CN102495223A - 养鱼水环境微流控检测的进样方法与进样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种养鱼水环境微流控检测的进样方法与进样装置，在箱体两端分别连接A、B端挤压泵，在箱体内腔中位于A端挤压泵体和B端挤压泵体之间的空间设置10微米级过滤网；进样通道连接位于箱体外部的微流控装置，箱体顶部通过样品通道连接磁力搅拌与泵压输送结构，将养鱼水环境中原始水样自动充分搅拌，并自动分散水样中的菌团等结团物质，按一定次序分别挤压两端的挤压泵，通过推压式进样方式将分散后样品自动导入后过滤进样，实现样品从分散到过滤再到进样以及过滤网清洗的全自动化完成，保证微流控检测的顺利进行，自动化程度高。

Description

养鱼水环境微流控检测的进样方法与进样装置

技术领域

本发明涉及鱼养殖技术，尤其涉及采用微流控检测养鱼水环境的方法及装置。

背景技术

鱼养殖的水环境是影响养殖产量的重要因素，不良的水质环境会影响鱼的繁殖及生长，严重时会引发水环境中滋生大量的有害病菌，引发大面积鱼病的产生，细菌病的死亡率往往高达70 %~80 %，造成巨大的经济损失。因此，养鱼水环境的实时监测成为了鱼养殖业防治鱼病菌害的关键。专利申请号为200410041911.5公开了一种采用图像处理的鱼病自动诊断方法及其装置，该方法将计算机数字图形处理技术应用到水产养殖领域中，该装置通过摄像头将鱼池的画面实时拍摄下来，然后传送给视频图像采集卡，图像采集卡负责将模拟图像信号转换成计算机能处理的数字图像信号，将病鱼的白色腹部与背景分割开，通过统计白色区域部分的数目和大小，进行鱼病判断，采取措施。但是该方法只能针对鱼病发生之后进行监测，不能对鱼病的发生进行提前预判。

微流控芯片是一种将生物和化学等领域中所涉及的样品反应、分离和检测等基本操作单元集成到一块数十平方厘米甚至更小的芯片上的新技术。由于微流控芯片具有体积小，检测精度高、速度快等优点。因此，微流控芯片常常被用于环境监测等对检测速度和检测精度要求较高的场合。然而，养鱼水环境往往比较复杂，水中往往存在大量的杂质、菌团等大尺寸物体，样品的导入很容易造成微流控芯片的堵塞，因此普通的进样方法与装置无法实现直接进样。

发明内容

本发明的目的是为解决目前养鱼水环境下存在的微流控检测中样品导入容易造成微流控芯片堵塞、不能准确检测鱼病发生的问题而提供一种养鱼水环境微流控检测的进样方法与带有样品预处理的自动进样装置，针对养鱼水环境的特殊性采用一种吸附推抽式过滤结构，将样品的预处理及进样环节融为一体，大大提高微流控检测的效率。

为实现上述目的，本发明养鱼水环境微流控检测的进样方法采用的技术方案是具有如下步骤：1）从养鱼水环境中取得原始水样样品从样品入口通道注入搅拌室中，关闭第五电磁阀，开启微电机驱动磁性搅拌子旋转，同时由涡轮蜗杆驱动搅拌盘上升，B端固定助推电机正转带动B端挤压泵向外抽吸，将搅拌室内的样品通过样品管道压入箱体内；2）样品压入完毕后停止微电机及B端固定助推电机旋转，并关闭第四电磁阀，驱动B端固定助推驱动反转带动B端挤压泵向10微米级过滤网挤压，同时驱动A端固定助推电机正转带动A端挤压泵向外抽吸，使样品通过10微米级过滤网过滤；3）样品过滤完毕，关停A端固定助推电机及B端固定助推电机，打开第三电磁阀，然后驱动A端固定助推电机反转驱动A端挤压泵挤压水样，使样品通过进样通道送入微流控装置完成样品的进样。

进一步地，在完成样品的进样之后打开第二电磁阀，驱动A端固定助推电机正转将样品向外抽吸，清洗液通过进水孔进入箱体内部，之后驱动A端固定助推电机反转同时驱动B端固定助推电机正转，将清洗液通过10微米级过滤网对过滤网面及箱体内进行清洗；清洗完毕后关停A端固定助推电机及B端固定助推电机并打开第一电磁阀驱动B端固定助推电机反转，带动B端挤压泵挤压废液，通过侧面排水孔将废液排出。

本发明的养鱼水环境微流控检测的进样装置采用的技术方案是：在箱体的A、B两端分别连接A、B端挤压泵，A、B端挤压泵分别通过位于箱体外部的两个涡轮蜗杆机构连接A、B端固定助推电机；在箱体内腔中位于A端挤压泵体和B端挤压泵体之间的空间设置10微米级过滤网；在10微米级过滤网和A端挤压泵体之间的箱体的下侧面上设置进样通道，进样通道连接位于箱体外部的微流控装置，微流控装置包括600微米外径的的微型进样针头和500微米内径的弹性导管，进样通道连接微型进样针头，微型进样针头伸入弹性导管中，在弹性导管处设有第三电磁阀；箱体顶部通过样品通道连接泵压输送结构，样品通道下端与10微米级过滤网和B端挤压泵体之间的箱体内腔连通，样品通道上设置第四阀门；磁力搅拌与泵压输送结构包括一个搅拌室，搅拌室的顶面连接样品通道上端且连接样品入口通道，样品入口通道上设有第五电磁阀，搅拌室内设有搅拌盘，搅拌盘上方设置磁性搅拌子，搅拌盘下方通过涡轮蜗杆连接微电机。

进一步地，在箱体1的侧壁上设进水孔，进水孔连通10微米级过滤网和A端挤压泵体之间的箱体内腔，进水孔的管道处设置第二电磁阀；在10微米级过滤网和B端挤压泵体之间的箱体的下侧面上设有侧面排水孔，侧面排水孔上设有第一电磁阀。

本发明与已有技术相比，具有如下技术效果：

1、本发明附加的磁力搅拌和泵压输送结构将样品的磁力搅拌与泵压输送结构合二为一，在保证不损害菌的情况下将养鱼水环境中原始水样自动充分搅拌，并自动分散水样中的菌团等结团物质，通过推压式进样方式将分散后的样品自动导入后过滤进样，实现样品从分散到过滤再到进样以及过滤网清洗的全自动化完成，保证微流控检测的顺利进行，从而使得养鱼水环境实时监测的实时微流控样品检测成为可能。

2、本发明中的吸附推抽式过滤结构通过按一定次序分别挤压两端的挤压泵，实现样品的自动过滤、过滤网的自动清洗以及样品从宏观到微观的自动进样；自动化程度高，解决了养鱼水环境中原始水样不能直接用于微流控检测的样品预处理及进样问题。

3、本发明中的过滤网能够保证将影响检测的大于10微米的杂质颗粒被过滤掉，而小于10微米的化学分子以及微生物颗粒顺利通过，自动将处理过的样品压入微流控芯片的进样管道，从而为后期的微流控芯片的检测提供纯度较高的样品，并且避免大体积的颗粒物质堵塞芯片。

4、本发明通过自动进水，按一定次序分别挤压两端的挤压泵实现对过滤网以及整个过滤结构进行清洗，保证整个过滤结构清洁。

5、本发明在各通道都相应配有电磁阀，保证装置动作时不会发生样品回流。

附图说明

图1是本发明养鱼水环境微流控检测的进样装置的结构示意图；

图2是图1去掉磁力搅拌和泵压输送结构28和样品通道10之后的俯视图；

图3是图2中进样通道6所连接的微流控装置的结构放大示意图；

图4是图1中磁力搅拌和泵压输送结构28的结构放大示意图；

图5是本发明养鱼水环境微流控检测的进样方法中的样品预处理及进样的工作流程图。

图6是本发明养鱼水环境微流控检测的进样方法中的自动冲洗过程流程图；

图中：1.箱体；2.A端挤压泵；3.B端挤压泵；4.A端固定助推电机；5.B端固定助推电机；6.进样通道；7.侧面排水孔；8.10微米级过滤网；9.涡轮蜗杆机构；10.样品通道；11.螺丝；12.进水孔；13.底座；14、15、16.第一、第二、第三电磁阀；17.搅拌室；18.密封橡胶；19.样品入口通道；20、21.第四、第五电磁阀；22.搅拌盘；23.磁性搅拌子；24.弹性导管；25.微电机；26.涡轮蜗杆；27.微型进样针头；28.磁力搅拌与泵压输送结构。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明养鱼水环境微流控检测自动进样装置是一种带有样品预处理的自动进样装置的吸附推抽式过滤进样结构，主要包括磁力搅拌和泵压输送结构28、样品通道10、箱体1、A端挤压泵2、B端挤压泵3、10微米级过滤网8以及A端固定助推电机4和B端固定助推电机5。箱体1的两端是A端和B端，箱体1的A端连接A端挤压泵2，箱体1的B端连接B端挤压泵3，在箱体1内腔中的A、B端挤压泵2、3的泵体端部处均安装密封橡胶18，防止箱体1内的液体或者气体渗漏。在箱体1外部，A端挤压泵2通过涡轮蜗杆机构9连接A端固定助推电机4，B端挤压泵3通过涡轮蜗杆机构9连接B端固定助推电机5。A端固定助推电机4和B端固定助推电机5均通过螺丝11固定于底座13上。由A端固定助推电机4、B端固定助推电机5通过涡轮蜗杆机构9推动A端挤压泵2、B端挤压泵3进行工作。 

在箱体1内腔中，位于A端挤压泵体2和B端挤压泵体3之间的空间设置10微米级过滤网8。在位于10微米级过滤网8和A端挤压泵体2之间的箱体1的下侧面上设置进样通道6，进样通道6与箱体1内腔连通。在位于10微米级过滤网8和B端挤压泵体3之间的箱体1的下侧面上设置侧面排水孔7，用于将冲洗10微米过滤网8的废水排除，在侧面排水孔7上设置第一电磁阀14。

箱体1的顶部为样品通道10的下端，箱体1通过样品通道10连接泵压输送结构28，样品通道10与10微米级过滤网8和B端挤压泵体3之间的箱体1内腔连通，在样品通道10上设置第四电磁阀20，用于控制样品的导入，以及防止样品在挤压泵工作时被反压回磁力搅拌与泵压输送结构28。

在箱体1的侧壁上开进水孔12，进水孔12连通10微米级过滤网8和A端挤压泵体2之间的箱体1内腔，进水孔12导入净水，用于清洗10微米过滤网8，在连接进水孔12的管道处设置第二电磁阀15，用于防止挤压冲洗10微米过滤网8的冲洗液被反压回管道。

如图2-3所示，进样通道6截面大小由箱体1内部至外部呈梯度递减，采用梯度斜坡设计，从而减小样品的进样张力。进样通道6连接位于箱体1外部的微流控装置，微流控装置包括微型进样针头27和弹性导管24，进样通道6连接600微米外径的微型进样针头27，600微米外径的进样针头27与500微米内径的弹性导管24相连，将600微米外径的微型进样针头27伸入500微米内径的弹性导管24中，弹性导管24采用聚酯弹性材料，使得弹性导管24能够紧紧贴在微型进样针头27表面，从而防止漏液。进样通道6将过滤好的样品压入链接的弹性导管24。在弹性导管24上安装微型的第三电磁阀16，用于防止将清洗阶段的清洗液压入微流控装置。

如图1和图4中所示的磁力搅拌与泵压输送结构28，磁力搅拌与泵压输送结构28包括一个搅拌室17，搅拌室17的顶面上开两个孔，一个孔连接样品通道10的上端，用于将搅拌室17内的样品输送至图1所示的箱体1中。另一个孔连接样品入口通道19，用于将从养鱼水环境里采集到的样品导入搅拌室17，样品入口通道19上装有第五电磁阀21，用于防止样品回流。搅拌室17内设置磁力搅拌装置，磁力搅拌装置包括搅拌盘22，搅拌盘22上方设置磁性搅拌子23，搅拌室17按常规磁力搅拌器原理内置强力磁铁及微电机，搅拌盘22下方连接涡轮蜗杆26，由涡轮蜗杆26支撑，通过涡轮蜗杆26连接微电机25，微电机25放置在搅拌室17的底部。通过微电机25带动强力磁铁转动从而产生旋转磁场驱动搅拌盘22上方的磁性搅拌子23转动，从而使样品产生涡流，将样品充分分散，同时，微电机25通过涡轮蜗杆26驱动搅拌盘22上下移动从而将样品通过样品通道10压入图1所示的箱体1中。

在进样前，采用了磁力搅拌式分散方法，即用磁力搅拌方法将采集的原始水样中的结团物质（如菌团）进行均匀分散。之后采用泵压输送方法将分散后的样品自动挤压导入样品过滤及进样环节。采用吸附推抽式过滤进样方法来实现样品的过滤及进样，吸附推抽式过滤方法采用A端的挤压泵将水样挤压至过滤网面，通过挤压B端的挤压泵将泵头的吸抽橡胶膜与过滤网水样充分吸附接触，然后将B端的挤压泵进行反向抽取运动，并将A端的挤压泵进行原方向的挤压，从而将水样通过微米级过滤网，实现大颗粒及结团物质的有效过滤，并解决了由于水在网面的张力效应所造成的挤压受阻问题。当水样完全通过滤网后，保持A端的挤压泵保持挤压网面的位置，然后通过挤压B端的挤压泵将过滤好的水样，挤压推入B端的微流控接口，实现宏观到微观的芯片进样。此外，通过将B端泵体内充入冲洗液，并挤压B端泵体并抽吸A端泵体，对滤网进行冲洗，B端泵体内的冲洗液挤压完毕后，保持B端泵体的挤压位置，挤压A端泵体来实现废液的排放。具体如下：

参见图1-5所示，在运行自动预处理及进样工作前，先打开第五电磁阀21，将从养鱼水环境中取得原始水样从样品入口通道19注入图4所示的磁力搅拌与泵压输送结构28中的搅拌室17中，之后开启整个装置的自动运行程序。程序开始后首先关闭第五电磁阀21，防止样品溶液回流。之后程序开启搅拌室17内的微电机25驱动磁性搅拌子23旋转，判断搅拌约10分钟后关闭磁铁及微电机25，之后驱动微电机25正转，正转使涡轮蜗杆26驱动搅拌盘22上升，打开第四电磁阀20，使得搅拌室17内水样通过样品管道10被压入如图1所示的箱体1内，对样品进行预处理；同时驱动B端固定助推电机5正转，B端固定助推电机5通过涡轮蜗杆9带动B端挤压泵3向外抽吸，帮助样品的快速导入，这里水样被压入箱体1内的速度与B端挤压泵3抽取水样的速度相同。将水样导入完毕（整个过程持续3s）后，停止电机25及B端固定助推电机5旋转，并关闭第四电磁阀20，保证预处理及进样过程不造成样品回流。之后驱动B端固定助推电机5反转，B端固定助推电机5通过涡轮蜗杆9带动B端挤压泵3向10微米级过滤网8挤压，同时驱动A端固定助推电机4正转，A端固定助推电机4带动A端挤压泵2向外抽吸，使B端挤压泵3的挤压速度与A端挤压泵2的抽吸速度相同，样品在B端挤压泵3的挤压作用以及A端挤压泵2的吸附抽吸作用下通过10微米级过滤网8，实现样品的充分过滤。样品过滤完毕，此时整个过程持续10s，B端挤压泵3贴于10微米级过滤网8上，关停A端固定助推电机4及B端固定助推电机5，打开第三电磁阀16，然后驱动A端固定助推电机4反转，A端固定助推电机4反转驱动A端挤压泵2挤压样品，样品通过进样通道6送入微流控装置完成样品的进样。样品进样完毕，此时整个过程持续2min，A端挤压泵2贴于10微米级过滤网8上，关闭第三电磁阀16，此时电机完成了样品的预处理及进样过程。

参见图1-6所示，在样品的预处理及进样过程之后，继续进行装置的自动冲洗过程。自动冲洗时，先打开第二电磁阀15，同时驱动A端固定助推电机4正转，样品向外抽吸，装置清洗液通过进水孔12进入箱体1内部，待清洗液进入完毕（整个过程持续3s）后，关闭第二电磁阀15，从而保证清洗时，不造成清洗液回流。之后驱动A端固定助推电机4反转同时驱动B端固定助推电机5正转，这样通过A端挤压泵2挤压作用以及B端挤压泵3吸抽作用迅速将清洗液通过10微米级过滤网8，对过滤网面及装置进行清洗。清洗完毕（整个过程持续50s，A端挤压泵2贴于10微米级过滤网8上）后，关停A端固定助推电机4及B端固定助推电机5的旋转，并打开第一电磁阀14，驱动B端固定助推电机5反转，B端固定助推电机5带动B端挤压泵3挤压废液，通过侧面排水孔7将废液排出，待废液排尽（整个过程持续10s，B端挤压泵3贴于10微米级过滤网8上）后，关停B端固定助推电机5并关闭第一电磁阀14。

Claims (4)

1.一种养鱼水环境微流控检测的进样方法，其特征是具有如下步骤：

1）从养鱼水环境中取得原始水样样品从样品入口通道（19）注入搅拌室（17）中，关闭第五电磁阀（21）且开启微电机（25）驱动磁性搅拌子（23）旋转，同时由涡轮蜗杆（26）驱动搅拌盘（22）上升，B端固定助推电机（5）正转带动B端挤压泵（3）向外抽吸，将搅拌室（17）内的样品通过样品管道（10）压入箱体（1）内；

2）样品压入完毕后停止微电机（25）及B端固定助推电机（5）旋转并关闭第四电磁阀（20），驱动B端固定助推驱动（5）反转带动B端挤压泵（3）向10微米级过滤网（8）挤压，同时驱动A端固定助推电机（4）正转带动A端挤压泵（2）向外抽吸，使样品通过10微米级过滤网（8）过滤；

3）样品过滤完毕后关停A端固定助推电机4及B端固定助推电机（5），打开第三电磁阀（16），驱动A端固定助推电机（4）反转使A端挤压泵2挤压水样，样品通过进样通道（6）送入微流控装置完成样品的进样。

2.根据权利要求1所述的养鱼水环境微流控检测的进样方法，其特征是：在步骤3）完成样品的进样之后，先打开第二电磁阀（15），驱动A端固定助推电机（4）正转将样品向外抽吸，清洗液通过进水孔（12）进入箱体1内部，之后驱动A端固定助推电机（4）反转的同时驱动B端固定助推电机（5）正转，将清洗液通过10微米级过滤网（8）对过滤网面进行清洗；清洗完毕后关停A端固定助推电机（4）及B端固定助推电机（5）并打开第一电磁阀（14），驱动B端固定助推电机（5）反转，带动B端挤压泵（3）挤压废液，通过侧面排水孔（7）将废液排出。

3.一种实现权利要求1所述进样方法的养鱼水环境微流控检测的进样装置，包括箱体（1），其特征是：箱体（1）的A、B两端分别连接A、B端挤压泵（2、3），A、B端挤压泵（2、3）分别通过位于箱体（1）外部的两个涡轮蜗杆机构（9）连接A、B端固定助推电机（4、5）；在箱体（1）内腔中的A、B端挤压泵（2、3）之间的空间设置10微米级过滤网（8）；在10微米级过滤网（8）和A端挤压泵体（2）之间的箱体（1）的下侧面上设置进样通道（6），进样通道（6）连接位于箱体（1）外部的微流控装置，微流控装置包括600微米外径的的微型进样针头（27）和500微米内径的弹性导管（24），进样通道（6）连接微型进样针头（27），微型进样针头（27）伸入弹性导管（24）中，在弹性导管（24）处设有第三电磁阀（16）；箱体（1）顶部通过样品通道（10）连接泵压输送结构（28），样品通道（10）下端与10微米级过滤网（8）和B端挤压泵体（3）之间的箱体（1）内腔连通，样品通道（10）上设置第四阀门（20）；磁力搅拌与泵压输送结构（28）包括一个搅拌室（17），搅拌室（170的顶面连接样品通道（10）上端且连接样品入口通道（19），样品入口通道（19）上设有第五电磁阀（21），搅拌室（17）内设有搅拌盘（22），搅拌盘（22）上方设置磁性搅拌子（23），搅拌盘（22）下方通过涡轮蜗杆（26）连接微电机（25）。

4.根据权利要求3所述的进样装置，其特征是：所述箱体（1）的侧壁上设有进水孔（12），进水孔（12）连通10微米级过滤网（8）和A端挤压泵体（2）之间的箱体（1）内腔，进水孔（12）的管道处设置第二电磁阀（15）；所述10微米级过滤网（8）和B端挤压泵体（3）之间的箱体（1）的下侧面上设有侧面排水孔（7），侧面排水孔（7）上设有第一电磁阀（14）。

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