CN106680518A - 一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开作物农药残留检测和生化检测领域中一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法，芯片更换传送带将第一试纸盒内部的带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片传送至芯片安装片上，第二试纸盒内部的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片通过芯片传出传送带传送到乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片上；试剂经进样口到达进样池内，经纸基芯片进样通道的作用到达乙酰胆碱酯酶固定槽内与乙酰胆碱酯酶混合；按压组件带动芯片安装片向下运动，使靛酚乙酸酯试剂与乙酰胆碱酯酶试剂充分接触发生显色反应，由光电检测装置对显色区进行检测；本发明基于酶抑制反应原理，检测分辨率和灵敏度显著提高，实现待测样品从投入到农残量显示的自动化过程。

Description

一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法

技术领域

本发明属于作物农药残留检测和生化检测领域，将微流控技术应用于农药残留检测中的检测装置及方法。

背景技术

作物农药残留已成为危害生命健康的一大隐形杀手。目前在水果、蔬菜、水产品、土壤等农产品中的农药残留以有机磷农药和氨基甲酸酯类农药残留超标最为突出。针对有机磷类和氨基甲酸酯类农药的检测和管理，避免所含农药超标的产品进入市场成了当前最为重要的问题。

目前，农药残留快速检测方法根据原理大致分为酶抑制法、光谱检测法和色谱检测法等。光谱法和色谱法所需设备昂贵，无法便携化与普及化应用；酶抑制法具有快速、操作简便等特点，已成为便携式农药残留检测的主要方法。传统的酶抑制速测法主要依赖酶抑制显色化学反应在速测卡片上比色判别，该方法检测速度快，检测成本低，但是存在反应均一性差，分析准确率低等缺点。微流控技术是近年来在生物芯片基础上兴起的生化检测技术，它把生物和化学领域中所涉及的反应、分离、培养、分选、检测等基本操作单元分别做成微纳米量级的构件,集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规生物或化学实验室的各种功能。由于微流控芯片技术具有进样量小、集成度高、易实现自动化控制和高通量分析的特点，使得在微流控芯片上进行生化反应操作较常规的分析样品前处理更方便、快速、成本低廉。它能把成熟的酶抑制农药检测法中的进样、混合、反应步骤集成在一块微米尺度芯片上并结合光电检测技术实现微型化和便携化。

纸基微流控芯片技术远远降低了传统微流控芯片的加工成本和制备难度，是一种新兴的纸上分析技术平台，因其具有制作简单、成本低廉、生物兼容性好等特点而广泛应用于医疗诊断、食品安全监测和环境监测等领域，进一步推动了便携化农残检测技术的发展。

发明内容

本发明的目的是针对目前农药残留检测方法无法进行检测对象的自动化处理与设备不易便携等缺点而设计了一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置与方法，具备样本自动预处理与检测功能，结构简单，操作容易且自动化程度高。

本发明一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置采用的技术方案是：由上部分的样品处理区和下部分的反应检测区组成，反应检测区的最外部是反应检测盒，反应检测盒内部上方设有一个反应盒，反应盒顶面开有进样口，进样口接收样品处理区处理后的样品溶液，反应检测盒内部还设有按压组件、传送电机、气泵、光电检测装置、输出电机、传送片、第一试纸盒、芯片更换传送带、芯片传出传送带和第二试纸盒；反应盒外部左侧是第一试纸盒、芯片更换传送带和传送电机，右侧是第二试纸盒、芯片传出传送带和输出电机；第一试纸盒中装着带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片且放置于芯片更换传送带的上方，第二试纸盒中装着带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片且放置于芯片传出传送带的上方，芯片更换传送带右端连接传送片，传送片右端设芯片安装片，带有靛酚乙酸酯的纸基芯片上具有一个放置靛酚乙酸酯试剂的靛酚乙酸酯固定槽；反应盒的内底表面平放有乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片，带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片上从左至右设有乙酰胆碱酯酶固定槽、纸基芯片进样通道和进样池，乙酰胆碱酯酶固定槽和进样池之间用纸基芯片进样通道连接，乙酰胆碱酯酶固定槽位于靛酚乙酸酯固定槽的正下方，进样池位于进样口的正下方；反应盒内的安装片上方装有能上下移动的按压组件，按压组件连接气泵，按压组件底部连接芯片安装片；反应盒的左侧壁底部开有芯片导出口；反应盒的下方设有光电检测装置和微处理器，微处理器分别连接传送电机、输出电机和气泵；光电检测装置位于乙酰胆碱酯酶固定槽的正下方，通过数据线连接微处理器。

本发明一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置的检测方法采用的技术方案是包括以下步骤：

A：微处理器控制传送电机和输出电机工作，芯片更换传送带将第一试纸盒内部的带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片传送至芯片安装片上，输出电机同时将第二试纸盒内部的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片通过芯片传出传送带传送到乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片上；试剂经进样口到达进样池内，经纸基芯片进样通道的作用到达乙酰胆碱酯酶固定槽内与乙酰胆碱酯酶混合；

B、微处理器控制气泵工作，向按压组件内部进气，带动芯片安装片向下运动，使纸基芯片内的靛酚乙酸酯试剂与乙酰胆碱酯酶试剂充分接触发生显色反应；

C、由光电检测装置对显色区进行检测，检测的信号输入微处理器进行数据处理，得到农药残留检测数据，通过输出电机将反应完的纸基芯片从反应盒内部经芯片导出口传出。

本发明与已有的技术和方法相比具有如下优点：

（1）本发明基于酶抑制反应原理，装置结构操作简单，不仅使样品处理时间大幅缩短、试剂和仪器成本大幅降低、检测分辨率和灵敏度显著提高，而且基于溶液反应的酶抑制反应技术极大地提高反应均一性和可控性，特别是将便携型检测仪器进一步与纸基微流控芯片整合，大大缩小检测装置的体积，使基于酶抑制反应的现场、简便、快速、准确检测成为可能，能自动快速发实现待检测对象的采样、搅拌、混合、萃取、过滤等过程。

（2）本发明装置采取层层分级过滤的结构，可使混合后的杂质减少，提高样品纯度，减小光电检测时的误差。

（3）本发明采用气动泵来实现对纸基微流控芯片的进样，能降低试剂的消耗，减小成本。

（4）本发明装置利用滤纸材料制作纸基微流控芯片，用CAD画图软件设计纸基芯片的形状，再用喷墨打印机在滤纸上打印出芯片构造。

（5）本发明芯片采用对面式结构，底部设计的电磁铁可使样品溶液与乙酰胆碱同时与乙酰胆碱酯酶接触充分，反应更加彻底，减少酶抑制反应时不必要的误差。

（6）本发明装置内的芯片显色区域和反应区域是集成于一体，乙酰胆碱与乙酰胆碱酯酶固定于此处，可通过电机的传送达到自动更换芯片的功能，以实现多组农残检测。

（7）本发明装置中由于纸基芯片不透光，而当单色光照射到不透明物固体表面时，发生反射和吸收，因此检测方法采用反射式光电检测机理。

（8）本发明装置整个反应与驱动过程是通过微处理器来进行控制，可实现待测样品从投入到农残量显示的自动化过程，达到了自动化的进行反应与驱动的目的，检测效率高。

附图说明

图1本发明所述的一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置的总体结构示意图；

图2是图1所示装置中反应盒35的内部构造与按压驱动结构示意图；

图3是图2所示结构中按压组件19的连接与结构图；

图4是图1所示装置中微处理器26的控制结构图；

图5是图1所示装置中光电检测装置25的检测与控制结构示意图；

图6是图1所示装置进行芯片更换时的结构放大示意图；

图7是图6所示结构中上下两个纸基微流控芯片接触后的俯视图；

图8是图1所示装置实现农药残留光电检测的流程图。

附图中各部件的序号和名称：1：样品处理盒，2：样品进样结构，3：样品搅拌池，4：切割扇叶，5：搅拌器，6：旋转电机，7：阀门，8：第一管道，9：过滤器，10：气动泵，11：压缩杆，12：卡片式过滤器，13：软管，14：进样口，16：进样池，17：靛酚乙酸酯固定槽，18：乙酰胆碱酯酶固定槽，19：按压组件，20：芯片安装片，21：传送电机，22：伸缩杆，23：气泵，24：芯片导出口，25：光电检测装置，26：微处理器，27：显示屏，28：组件电源，29：纸基芯片进样通道，30：发光二极管，31：光敏二极管，32：驱动器，33：反应检测盒，34：液体贮存室，35：反应盒，36a：第一废液排出管道，36b：第二废液排出管道，37a：第一控制阀门，37 b：第二控制阀门，38：废液池，39：靛酚乙酸酯纸基微流控芯下部安装片，40：乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片，41：输出电机，42：传送片，43：第一试纸盒，44：芯片更换传送带，45：芯片传出传送带，46：反应盒底部芯片固定槽，47：第二试纸盒，48：软管，49：气动电磁阀，51：第一固定杆；52：第二固定杆；53：气动阀，54：第二管道，55：第一芯片卡槽，56：第二芯片卡槽。

具体实施方式

参见图1，本发明一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置由上部分的样品处理区和下部分的反应检测区组成。样品处理区最外部是一个样品处理盒1，样品处理盒1内部设有样品进样结构2、样品搅拌池3、旋转电机6、液体贮存室34、气动泵10、卡片式过滤器12以及废液池38等组件。样品进样结构2放置于样品处理盒1内部的顶部，样品进样结构2的顶部是敞口，用来通过敞口向其内放置样品和洗脱液，使样品和洗脱液同时进样。样品进样结构2的底部衔接样品搅拌池3，样品搅拌池3由上方的切割扇叶4和下方的搅拌器5组成，样品和洗脱液从样品进样结构2进入样品搅拌池3，切割扇叶4和下方的搅拌器5样品切碎并与洗脱液更充分的混合。在样品搅拌池3的底部下方是垂直布置的旋转电机6，旋转电机6输出轴向上且同轴固定连接搅拌器5，带动搅拌器5工作，为切割和搅拌提供动力，使整个结构的进样与搅拌实现自动化处理。

在样品搅拌池3的下方是废液池38和液体贮存室34，废液池38在样品搅拌池3的左下方，液体贮存室34在样品搅拌池3的右下方。样品搅拌池3通过第一废液排出管道36a与废液池38进行连接，在第一废液排出管道36a上安装第一控制阀门37a。在进样结束后，可将样品搅拌池3中的多余蔬菜样品混合液通过第一控制阀门37a的作用使废液和杂质通过第一废液排出管道36a排到废液池38中，以方便其他样品处理。样品搅拌池3通过第一管道8与液体贮存室34进行连接，第一管道8下端要直通于液体贮存室34底部，在第一管道8上安装阀门7，打开阀门7可使混合后的液体试剂通过第一管道8流入到液体贮存室34。在液体贮存室34内部设置过滤器9和压缩杆11，过滤器9放置于液体贮存室34的上部以进行液体的筛选，压缩杆11放置于液体贮存室34的中间，方便上下滑动以挤压液体。在液体贮存室34外部旁侧设置气动泵10，气动泵10通过第二管道54与液体贮存室34连接，气动泵10通过四个气动阀53来对液体贮存室34内部进行抽气和放气，使压缩杆11在液体贮存室34内上下运动，为试剂的再次进样提供动力，通过过滤器9和压缩杆11两个机构实现混合后液体试剂的除杂与进一步的进样。液体贮存室34与废液池38之间通过第二废液排出管道36b连接，在第二废液排出管道36b上安装第二控制阀门37b。液体贮存室34、气动泵10和废液池38都放置于样品处理盒1内的最底部。

反应检测区的最外部是反应检测盒33，反应检测盒33的内部上方设有一个反应盒35，反应盒35的顶面开有进样口14，接收来自样品处理区处理后的样品溶液。在液体贮存室34与反应检测区33的进样口14之间连接软管13，在靠近液体贮存室34的软管13上安装卡片式过滤器12，以进一步的过滤除杂。气动泵10通过抽气过程使压缩杆11压动试剂通过软管13到达进样口14，进入反应盒35内部。

反应检测盒33的内部还设有按压组件19、传送电机21、气泵23、光电检测装置25、微处理器26、显示屏27、组件电源28、输出电机41、传送片42、第一试纸盒43、芯片更换传送带44、芯片传出传送带45、第二试纸盒47等组件。

再结合图2，在反应盒35外部的左侧设有第一试纸盒43、芯片更换传送带44和传送电机21，第一试纸盒43中装着带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片，第一试纸盒43放置于芯片更换传送带44的上方。在反应盒35外部的右侧设有第二试纸盒47、芯片传出传送带45和输出电机41，第二试纸盒47中装着带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片，第二试纸盒47放置于芯片传出传送带45的上方。在第一试纸盒43和第二试纸盒47这两个试纸盒底部都设置有卡槽，以保证每次只能落下一个纸基芯片，在当前的检测结束后，即把卡槽打开，使下一组纸基芯片落在对应的芯片更换传送带44、芯片传出传送带45上进行传送。

芯片更换传送带44通过传送电机21从左向右运动，芯片更换传送带44右端连接传送片42，传送片42右端设芯片安装片20，传送片42右端与芯片安装片20左端之间不固定连接，两者独立布置。传送片42从左至右水平伸入到反应盒35之中，芯片安装片20位于反应盒35内部中间，传送片42与芯片安装片20处于同一水平线。带有靛酚乙酸酯的纸基芯片经芯片更换传送带44和传送片42传送至芯片安装片20上，带有靛酚乙酸酯的纸基芯片上具有一个靛酚乙酸酯固定槽17，靛酚乙酸酯固定槽17用来放置靛酚乙酸酯试剂。

芯片传出传送带45通过输出电机41从右向左运动，将带动乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片传入反应盒35内部。在反应盒35的内底表面平放有乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片40，此乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片40的作用是放置来自第一试纸盒47、芯片传出传送带45传输的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片。带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片上从左至右开有乙酰胆碱酯酶固定槽18、纸基芯片进样通道29和进样池16，乙酰胆碱酯酶固定槽18和进样池16之间用纸基芯片进样通道29连接。乙酰胆碱酯酶固定槽18位于靛酚乙酸酯固定槽17的正下方，进样池16位于进样口14的正下方。

在反应盒35内的安装片20上方安装按压组件19，按压组件19通过螺丝与反应盒35顶部固定连接。按压组件19能上下移动，按压组件19底部连接芯片安装片20，从而控制芯片安装片20上下移动。再结合图3，按压组件19内部具有软管48和一个垂直的伸缩杆22，伸缩杆22能上下滑动，软管48连接外部的气泵23，气泵23安装在反应盒35外部的下方，固定在反应检测盒33的底面上。气泵23上安装四个气动电磁阀49，通过按序打开或关断四个气动电磁阀49，实现气泵23对按压组件19的抽气放气过程，软管48内部的气动作用来控制按压组件19内部的伸缩杆22的上下滑动，控制芯片安装片20向下移动，实现上下两层芯片安装片的按压，以使芯片安装片20上的靛酚乙酸酯与乙酰胆碱酯酶充分接触发生酶抑制化学反应。

如图1，在反应盒35的下方还设有光电检测装置25、微处理器26、显示屏27和组件电源28，组件电源28为整个装置提供动力。微处理器26通过控制线分别连接第一控制阀门37a、阀门7、第二控制阀门37b，控制各个阀门的开断。

再结合图4，微处理器26通过对应的驱动器分别连接旋转电机6、气动泵10、气泵23、传送电机21、输出电机41。具体是通过第一驱动器32a连接旋转电机6，通过第二驱动器32b连接气动泵10，通过第三驱动器32c连接气泵23，通过第四驱动器32d连接传送电机21，通过第五驱动器32e连接输出电机41。微处理器26通过驱动器的作用来控制每个部件的运动。在进行蔬菜样品的处理时，通过微处理器26的作用来使旋转电机6旋转，进而使蔬菜样品与洗脱液充分混合；进行蔬菜样品混合试剂进样时，控制气动泵10来使压缩杆11挤压试剂达到进样与控制进样量的目的；实现多组样品农残检测时候需要通过微处理器26控制传送电机21和输出电机41来更换芯片；同时也可控制气泵23与电磁阀49的开断，进而控制带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片的芯片安装片20的上下移动，使待检测蔬菜样品试剂、靛酚乙酸酯和乙酰胆碱酯酶充分接触与反应。通过微处理器26的作用，减少了人工操作，实现了整个蔬菜农药残留检测的自动化处理、进样、反应、检测与现实过程。

结合图5和图1，光电检测装置25位于乙酰胆碱酯酶固定槽18的正下方，垂直放置于反应盒35的底部，以减少检测时杂散光干扰。光电检测装置25由发光二极管30和光敏二极管31组成，通过数据线连接微处理器26，将采集的光信号进行处理，并将数据传送至微处理器26进行处理。显示屏27也通过数据线连接微处理器26，以显示农残检测数据。而光敏二极管31与发光二极管30平行，发光二极管30来对纸基芯片的显色区进行检测，光敏二极管31对光信号进行接收，在光电检测电路中设计放大电路和滤波电路对信号进行放大和除干扰作用，微处理器26进行数据处理、存储及信息传输等任务，并将检测数据在显示屏27上显示。

参见图6和图1，第一试纸盒43放置在芯片更换传送带44的上方，通过第一固定杆51与反应盒35相连接，达到上部纸基芯片不断更换的目的。第二试纸盒47垂直放置于芯片传出传送带45上方，通过第二固定杆52与反应盒35连接，实现底部纸基芯片的不断更换。在第一试纸盒43底部设置第一芯片卡槽55，在第二试纸盒47底部设置第二芯片卡槽56，第一芯片卡槽55和第二芯片卡槽56用以保证每次只能落下一个纸基芯片，当当前的检测结束后，即把第一芯片卡槽55和第二芯片卡槽56打开，使下一组芯片放在下方的对应芯片更换传送带中进行传送。反应盒35的底面上内嵌芯片固定槽46，来自第二试纸盒47内部的下一个带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片进入反应盒35内，被芯片固定槽46固定。芯片安装片20放置下一个带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片并与下部下一个纸基芯片进行按压，以使两者充分反应。在反应盒35的左侧壁底部开有芯片导出口24，反应完的纸基芯片从反应盒35内部通过该芯片导出口24传出。芯片更换过程是：当前纸基芯片检测结束后，传送电机21继续运动将第一试纸盒43内部新的纸基芯片传送到传送片43上，与芯片安装片20衔接，即可更换新的芯片，也可使反应过的纸基芯片传送到反应盒35底部，输出电机41控制芯片传出传送带45的运动，将第二试纸盒47内部新的纸基芯片传送到反应盒35的底部，并且通过输出电机41的作用将反应完的纸基芯片通过芯片导出口24传到反应盒35的外部，此时上层的纸基芯片也被传送到反应盒的底部35，实现了自动更新纸基微流控芯片的作用。

参见图1-8，本发明装置对农药残留检测过程包括两大部分：一是蔬菜样品的处理，二中蔬菜样品的农药残留检测。蔬菜样品的处理是在样品处理区中完成，以达到进样的目的。蔬菜样品的农药残留检测则是在反应与检测区中完成，通过纸基微流控芯片达到农药残留检测时的酶抑制化学反应的目的，进而通过光电检测装置25实现对蔬菜样品的农药残留检测，并通过微处理器26和显示屏27的作用显示检测数据。具体检测流程如下：

步骤一：利用滤纸材料制作纸上疏水区域，用CAD画图软件设计纸芯片的形状，再用喷墨打印机打印出芯片结构。以憎水性物质作为模具，用仪器切割技术制作相应构型，即能制作出疏水性能好、无边界渗透的新型纸基微流控芯片。

步骤二：提取足量的蔬菜样品和洗脱液，将其同时放入样品进样结构2中，以使这两种物质初步进行混合。

步骤三：在搅拌池3中进行切碎和搅拌处理。将蔬菜样品与洗脱液同时放置于样品进样结构2中，经过样品进样结构2的缓冲与混合作用，使蔬菜样品和洗脱液到达样品搅拌池3中，此时微处理器26控制旋转电机6旋转，进而使切割扇叶4和搅拌器5对蔬菜样品和洗脱液进行处理，可使蔬菜样品切碎后与洗脱液能进一步充分混合。

步骤四：混合后的试剂流入液体贮存室34内。蔬菜样品和洗脱液充分混合后，微处理器26控制阀门7开断，将混合后的试剂经阀门7的控制作用，并通过第一管道8抵达液体贮存室34内，在进入之前会经过其内部的过滤器9的除杂作用才能抵达液体贮存室34中，以减小杂质的干扰。

步骤五：进样处理。微处理器26控制气动泵10的开断，使液体贮存室34内嵌的压缩杆11进行上下伸缩作用，使气动泵10向压缩杆11内部进气达到向下挤压的目的，控制压缩杆11挤压混合后的试剂排出去，通过软管13的作用到达进样口14，也可控制它的挤压量。在进入到进样口14时候时，经过了卡片式过滤器12的再次除杂作用，减小光电检测的杂质误差干扰，即实现进样。当进样结束后，可通过第一废液排出管道36a经第一控制阀门37a的作用将样品搅拌池3和液体贮存室34内多余的废液排到废液池38内，减小污染。蔬菜样品的进样与处理是经过微处理器26的控制作用来实现。样品的自动化进样与处理，减少了人工操作所引起的误差。

步骤六：对纸基微流控芯片内部的带有靛酚乙酸酯和乙酰胆碱酯酶试剂纸基芯片进行放置与更换。在进样的同时，在芯片安装片20上的靛酚乙酸酯固定槽17安放了靛酚乙酸酯，在反应盒35底部的乙酰胆碱酯酶固定槽18安放了乙酰胆碱酯酶。如图6箭头所示的芯片传送方向，当芯片安装片20上带有靛酚乙酸酯试剂芯片反应和检测结束后，微处理器26控制传送电机21和输出电机41工作，芯片更换传送带44将第一试纸盒43内部新的纸基芯片传送到传送片42上，进而可将带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片放置在芯片安装片20上。而输出电机41也同时将第一试纸盒47内部的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片通过芯片传出传送带45传送到反应盒35底部的乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片40上，与第一试纸盒43所传送的芯片进行反应。反应结束后，传送电机21继续运动将第一试纸盒43内部新的纸基芯片传送到芯片安装片20上，即可进行更换新的芯片，也可使反应过的纸基芯片传送到反应盒35底部，而输出电机41则是控制芯片传出传送带45的运动，将第二试纸盒47内部新的纸基芯片传送到反应盒35的底部，并且通过输出电机41的作用可将反应完的纸基芯片通过芯片导出口24传到反应盒35的外部，实现了自动更新纸基微流控芯片的作用。

步骤七：纸基微流控芯片内的酶抑制化学反应。混合后的试剂经进样口14到达进样池16内，经纸基芯片进样通道29的作用到达乙酰胆碱酯酶固定槽18内与乙酰胆碱酯酶充分混合。10分钟后，由微处理器26来控制气泵23与气动电磁阀开断，进而达到按压组件19的上下滑动。

当气泵23开始进气时，向按压组件19内部进气达到向下挤压的目的，按压组件19的伸缩杆22向下运动，进而使芯片安装片20向下运动，以使上下两层纸基芯片内的靛酚乙酸酯试剂与乙酰胆碱酯酶试剂充分接触发生显色反应，参见图7中显示的上下两个纸基芯片充分接触。3分钟后，酶抑制化学反应结束后，气泵23开始出气，使按压组件19内部的伸缩杆22回复到原位置，也即是将芯片安装片20回到原来的位置。

步骤八：由光电检测装置25对纸基微流控芯片内的显色区域进行检测。反应结束后，采用反射式光电检测机理对显色区域进行光电处理，由发光二极管30来对显色区进行检测，光敏二极管31对光信号进行接收，在光电检测电路中设计放大电路和滤波电路对信号进行放大和除干扰作用，微处理器26进行数据处理、存储及信息传输等任务，将得到的农药残留检测数据在显示屏27上显示。

步骤九：记录当前蔬菜样品的农药残留检测数据和保存并进行废液处理。检测结束后将未用到的混合试剂通过废液排出管道36排到废液池38内。如再检测另一种样品，即可通过微处理器26的控制作用使传送电机21和输出电机41对纸基芯片进行更换。最后结束检测工作流程。

Claims (6)

1.一种自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，由上部分的样品处理区和下部分的反应检测区组成，反应检测区的最外部是反应检测盒（33），反应检测盒（33）内部上方设有一个反应盒（35），反应盒（35）顶面开有进样口（14），进样口（14）接收样品处理区处理后的样品溶液，其特征是：反应检测盒（33）内部还设有按压组件（19）、传送电机（21）、气泵（23）、光电检测装置（25）、输出电机（41）、传送片（42）、第一试纸盒（43）、芯片更换传送带（44）、芯片传出传送带（45）和第二试纸盒（47）；反应盒（35）外部左侧是第一试纸盒（43）、芯片更换传送带（44）和传送电机（21），右侧是第二试纸盒（47）、芯片传出传送带（45）和输出电机（41）；第一试纸盒（43）中装着带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片且放置于芯片更换传送带（44）的上方，第二试纸盒（47）中装着带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片且放置于芯片传出传送带（45）的上方，芯片更换传送带（44）右端连接传送片（42），传送片（42）右端设芯片安装片（20），带有靛酚乙酸酯的纸基芯片上具有一个放置靛酚乙酸酯试剂的靛酚乙酸酯固定槽17；反应盒35的内底表面平放有乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片（40），带有乙酰胆碱酯酶的纸基芯片上从左至右设有乙酰胆碱酯酶固定槽（18）、纸基芯片进样通道（29）和进样池（16），乙酰胆碱酯酶固定槽（18）和进样池（16）之间用纸基芯片进样通道（29）连接，乙酰胆碱酯酶固定槽（18）位于靛酚乙酸酯固定槽（17）的正下方，进样池（16）位于进样口（14）的正下方；反应盒（35）内的安装片（20）上方装有能上下移动的按压组件（19），按压组件（19）连接气泵（23），按压组件（19）底部连接芯片安装片（20）；反应盒（35）的左侧壁底部开有芯片导出口（24）；反应盒（35）的下方设有光电检测装置（25）和微处理器（26），微处理器（26）分别连接并控制传送电机（21）、输出电机（41）和气泵（23）；光电检测装置（25）位于乙酰胆碱酯酶固定槽（18）的正下方，通过数据线连接微处理器（26）。

2.根据权利要求1所述自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，其特征是：所述样品处理区最外部是样品处理盒（1），样品处理盒（1）内部设有样品进样结构（2）、样品搅拌池（3）、液体贮存室（34）以及废液池（38），样品进样结构（2）放置于样品处理盒（1）内部的顶部，样品进样结构（2）的底部衔接样品搅拌池（3），样品搅拌池（3）的下方是废液池（38）和液体贮存室（34），样品搅拌池（3）通过第一废液排出管道（36a）与废液池（38）连接，第一废液排出管道（36a）上装有第一控制阀门（37a），样品搅拌池（3）通过第一管道（8）与液体贮存室（34）进行连接，第一管道（8）上装有阀门（7），液体贮存室（34）与废液池（38）之间通过第二废液排出管道（36b）连接，第二废液排出管道（36b）上装有第二控制阀门（37b）；微处理器（26）通过控制线分别连接第一控制阀门（37a）、第二控制阀门（37b）和阀门（7）。

3.根据权利要求2所述自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，其特征是：样品搅拌池（3）由上方的切割扇叶（4）和下方的搅拌器（5）组成，样品搅拌池（3）的底部下方是垂直布置的旋转电机（6），旋转电机（6）输出轴向上且同轴固定连接搅拌器（5）；液体贮存室（34）内部设置过滤器（9）和压缩杆（11），过滤器（9）放置于液体贮存室（34）的上部，压缩杆（11）放置于液体贮存室（34）的中间，液体贮存室（34）外部旁侧设置气动泵（10），气动泵（10）通过四个气动阀（53）对液体贮存室（34）内部进行抽气和放气；微处理器（26）通过对应的驱动器分别连接旋转电机（6）和气动泵（10）。

4.根据权利要求2所述自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置，其特征是：在液体贮存室（34）与反应检测区的进样口（14）之间连接软管（13），靠近液体贮存室（34）的软管（13）上装有卡片式过滤器（12）。

5.一种如权利要求1所述自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置的检测方法，其特征是包括以下步骤：

A：微处理器（26）控制传送电机（21）和输出电机（41）工作，芯片更换传送带（44）将第一试纸盒（43）内部的带有靛酚乙酸酯试剂的纸基芯片传送到芯片安装片（20）上，输出电机（41）同时将第二试纸盒（47）内部的带有乙酰胆碱酯酶试剂的纸基芯片通过芯片传出传送带（45）传送到乙酰胆碱酯酶纸基微流控芯下部安装片（40）上；试剂经进样口（14）到达进样池（16）内，经纸基芯片进样通道（29）的作用到达乙酰胆碱酯酶固定槽（18）内与乙酰胆碱酯酶混合；

B、微处理器（26）控制气泵（23）工作，向按压组件（19）内部进气，带动芯片安装片（20）向下运动，使纸基芯片内的靛酚乙酸酯试剂与乙酰胆碱酯酶试剂充分接触发生显色反应；

C、由光电检测装置（25）对显色区进行检测，检测的信号输入微处理器（26）进行数据处理，得到农药残留检测数据，通过输出电机（41）将反应完的纸基芯片从反应盒（35）内部经芯片导出口（24）传出。

6.根据权利要求5所述自动便携的纸基微流控农药残留光电检测装置的检测方法，其特征是：当前纸基芯片检测结束后，传送电机（21）继续运动将第一试纸盒（43）内部新的纸基芯片传送到传送片（43）上，输出电机（41）控制芯片传出传送带（45）的运动，将第二试纸盒（47）内部新的纸基芯片传送到反应盒（35）的底部，更换新的纸基芯片。