一种矿尘检测用可抛式微流控芯片及其检测方法技术

本发明专利技术涉及一种矿尘检测用可抛式微流控芯片及其检测方法，属于矿尘浓度检测与微流控芯片领域。从下到上分别包括亚克力板I、下基底、单螺旋通道层、中间基底、滤膜、上基底、亚克力板II，单螺旋通道层中的螺旋通道的螺旋中心为首端，螺旋通道最外侧的端部为尾端，其中尾端设有人字分叉形成两条尾端通道其中中间基底、上基底以及亚克力板II在位于单螺旋结构的首端位置以及两条尾端通道位置均设有三个导通的通孔。通过单螺旋通道能够完成矿尘混合气体中不同尺寸矿尘颗粒的分离、富集工作；使用激光检测技术对微流控芯片进行矿尘浓度检测。激光检测技术对微流控芯片进行矿尘浓度检测。激光检测技术对微流控芯片进行矿尘浓度检测。

【技术实现步骤摘要】
一种矿尘检测用可抛式微流控芯片及其检测方法


[0001]本专利技术涉及一种矿尘检测用可抛式微流控芯片及其检测方法，尤其适用于配合激光检测使用的便携式检测装置，实现煤矿井下环境中对矿尘浓度的实时检测及分类标定，属于矿尘浓度检测领域。

技术介绍

[0002]目前矿尘浓度检测装置均对采集样品直接进行检测，设备及耗材较为昂贵，操作繁琐，且仅能检测所有矿尘颗粒的总浓度，按使用场所可分为环境采样器、室内采样器和污染源采样器，此外，还有特殊用途的大气采样器，如同时采集气体和颗粒物质的采样器，气体采样器一般由收集器、流量计和抽气动力系统三部分组成，传统上的采样器无法达到过滤粉尘的效果，实用性不够，在实际测量现场容易受到影响，同时测量时间长，造成工作效率低，现有产品并不能识别样品中不同尺寸矿尘颗粒的各自含量，从而制约了后续对矿尘来源的分析与针对性治理工作，具有一定的局限性。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足之处提供一种矿尘检测用微流控芯片及其检测方法，其制备简单，使用方便，采用低成本薄膜材料制作，一次性使用可抛式，成本低廉，操作简单，检测可靠。所述微流控芯片上设有螺旋通道，用于样品中不同尺寸矿尘的分离、富集；所述螺旋通道出口处设有滤膜，用于对不同尺寸矿尘颗粒进行捕捉。所述矿尘浓度检测装置采用激光检测技术，对微流控芯片直接进行检测，便可得到混合气体中不同尺寸矿尘浓度。
[0004]为了实现上述技术目的，本专利技术的一种矿尘检测用可抛式微流控芯片，包括上下设置的亚克力板II和亚克力板I，亚克力板II和亚克力板I之间从下到上设有分选层和检测层，其中分选层包括单螺旋通道层以及设置在单螺旋通道层上下的中间基底和下基底，单螺旋通道层设有单螺旋镂空结构，单螺旋通道层被上下设置的中间基底和下基底密封形成中间设有镂空螺旋通道的结构，单螺旋通道层中的螺旋通道的螺旋中心为首端，螺旋通道最外侧的端部为尾端，其中尾端设有人字分叉形成两条尾端通道；检测层包括滤膜，滤膜上方设有上基底，上基底将滤膜封在中间基底的上表面上中间基底、上基底以及亚克力板II在位于单螺旋结构的首端位置以及两条尾端通道位置均设有三个导通的通孔，其中滤膜只在单螺旋结构的首端位置设置通孔，在亚克力板II上设置与单螺旋通道首端通孔连接的进气管，在亚克力板II上设置与单螺旋通道两条尾端通道通孔连接的两个出气管，靠近螺旋通道内侧的出气管为内侧出气管，靠近螺旋通道外侧的出气管为外侧出气管。
[0005]进一步，所述亚克力板I、下基底、单螺旋通道层、中间基底、滤膜、上基底、亚克力板II的四角分别通过四支一组的定位销组穿插定位并固定。
[0006]进一步，含有矿尘的混合气体经过单螺旋通道层分选后，在内侧出气管和外侧出气管分别排出大尺寸矿尘的混合气体以及小尺寸矿尘混合气体，滤膜上对应内侧出气管和外侧出气管的两个区域分别捕获气体中的矿尘颗粒。
[0007]进一步，滤膜上的微孔孔径不大于5μm，用来附着矿尘。
[0008]进一步，所述下基底、单螺旋通道层、中间基底、滤膜、上基底可由PET、PVC、PDMS、PMMA等透明聚合物材质的薄膜材料制备而成。
[0009]一种矿尘检测用可抛式微流控芯片的检测方法，其步骤如下：利用压力设备将待检测的含有矿尘与空气的混合气体通入进气管，混合气体先后通过亚克力板II、上基底、滤膜、中间基底中的通孔进入单螺旋通道层的镂空螺旋通道中心处进气口；混合气体在压力的作用下在螺旋通道中流动过程中，混合气体中的矿尘分子在惯性作用力的作用下发生迁移行为，且不同尺寸矿尘颗粒，因其自身尺寸的不同而受到不同大小的惯性作用力，产生不同的聚焦现象；其中，大尺寸矿尘颗粒向螺旋通道内侧迁移，最后在螺旋通道尾端人字分叉内侧聚焦成一束，并顺着中间基底的通道，经滤膜捕捉大尺寸矿尘颗粒后，剩余气体经内侧出气管气管排出；小尺寸矿尘颗粒向螺旋通道外侧迁移，最后在螺旋通道尾端人字分叉外侧聚焦成一束，并顺着中间基底的通道，经滤膜捕捉小尺寸矿尘颗粒后，剩余气体经外侧出气管气管排出；通过拆卸定位销组从而将封装所用的亚克力板I 、亚克力板II 拆卸下来，并利用激光检测技术直接对滤膜对应内侧出气管气管位置处检测大尺寸矿尘粒子浓度，对滤膜对应外侧出气管气管位置处检测小尺寸矿尘粒子浓度，从而分析出混合气体中不同粒度矿尘的各自浓度。
[0010]进一步，采用光散射法检测矿尘浓度时，将激光照射到滤膜上矿尘捕获位置处，当照射到矿尘颗粒时被部分遮挡，利用检测装置采集透过的光束，单位时间内，透光数量越低，则表明矿尘浓度越高。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术克服了现有矿尘浓度检测装置均对采集样品直接进行检测，仅能检测所有矿尘颗粒的总浓度，而无法识别样品中不同尺寸矿尘颗粒的各自含量的不足，创新性地提出一种微流控芯片结构对采集样品进行前处理，实现了对样品中大尺寸与小尺寸颗粒浓度的分别检测，从而有益于对矿尘的来源进行分析并针对性开展治理工作，保护煤矿工人免受尘肺病侵袭。此外，本专利技术所述的微流控芯片采用低成本薄膜材料制作，并设计为一次性使用可抛式，在耗材成本及操作便捷性方面具有显著优势。
附图说明
[0012]图1是本专利技术的一种矿尘检测用可抛式微流控芯片；图2是本专利技术激光检测矿尘浓度检测示意图；图3是本专利技术滤膜示意图。
[0013]图中：1
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亚克力板I，2
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下基底，3
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单螺旋通道层，4
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中间基底，5
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滤膜，6
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上基底，7
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亚克力板II，内侧出气管8
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1，外侧出气管8
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2，9
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进气管，10
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定位销组。
具体实施方式
[0014]下面将结合附图对本专利技术的实施例做进一步说明：如图1
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图2所示，一种矿尘检测用可抛式微流控芯片，及一种矿尘检测用可抛式微
流控芯片及其检测方法，尤其适用于配合激光检测使用的便携式检测装置，实现煤矿井下环境中对矿尘浓度的实时检测及分类标定，属于矿尘浓度检测领域，包括亚克力板I 1、下基底2、单螺旋通道3、中间基底4、滤膜5、上基底6、亚克力板II 7、内侧出气管8
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1、外侧出气管8
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2、进气管9、定位销组10。亚克力板I 1位于矿尘浓度检测的微流控芯片最底层用于对整个检测装置起到封装及保护作用，下基底2作为微流控芯片的最底层用于对单螺旋通道3进行封闭，单螺旋通道3材质为硅胶，用激光切割技术在正方形硅胶板材上切割出单螺旋通道，单螺旋通道具有一个进气口和两个出气口，当含有矿尘和空气的混合气体通过单螺旋通道时，混合气体中的矿尘分子在惯性作用力的作用下发生迁移行为，且不同尺寸矿尘颗粒，因其自身尺寸的不同而受到不同大小的惯性作用力，产生不同的聚焦现象。其中，大尺寸矿尘颗粒向螺旋通道内侧迁移，最后在螺旋通道尾端内侧聚焦成一束，并顺着中间基底4的通道，经滤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿尘检测用可抛式微流控芯片，其特征在于：包括上下设置的亚克力板II（7）和亚克力板I（1），亚克力板II（7）和亚克力板I（1）之间从下到上设有分选层和检测层，其中分选层包括单螺旋通道层（3）以及设置在单螺旋通道层（3）上下的中间基底（4）和下基底（2），单螺旋通道层（3）设有单螺旋镂空结构，单螺旋通道层（3）被上下设置的中间基底（4）和下基底（2）密封形成中间设有镂空螺旋通道的结构，单螺旋通道层（3）中的螺旋通道的螺旋中心为首端，螺旋通道最外侧的端部为尾端，其中尾端设有人字分叉形成两条尾端通道；检测层包括滤膜（5），滤膜（5）上方设有上基底（6），上基底（6）将滤膜（5）封在中间基底（4）的上表面上中间基底（4）、上基底（6）以及亚克力板II（7）在位于单螺旋结构的首端位置以及两条尾端通道位置均设有三个导通的通孔，其中滤膜（5）只在单螺旋结构的首端位置设置通孔，在亚克力板II（7）上设置与单螺旋通道首端通孔连接的进气管（9），在亚克力板II（7）上设置与单螺旋通道两条尾端通道通孔连接的两个出气管，靠近螺旋通道内侧的出气管为内侧出气管（8
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1），靠近螺旋通道外侧的出气管为外侧出气管（8
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2）。2.根据权利要求1所述矿尘检测用可抛式微流控芯片，其特征在于：所述亚克力板I（1）、下基底（2）、单螺旋通道层（3）、中间基底（4）、滤膜（5）、上基底（6）、亚克力板II（7）的四角分别通过四支一组的定位销组（10）穿插定位并固定。3.根据权利要求1所述矿尘检测用可抛式微流控芯片，其特征在于：含有矿尘的混合气体经过单螺旋通道层（3）分选后，在内侧出气管（8
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1）和外侧出气管（8
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2）分别排出大尺寸矿尘的混合气体以及小尺寸矿尘混合气体，滤膜（5）上对应内侧出气管（8
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1）和外侧出气管（8
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2）的两个区域分别捕获气体中的矿尘颗粒。4.根据权利要求1所述矿尘检测用可抛式微流控...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄笛，刘畅，赵继云，曹超，房洪超，黄登伟，王文强，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：