一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法技术

本发明专利技术涉及在电化学传感检测技术领域，特别涉及一种电化学检测多通道恒电位仪电路，以及具体涉及一种结合阵列微流控夹具的阵列电极及其检测方法。本发明专利技术的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路包括：恒电位仪电路、微流控夹具、微阵列电极、信号传输模组、多通道继电器模组、直流稳压双电源模组、微控制器。恒电位仪的微控制单元采用32位高性能内置多通道高精度数模转换单元，信号放大电路中采用具有低背景噪声、低功耗、高精度、低输入偏置、高共模抑制比等优良特性的仪器仪表运算放大器。采用截止频率为10 kHz的四阶贝塞尔(Bessel)低通滤波器降低整体电路系统本底噪声，提升系统抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法
本专利技术涉及在电化学传感检测
，特别涉及一种电化学检测多通道恒电位仪电路，以及具体涉及一种结合阵列微流控夹具的阵列电极及其检测方法。
技术介绍
恒电位仪是电化学分析和测试中的重要仪器，通过恒电位仪电路控制对电极(CE)电位为设定值，实现以达到恒电位极化的目的，是电化学分析技术的核心功能电路。微阵列电极以其很容易达到稳态电流水平，灵敏度提高，信号强度提高，减少了样品体积，降低工业成本等特点成为当前最常研究的微电极之一，此外，微阵列电极同时因其具备优良的电化学特性，多个微电极并列，提高了其检测效率。微流控芯片不仅具有流量可控，样品消耗量小的特点，还具备具有高通量、高灵敏、微型化、功能集成化程度高、节约时间和试剂等独特优势，此外，微流控芯片还可以作为平台结合微阵列电极进行电化学检测，可极大提高其检测能力和效率。因此，开发一种结合微流控夹具的阵列芯片及相对应适配的恒电位仪电路，其电路稳定可靠、高度适配阵列芯片、实现多通道定量进样，是相关农药快速检测仪的核心功能电路。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是在电化学传感检测
，特别涉及一种电化学检测多通道恒电位仪电路，以及具体涉及一种结合阵列微流控夹具的阵列电极及其检测方法，以及电化学微阵列电极制备和修饰领域提供一种结合微流控夹具的阵列电极芯片的制备以及电化学适配体传感器的构建方法，其具有设备制作使用方便简单、耗材成本低、操作方便、检测结果重复性好、该电化学免疫阵列电极可满足多通道微量检测的要求。进一步的，通过主控芯片(MCU)控制脉冲信号发生器，经数模转换模块(DAC)产生周期为20s的一个三角脉冲波，进而通过集成的减法器在一个基准电压下对其进行电位下移，使其成为正负相交替的三角脉冲波，达到三电极循环伏安的要求。进一步的，通过高精密仪表运放，将正负相交替的三角脉冲波施加给对电极(CE)，电解底液中参比电极(RE)和对电极(CE)之间形成一个反馈体系，通过滤波模组实现低通滤波，降低信号的噪声干扰。进一步的，对电极和工作电极之间形成一个闭合回路，通过I/V转换后经增益放大(PGA)电路并采集其电流信号，进而通过模数转换对其电压进行采样、量化、编码。进一步的，将其采集到的信号送入微处理器进行运算处理。进一步的，所述电路还包括数字模拟开关电路单元。进一步的，排布和构建结合微流控夹具的阵列电极芯片，在一个芯片上集成N个电极,其中(N-2)个为工作电极，1个为对电极，1个为参比电极。在(N-2)个工作电极上涂以含有不同生物活性元件的聚亚胺酯膜，可同时测定(N-2)种生物物质。进一步的，制备所述的阵列传感器的芯片，所述制备方法如下：步骤一：先将硅片表面清洁干燥后，氧气的气氛中热氧化生成一层约300nm厚的SiO2薄层；步骤二：经过涂胶后进行金属图形化标准光刻，镜检后打底膜，溅射上20nm的钛（作为粘合层）和约100nm的金，之后进行光刻开窗（刻蚀露出黄色电极区域）即在硅表面形成微电极阵列；步骤三：经上述操作后，再利用等离子体增强化学蒸镀工艺（PECVD）在非电极变表面生长350nm厚的SiO2；步骤四：将硅片在氧气气氛下，500℃退火30分钟，并去胶；步骤五：电极阵列划片，按照设计尺寸制备电极阵列，整体阵列芯片为9.7mm×20mm，制备好的电极阵列精确切割备用；步骤六：利用光及活性离子刻蚀技术使金圆盘电极及引线连接区暴露出来，最后进行划片分装，利用压片技术将芯片压制到一个设计好的管芯中，引出导线，利用环氧树脂黏合剂盖住连接导线，保证绝缘密封。进一步的，进行微阵列传感界面的修饰，利用湿化学合成法合成钯纳米单晶作为种子，诱导金纳米树枝的生长，制备导电性好、生物相容性高的纳米复合材料，借助SEM、TEM、AFM等表征手段对纳米复合材料的表面形态进行表征，并借助循环伏安法对所制备的纳米材料的电化学性能进行分析，为选取性能最佳的纳米复合材料修饰于传感界面提供强有力的数据支撑，借助电化学沉积法或者物理吸附滴涂法修饰纳米复合材料与生物传感界面。进一步的，采用电化学共聚的方式包埋抗体，通过电化学操作，及其所利用的纳米复合材料良好的生物相容性可以有效地控制所固定抗体的生物活性及其包埋有抗体的电极位置及膜厚，从而可以实现在单个芯片的不同位置定点固定不同的抗体，来达到单个芯片上同时检测多个有机磷农药抗原的目的。进一步的，完善整个检测系统：自动进样系统，微阵列电化学传感器，恒电位仪电路，信号采集处理系统，废液收集系统，进样系统为用10mL的注射器作为样品容器，恒流进样隔膜泵提供均匀推进动力，从而使液体保持匀速流动，芯片电化学传感器的微型反应池设计成球形腔室，合理设计通道以缓解通道内流体的毛细管作用，使得通道内液体流速稳定，液体分布均匀，减小腔室死体积，电化学工作站和信号采集系统的小型化和便携式，便于装置携带于现场实时检测；废液收集系统的设计使得样品从腔室流出后，用废液瓶收集，减少对环境的污染。附图说明图1所示为一种电化学检测恒电位仪电路示意图。图2所示为一种电化学检测恒电位仪电路图。图3所示为四通道继电器电路图。具体实施方式下文将结合具体附图详细描述本专利技术具体实施例，应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果，在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路包括：恒电位仪电路、微流控夹具、微阵列电极、信号传输模组、多通道继电器模组、直流稳压双电源模组、微控制器，其中，恒电位仪的微控制单元采用32位高性能内置多通道高精度数模转换单元、多通道模数转换单元的ARMCortex-M7处理器，信号放大中采用具有低背景噪声、低功耗、高精度、低输入偏置、高共模抑制比等优良特性的仪器仪表运算放大器，采用截止频率为10kHz的四阶贝塞尔(Bessel)低通滤波器降低整体电路系统本底噪声，提升系统抗干扰能力，最后基于FPGA和AD芯片,通过AD采样将模拟信号转换成数字信号，并送入微处理器进行计算拟合处理，其中所述有机磷农药广谱电化学检测仪包括电压跟随器、电流跟随器、加法器、减法器、微控制单元、数模转换单元、模数转换单元、数据采集电路单元、输出信号低通滤波电路单元、I/V信号转换单元、运算放大电路单元、脉冲信号低通滤波电路单元、脉冲信号发生器电路单元、多通道继电器单元，所述阵列电极包括电极CE、WE和RE。本专利技术的一种有机磷农药电化学检测方法包括：对进行微阵列传感界面的修饰，利用湿化学合成法合成钯纳米单晶作为种子，诱导金纳米树枝的生长，制备导电性好、生物相容性高的纳米复合材料，借助SEM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述有机磷农药广谱电化学检测仪包含便携式恒电位仪、多通道继电器和阵列电极，其中所述有机磷农药广谱电化学检测仪包括电压跟随器、电流跟随器、加法器、减法器、微控制单元、数模转换单元、模数转换单元、数据采集电路单元、输出信号低通滤波电路单元、I/V信号转换单元、运算放大电路单元、脉冲信号低通滤波电路单元、脉冲信号发生器电路单元、多通道继电器单元，所述阵列电极包括电极对电极(CE)、工作电极(WE)和参比电极(RE)。/n

【技术特征摘要】
1.一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述有机磷农药广谱电化学检测仪包含便携式恒电位仪、多通道继电器和阵列电极，其中所述有机磷农药广谱电化学检测仪包括电压跟随器、电流跟随器、加法器、减法器、微控制单元、数模转换单元、模数转换单元、数据采集电路单元、输出信号低通滤波电路单元、I/V信号转换单元、运算放大电路单元、脉冲信号低通滤波电路单元、脉冲信号发生器电路单元、多通道继电器单元，所述阵列电极包括电极对电极(CE)、工作电极(WE)和参比电极(RE)。


2.根据权利要求1所述的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述脉冲信号发生器电路单元输出正负相交替的三角脉冲波扫描电压，施加于对电极(CE)，电流信号通过恒电位仪实现电化学三电极系统，并将电流信号经放大电路放大以便测量微电流，然后通过单片机ADC系统获取对应的I/V转换信号，对其I/V信号和恒电位仪中的电位信号进行接收采集处理，然后通过串口(USART)显示在HMI屏上并同时将数据流通过ESP8266无线模块以MQTT物联网协议上传至云服务器中。


3.根据权利要求1和2所述的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述微控制单元(MCU)制多通道继电器的的开启和吸合。


4.根据权利要求1和2所述的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述有机磷农药广谱电化学检测恒电位仪电路还包括运算放大电路的反馈电阻和运算放大电路的偏置电容。


5.根据权利要求1和2所述的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述继电器控制四路隔膜泵，通过四路隔膜泵控制四路流通管线控制流量。


6.根据权利要求1和2所述的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，所述运算放大器要求正负电源具有很高的对称性，IC芯片在本设计中均由±5V电压供电，选用一种精度非常高、温度稳定性能极好、电源电流极低、5V单端供电、输出2.048V的精密基准源，其内部精度为±2mV。


7.根据权利要求1和2所述的一种有机磷农药电化学检测多通道恒电位仪电路及检测方法，其特征在于，基于微流控适配体传感器检测装置，应用于有机磷残留的检测，建立了有机磷类类广谱的适配体定向固定和微纳米材料修饰的多通道微流控检...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭业民，项耀东，孙霞，徐睿，耿令军，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：山东;37