层微流控芯片之间充分键合；第一层微流控芯片上设置样品槽、鞘液槽、混合液通道、分离槽、检测通道和废液储液槽，中间各层微流控芯片设置立方体阵列区、分离槽、检测通道和废液储液槽，最底下一层微流控芯片设置立方体阵列区、检测通道和废液储液槽，且相邻两层微流控芯片的上层立方体阵列区的微柱间隔大于下层立方体阵列区的微柱间隔。

【技术特征摘要】
1.一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置，其特征在于：包括平台(2)、分离组件(3)、样品前处理组件(1)、光激发组件(4)、光检测组件(5)和数据处理组件(6)，所述平台(2)为暗室结构，分离组件(3)和光检测组件(5)固定在平台(2)内，所述分离组件(3)分别与样品前处理组件(1)、光检测组件(5)和光激发组件(4)连接，所述光检测组件(5)与数据处理组件(6)连接；所述的样品前处理组件(1)包含滤网，用于样品的前处理和提纯，经过处理的样品通过微管进入分离组件(3)；所述分离组件(3)由多层微流控芯片键合而成，各层微流控芯片之间充分键合；第一层微流控芯片上设置样品槽、鞘液槽、混合液通道、分离槽、检测通道和废液储液槽，中间各层微流控芯片设置立方体阵列区、分离槽、检测通道和废液储液槽，最底下一层微流控芯片设置立方体阵列区、检测通道和废液储液槽，且相邻两层微流控芯片的上层立方体阵列区的微柱间隔大于下层立方体阵列区的微柱间隔。2.根据权利要求1所述一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置，其特征在于：所述分离组件(3)由三层微流控芯片充分键合而成；第一层微流控芯片上设置样品槽(7)、鞘液槽A(8)、鞘液槽B(9)、混合液通道(10)、分离槽Ⅰ(11)、检测通道Ⅰ(12)和废液储液槽Ⅰ(13)，所述样品槽(7)、鞘液槽A(8)和鞘液槽B(9)分别通过样品通道、鞘液通道A和鞘液通道B与混合液通道(10)连通，所述混合液通道(10)经分离槽Ⅰ(11)与检测通道Ⅰ(12)连通，检测通道Ⅰ(12)的末端连接废液储液槽Ⅰ(13)；所述样品槽(7)、鞘液槽A(8)和鞘液槽B(9)均设有液体注射泵，起到对液体进行推动的作用；第二层微流控芯片上设置立方体阵列区Ⅰ(14)、分离槽Ⅱ(15)、检测通道Ⅱ(16)和废液储液槽Ⅱ(17)，所述立方体阵列区Ⅰ(14)入口与第一层微流控芯片的分离槽Ⅰ(11)连通、立方体阵列区Ⅰ(14)出口经分离槽Ⅱ(15)与检测通道Ⅱ(16)连通，检测通道Ⅱ(16)的末端连接废液储液槽Ⅱ(17)；所述立方体阵列区Ⅰ(14)的微柱间隔为18-22μm；第三层微流控芯片上设置立方体阵列区Ⅱ(18)、检测通道Ⅲ(19)和废液储液槽Ⅲ(20)，所述立方体阵列区Ⅱ(18)入口与第二层微流控芯片的分离槽Ⅱ(15)连通、立方体阵列区Ⅱ(18)出口经检测通道Ⅲ(19)连接废液储液槽Ⅲ(20)；所述立方体阵列区Ⅱ(18)的微柱间隔为9-11μm。3.根据权利要求2所述一种基于微流控芯片的船舶压载水快速检测装置，其特征在于：所述样品槽(7)、鞘液槽A(8)和鞘液槽B(9)均通过各自的通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊生，王伟，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21