CN111257316A - 一种便携式纳米检测仪 - Google Patents

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徐新喜
陈世兴
杜耀华
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Abstract

本发明涉及一种便携式纳米检测仪，其包括：纳米传感装置，设有用于与样品溶液中靶分子结合产生变化电信号的纳米传感器；所述纳米传感装置设在暗室内；信号处理及采集模块，与纳米传感器电连接，将变化电信号放大处理后采集并传输给中心控制模块；中心控制模块根据预先设定的计算机程序将所述变化电信号转化成可视化检测结果，通过显示屏显示；光学校准装置，其包含设于该暗室内、能够调节光强和/或光波长的发光元件，用于在检测前对纳米传感器性能进行校验和标定。本发明可提高纳米传感器的检测抗干扰能力和结果重现性。

Description

一种便携式纳米检测仪
技术领域
本发明涉及生物、化学检测设备技术领域，尤其是一种便携式纳米检测仪。
背景技术
近年来，一系列全球性传染病的爆发对人类健康造成了造成了极大危害，如果不进行及时的预防和控制，老年人、婴幼儿和免疫力低下的人群极易被感染，尤其在医疗条件落后的国家或地区，更容易爆发大规模传染病。这种情况下，能够在现场快速、准确检测病原微生物对于疾病的早期诊断是至关重要的。
2017年美国Vista公司推出一种便携式硅纳米线场效应管生物传感仪器。该仪器存在诸多问题，包括：第一、纳米传感器的纳米材料纯度和尺寸难以控制，不同的纳米线线场效应管传感器在不同的光照条件下、其光电反应不同，检测结果之间不具可比性，检测结果不稳定、重复性差；如硅纳米线传感器以硅为基本材料，由于不同晶向的硅腐蚀速率不同，使得硅纳米线可以通过氢氧化钾湿法腐蚀工艺获得。但采用传统湿法腐蚀工艺，由于分子扩散速率和腐蚀液浓度等细微差异，会出现在硅片不同区域腐蚀速率不同的现象，最终将导致硅片不同区域的硅纳米线尺寸出现细微偏差，影响器件整体一致性。这就产生了当使用不同批次或者不同硅片区域的硅纳米线传感器对同一个目标物进行测试，得到的测试结果并不相同，无法进行精确定量测试的问题。因此，需要将传感器输出结果进行调制和标定，使得不同硅纳米线传感器对同一目标物响应是相同的。此外，在使用硅纳米线传感器之前也难以对纳米传感器是否具有可用性(是否坏掉)进行校验。第二、纳米传感器检测虽然具有较高灵敏度，但同时也容易受到外界干扰因素的影响；然而该仪器没有对纳米传感器的检测环境如温度、PH值、电导率等进行控制的功能，使检测结果重现性差；第三、该仪器分为检测设备和结果显示设备，便携性不佳，依然无法满足现场和野外检测的要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种便携式纳米检测仪，对纳米传感器以特定光强和光波长照射，利用传感器的光效应对纳米传感器进行性能进行校验，从而确认纳米传感器的可用性和利用光响应对纳米传感器标定，提高检测结果的稳定性和重复性。
此外，本发明还进一步设置有温度控制装置用于稳定检测环境，提高检测准确性和稳定性。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
本发明的一种便携式纳米检测仪(100)，其包括：
纳米传感装置(10)，其包含纳米传感器(11)，所述纳米传感器(11)用于与样品溶液中的靶分子结合产生变化电信号；所述纳米传感装置(10)设在暗室内；信号处理及采集模块(20)，与所述纳米传感器(11)电连接，将所述变化电信号放大处理后采集并传输给中心控制模块(30)；
所述中心控制模块(30)；所述处理器根据预先设定的计算机程序将所述变化电信号转化成可视化检测结果，通过显示屏(31)显示；
光学校准装置(90)，其包含设于该暗室内且能够调节光强和/或光波长的发光元件(91)，用于检测前对纳米传感器进行性能校验，以确认纳米传感器的可用性并提供检测基准参数。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述发光元件(91)的数量为一个且能够实现不同光强和/或光波长的调节，或者所述发光元件(91)为多个，而不同发光元件发出不同的光强和/或波长的光。
根据本发明的较佳实施例，其中，还包括温度控制装置(40)，用于调节控制所述暗室内的环境温度，使该暗室的环境维持在设定的检测温度；或所述温度控制装置(40)能够调节控制所述样品溶液的温度，使样品溶液维持在设定的检测温度。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述温度控制装置(40)包括用于加热的电加热组件(41A)和用于降温的半导体制冷片(41B)、温度传感器(42)；所述电加热组件(41A)和半导体制冷片(41B)、温度传感器(42)设于所述暗室内；所述温度传感器(42)实时感测所述暗室的环境温度或待测样品溶液的温度，并将感测结果发送给所述中心控制模块(30)，以启动所述电加热组件(41A)或半导体制冷片(41B)开始工作对所述暗室或待测样品溶液进行温度调节、从而实现温度的闭环控制。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述便携式纳米检测仪还包括自动进样系统(50)，所述自动进样系统(50)包括：
缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)和至少一个样品溶液瓶(513)；
缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)、样品溶液瓶(513)分别接出一管道，所述各管道通过多通路选通阀(52)连接纳米传感装置(10)的进样管；
所述纳米传感装置(10)包括微流控检测管道(110)，其为呈U字形通道，一端为所述进样管，另一端为出样管，所述进样管和出样管在底部连通，且所述纳米传感器(11)设于该连通处；
进样泵(53)，设于所述多通路选通阀(52)与所述进样管之间，或者设于所述出样管后端并与出样管连接；所述进样泵提供进样动力，使所述缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)或样品溶液瓶(513)中的液体流经所述纳米传感装置的微流控检测管道(110)。
在某些实施例中，也可以不设置自动进样系统(50)。例如，先在仪器外部，按照检测需求将待测样品溶液配制完成，然后通过液体样品滴加仪器滴加或使用液体泵配合滴管滴加到纳米传感装置(10)的检测通道或纳米传感器(11)上进行检测。
根据本发明的较佳实施例，其中，还包括一个预混区(56)，该预混区设在所述多通路选通阀(52)与所述进样管之间，该预混区设有电导率和pH值传感器，用于感测预混区(56)内溶液的电导率和pH值；由所述中心控制模块(30)向选通阀电源55发出控制信号，使缓冲液或纯水的通路阀门导通，将一定量的缓冲液或纯水吸入到预混区(56)，对在该预混区(56)的样品溶液电导率和pH值进行预调节，以达到设定值后，再启动进样泵(53)将预混区(56)内的样品送入纳米传感装置(10)中进行检测。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述多通路选通阀(52)连接至选通阀供电电源(55)；所述中心控制模块(30)根据用户输入的控制指令或根据历史检测结果，控制所述多通路选通阀(52)中不同的通路阀门接入所述选通阀供电电源(55)而使相应的管道导通，允许缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)或样品溶液瓶(513)中的溶液进入所述纳米传感装置(10)或预混区(56)；所述中心控制模块(30)还能够控制所述进样泵(53)的启停、运转功率、所述多通路选通阀(52)中不同的通路阀门的开度，以实现进样种类的切换以及进样量的精确控制。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述纳米传感装置(10)包括：PCB板(12)、PDMS层(13)、所述纳米传感器(11)和PMMA盖板(14)；
所述PCB板(12)上设有电极(121)，所述纳米传感器(11)安装在PCB板(12)上，并与所述电极(12)电性连接；所述电极(121)用于与所述信号处理及采集模块(20)电性连接；
所述PDMS层(13)紧贴于所述纳米传感器(11)和所述PCB(12)之上，且所述PDMS层上设有呈U字形的所述微流控检测管道(110)，所述纳米传感器(11)位于所述微流控检测管道(110)的底端；
所述PMMA盖板(14)覆盖在所述PDMS层(13)上，通过连接组件(141)将所述PMMA盖板(14)与所述PCB板(12)组接在一起，以将所述PDMS层(13)和所述纳米传感器(11)夹设在所述PMMA盖板(14)和PCB板(12)之间，从而形成封闭的管道；
所述PMMA盖板(14)上设有进样通孔(14A)和出样通孔(14B)，分别与所述微流控检测管道的进样管和出样管连通。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述便携式纳米检测仪(100)包括一个机身(101)；
所述机身(101)的内部被隔板(102)区隔成上下两个空间，上层空间为检测区(101A)，下层空间为部件容纳区(101B)；
所述检测区(101A)顶面设有可向外开启的翻盖(105)，所述检测区(101A)内设有发光元件(91)、样品架(103)、多通路选通阀(52)、纳米传感装置(10)、进样泵(53)、废液池54、电加热组件(41A)和半导体制冷片(41B)；所述翻盖(105)关闭后，所述检测区(101A)构成一个独立的封闭暗室；所述样品架(103)上放置有所述缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)和至少一个样品溶液瓶(513)；
所述部件容纳区(101B)设有所述中心控制模块(30)、信号放大电路板、数据采集模块、进样泵的供电电源、选通阀电源(55)和温度控制装置的供电电源，所述显示屏(31)露出在机身(101)的表面。
根据本发明的较佳实施例，其中，所述机身(101)为金属材质，以尽可能减少电磁干扰，降低检测过程中的噪声。
其中，所述温度控制装置(40)还包含继电器以及供电电源。电加热组件(41A)、半导体制冷片(41B)和温度传感器(42)设于暗室内，电加热组件(41)和半导体制冷片(41B)的一端分别连接供电电源，另一端通过继电器(44)间接连接供电电源。中心控制模块(30)根据温度传感器(42)实时感测的温度值与预设温度值的比较结果，以控制所述电加热组件(41A)或者半导体制冷片(41B)接通供电电源，通电并开始工作，对纳米传感器(10)所工作的暗室进行加温或降温等温度调节，直至达到预设值。
其中，所述自动进样系统(50)还包含废液池(54)，与微流控检测管道(110)的出样管一侧连接，经纳米传感器(11)检测完毕的溶液作为废液进入废液池(54)中暂存。
其中，样品溶液瓶(513)的数量为2个或2个以上。
其中，所述PMMA盖板(14)上设有进样通孔(14A)和出样通孔(14B)，分别与所述微流控检测管道的进样管和出样管连通，进样通孔(14A)连接所述多通路选通阀(52)，出样通孔(14B)连接进样泵(53)。
其中，纳米传感装置(10)的PMMA盖板(14)也可换为其他具有化学惰性的高透明度硬质板。
其中，所述信号处理及采集模块(20)包括信号放大电路(21)和数据采集模块(22)，信号放大电路(21)与数据采集模块(22)电性连接；所述信号放大电路(21)包括：
输入电源模块(211)，其输入电压为直流电压信号；
稳压调节模块(212)，用于调节所述纳米传感装置(10)漏源极电压和栅源极电压，借此调节所述纳米传感装置(10)的灵敏度；
电流放大模块(213)，通过三级放大对所述纳米传感装置(10)的变化电信号进行检测和放大；
输出电压偏置模块(214)，将放大的变化电信号输出为可调节的直流电压，以保证输出的结果在量程范围内；
所述数据采集模块(22)以特定的频率采集所述信号放大电路输出的模拟电信号，将其传输到所述中心控制模块(30)，所述中心控制模块(30)执行预设的计算机程序将模拟电信号处理为可视化的检测结果。
其中，所述隔板(102)为防水材料制成，避免了检测区(101A)发生漏液现象对下部的部件容纳区(101B)中的各电子元器件产生影响，所述机身(101)、包括翻盖(105)等均为金属材质制成，具有放电磁干扰的特点。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
(1)本发明的便携式纳米检测仪提供纳米传感器提供暗室作为检测区，避免外部光线带来的干扰，并增设光学校准装置，通过改变纳米传感器周围的光照强度，使其输出信号相应发生变化，这种由光照强度发生变化导致的输出信号变化称为硅纳米线传感器的光响应。利用纳米传感器的光响应对目标物响应进行调制标定，使不同传感器之间的测试结果更加稳定，具有重复性，且可以基于标定后的函数解析式测试获取所需要的待测样品浓度，测试方便，结果准确。通过光学校准装置调节纳米传感器检测环境的光强并测得其输出电信号变化，可对纳米传感器的可用性(是否坏掉)进行校验，为实际检测开始之前提供标定参数，以得到更准确的检测结果，减少纳米检测仪的光的抗干扰能力，提高的检测结果的重复性。
(2)本发明的便携式纳米检测仪进一步设置有温度控制装置，用于调节控制所述暗室内的环境温度，使该暗室的环境维持在设定的检测温度或温度控制装置能够调节控制所述样品溶液的温度，使该样品溶液维持在设定的检测温度；借此使纳米传感器处于稳定的检测环境，减少温度变化对检测结果的影响，提高检测稳定性。
(3)本发明的便携式纳米检测仪设置的自动进样系统，通过选择性进样，可实现多种样品溶液、缓冲液、纯水等的切换进样，不仅可满足多种样品的进样检测，还能够对纳米传感器进行润湿、清洗、洗脱等功能；此外，所述中心控制模块可根据历史检测结果，判断进样溶液的电导率或pH值是否满足纳米传感器的最适宜的工作条件，以便根据需要使多通路选通阀的不同通路阀门导通，将缓冲液或纯水作为进样液送入所述纳米传感装置中，对样品溶液加水稀释降低电导率或加缓冲液提高电导率或调节pH，从而实现对纳米传感器的检测条件、如pH值、电导率等进行控制调节的功能，为纳米传感器的检测提供稳定的环境，提高抗干扰能力和检测重复性。
中心控制模块可精准控制自动进样系统进样泵的工作参数、多通路选通阀的阀门开度、实现液流的速度、流量的精确控制，避免了人工滴加液体等方式带来的检测误差。
(4)本发明还设置了纳米传感装置，纳米传感器被固定在PMMA盖板和PCB板之间，且通过PDMS层进行密封、引流、定位，使纳米传感器和电极都能很好地定位。
(5)本发明仪器的体积小轻便、具有很好的便携性，满足现场快速分析的需求。所述机身为金属材质，以尽可能减少电磁干扰，降低检测过程中的噪声。
(6)本发明提供的便携式纳米检测仪，利用硅纳米线场效应管传感器，能够在现场快速、准确检测病原微生物或目标化学物质，适用于传染病的现场检测、环境中目标物质检测等。本发明提出了仪器的完整设计，性能优于国外同类产品。
本发明为高灵敏、同时也特别容易被干扰的纳米传感器提供一个稳定、可控的检测工作环境、对检测环境进行定向控制调节，以降低检测过程中的干扰和噪声，从而真正脱离实验室环境，完成对被测生物、化学物质的现场检测。
附图说明
图1为本发明较佳实施例1的检测仪的内部组成模块连接关系示意图。
图2为本发明较佳实施例1的检测仪的工作原理图。
图3为本发明较佳实施例1的检测仪的温度控制装置的工作原理示意图。
图4为本发明较佳实施例1的检测仪的自动进样系统的工作原理示意图。
图5为本发明较佳实施例1的检测仪的纳米传感装置结构示意图。
图6为本发明较佳实施例1的检测仪的信号放大电路工作原理示意图。
图7为本发明较佳实施例1的检测仪的机身内部示意图一。
图8为本发明较佳实施例1的检测仪的机身内部示意图二。
图9为本发明较佳实施例2的检测仪的自动进样系统的工作原理示意图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例1
如图1所示，为本发明较佳实施例1的检测仪的内部组成模块连接关系示意图。如图2所示，本发明较佳实施例1的检测仪的工作原理图。
便携式纳米检测仪100，其主要包括如下几个功能模块：纳米传感装置10、信号处理及采集模块20、光学校准装置90、温度控制装置40、中心控制模块30和自动进样系统50。其中，中心控制模块30包含存储有计算机程序的计算机可读存储介质、处理器和显示屏31，所述处理器包括用于控制温度的功能模块、用于控制多通路选通阀选择性导通的功能模块和用于控制进样泵启停和功率参数的功能模块。
结合图1-2所示，自动进样系统50与纳米传感装置10物理连接，以向纳米传感装置10提供进样，纳米传感装置10设于一个封闭暗室内，该暗室可隔绝外部光线干扰；纳米传感装置10包含纳米传感器11，可与进样溶液接触并与溶液中的靶分子结合而产生微小的变化电信号，纳米传感器11与信号处理及采集模块20电连接，通过信号处理及采集模块20将该微小的变化电信号进行检测、放大、采集得到原始模拟信号，将原始模拟信号发送给中心控制模块30，由中心控制模块30启动执行预设的计算机软件程序，将模拟信号处理可视化的图形或检测结果数据，作为检测结果由显示屏31进行输出。光学校准装置90，其包含设于该暗室内且能够调节光强和/或光波长的发光元件，用于检测前对纳米传感器可用性进行校验，并提供检测基准参数。其中，发光元件的数量为一个且能够实现不同光强和/或光波长的调节，或者发光元件的数量为多个，而不同发光元件发出不同的光强和/或波长的光。优选地，发光元件的发光强度和/或光波长，可由中心控制模块30的输入设备人工输入的调节指令进行调节，也可通过设计重置归零的控制软件，由中心控制模块30执行实现智能化自动调节。在较佳实施例中，发光元件发出450nm的蓝光，且其光强度可通过功率调节器调节。
温度控制装置40主要是为纳米传感装置10提供适宜和恒定的检测环境温度，主要包括对纳米传感装置10的检测环境进行温度调节和控制或对检测样品溶液进行温度调节和控制。在检测过程中，纳米传感装置10处于一个封闭的暗室内，以去除外部光线对纳米传感器11检测过程的影响。在本发明的方案中，纳米传感器11可为硅纳米线场效应管传感器、经修饰(探针修饰或抗体修饰)的硅纳米线场效应管生物传感器、硅纳米线DNA传感器等存在光电效应的传感器，在本实施例中，纳米传感器11优选为硅纳米线场效应管生物传感器(硅纳米线FET传感器)。
如图2所示，所述中心控制模块30优选为小型触控一体机，相应地，其执行的计算机检测软件程序可根据需要进行编写，如可为基于LabVIEW开发的信号采集软件。信号处理及采集模块20包括信号放大电路21和数据采集模块22组成，数据采集模块22可为一个数据采集卡，如型号NI USB-6009的数据采集卡。该数据采集卡以10－1kHz的频率采集信号放大电路21输出的放大模拟电信号，将采集到的放大模拟电信号传输到该小型触控一体机，经小型触控一体机执行检测软件进行滤波后以波形图的形式显示出来，并按设定的程序计算出被测物浓度。
结合图6所示，本实施例中信号放大电路21工作原理示意图。信号放大电路21由一个信号放大电路板来实现。该信号放大电路板与数据采集模块22电性连接。信号放大电路21包括：输入电源模块211，其输入工作电压为直流电压信号；稳压调节模块212，用于调节纳米传感装置10漏源极电压VDS和栅源极电压VGS，借此调节纳米传感装置10的输出电流范围；电流放大模块213，通过三级放大对纳米传感装置10的电流信号进行检测和放大；输出电压偏置模块214，输出信号为直流电压，其将放大的电流信号输出为可调节的直流电压，通过该模块以保证输出的结果在量程范围内。
其中，输入电源模块211的输入电压为±5V的直流电压信号。稳压调节模块212调节纳米传感装置10的漏源极电压VDS(硅纳米线场效应管的电压)和栅源极电压VGS，幅值调节范围为-2.5V-3.0V，幅值精度：<1‰，调节VDS可以改变纳米传感装置10的灵敏度，当纳米传感装置10的灵敏度过大而超过测量量程时，可降低VDS电压将灵敏度调小，当纳米传感装置10的灵敏度过小而检测不到电流变化时可增大VDS电压将纳米传感装置10的输出电流调大。
电流放大模块213通过三级放大环节对纳米传感装置10产生的电流信号变化进行检测，检测精度<1％，能对pA级电流信号进行放大。
中心控制模块30通过启动执行相应的计算机检测软件，可将信号采集模块22采集的原始模拟信号经滤波后以波形图的形式显示。本发明较佳实施例1的计算机程序例如为LabVIEW软件，其包括开关控件、DAQAssistant控件、滤波器控件、Write To MeasurementFile控件和波形显示控件；当打开开关，所述数据采集卡的采集的模拟电信号，通过DAQAssistant控件将原始信号传输给滤波器控件，所述滤波器控件设置为低通量滤波，经滤波器控件滤波后，将滤波后的信号通过Write ToMeasurement File控件存入相应的缓存路径，并由波形显示控件将波形图显示在显示屏31上。
结合图3所示，为实施例1的检测仪的温度控制装置40的工作原理示意图。温度控制装置40包含电加热组件41A(可设为电阻丝)和半导体制冷片41B、温度传感器42(可设为热电偶)、温度控制模块43(可整合到中心控制模块30)、继电器44(可为SSR固态继电器)以及温控电源45。电加热组件41A(可设为电阻丝)和半导体制冷片41B和温度传感器42均设于纳米传感装置10所在的暗室内，以便直接对暗室内的温度进行实时检测和调节。
电加热组件41A、半导体制冷片41B的一端分别连接温控电源45，另一端则分别通过继电器44间接连接温控电源45。温度控制模块43的输入端连接温度传感器42，输出端连接继电器44。温度传感器42实时感测纳米传感装置10所在的暗室的环境温度(或检测温度)，将温度信号转化为电信号传入温度控制模块43，温度控制模块43将其与预设温度(例如37℃)，通过PID技术控制电加热组件41A加热或停止加热(或者控制半导体制冷片41B制冷或停止制冷)，借此使纳米传感装置10的检测温度(或检测样本)可以维持在一个稳定的温度。其中，温度控制模块43为专门设置的控制模块或由整合了相应功能的中心控制模块30代替。
结合图4所示，为实施例1的检测仪的自动进样系统50的工作原理示意图。自动进样系统50包括：缓冲液储瓶511、纯水瓶512、样品溶液瓶513、多通路选通阀52、微流控检测管道110、进样泵53和废液池54。
缓冲液储瓶511、纯水瓶512和样品溶液瓶513(可为分别储存的多个样品)。其中，缓冲液储瓶511、纯水瓶512、样品溶液瓶513分别接出管道，各管道通过多通路选通阀52连接纳米传感装置10的进样管。
结合图5所示，纳米传感装置10包括微流控检测管道110，其为呈U字形通道，一端为进样管(左侧)，另一端为出样管(右侧)，进样管和出样管在底部呈连通状态，所述纳米传感器11设于该连通处。
进样泵53，其一端连接出样管，另一端连接废液池54。由进样泵53形成进样的动力，使缓冲液储瓶511、纯水瓶512或样品溶液瓶513中的液体流经进入微流控检测管道110、与纳米传感器11发生反应，从出样管出来的废液则泵入废液池54中暂存。
其中，多通路选通阀52连接至选通阀供电电源55。中心控制模块30可根据由显示屏31输入的控制指令或根据历史检测结果(如依据之前的波形图谱)，根据需要控制多通路选通阀52中不同的通路阀门接入选通阀供电电源55而使相应通路导通，允许缓冲液储瓶511、纯水瓶512或样品溶液瓶513中的液体进入纳米传感装置10。此外，进样泵53的工作电路与中心控制模块30通讯连接，可由中心控制模块30根据输入的指令或预设程序，自动控制进样泵53的启停和工作功率。中心控制模块30还可控制多通路选通阀52不同通路阀门的开度大小，从而控制进入纳米传感装置10的液量和液体成分组成。
由于自动进样系统50具有以上功能，因而可在进行多种样品进行检测时，实现选择性进样和自动切换进样的功能。此外，还可根据历史检测结果，判断进样溶液的电导率和pH值是否满足该纳米传感装置的适应性工作条件，从而根据实际情况需要，自动将连接缓冲液或纯水的通路阀门导通，将一定量的缓冲液或纯水送入所述纳米传感装置10，对待测样品溶液加水稀释降低电导率或加缓冲液提高电导率或调节pH值。借此，可实现对纳米传感器的检测条件，如pH值、电导率等进行控制调节的功能，为纳米传感器的检测提供稳定的环境，提高抗干扰能力和检测重复性。所述进样系统50可切换不同的液体和控制液体流动速度，从而实现对纳米传感器11的润湿、清洗、洗脱等步骤，以及实现对样本溶液的电导率、pH值等的调控功能。
结合图5所示，为实施例1的检测仪的纳米传感装置结构示意图。纳米传感装置10包括：PCB板12、PDMS层13、所述纳米传感器11和PMMA盖板14；PCB板12上设有电极121，纳米传感器11安装在PCB板12上，并与电极12电性连接；电极121用于与信号处理及采集模块20电性连接。其中PMMA盖板14也可替换为其他化学惰性好的高透明材质。
PDMS(聚二甲基硅氧烷)层13位于纳米传感器11和PCB板12之上，且PDMS层13上设有呈U字形的微流控检测管道110，纳米传感器11位于微流控检测管道110的底端。
PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，即有机玻璃)盖板14覆盖在PDMS层13上，通过连接组件141(螺栓)将PMMA盖板14与PCB板12组接在一起，并将PDMS层13和纳米传感器11夹设在PMMA盖板14和PCB板12之间，确保密封不漏水。PMMA盖板14上设有进样通孔14A和出样通孔14B，分别与位于PMMA盖板下方的微流控检测管道110的进样管和出样管连通，进样通孔14A连接多通路选通阀52，出样通孔14B连接进样泵53。
结合图7-8所示，为本发明实施例1的检测仪的机身内部示意图。
便携式纳米检测仪100包括一个机身101，外部尺寸为(30-40)cm*(30-40)*(25-35)cm，优选为33cm*40cm*30cm，综合了简洁、实用和便携性等要素。机身101的内部被隔板102区隔成上下两个空间，上层空间为检测区101A，下层空间为部件容纳区101B。
机身101(包含翻盖105)为金属材质、不透光，以尽可能减少外部光干扰和电磁干扰，降低检测过程中的噪声。
检测区101A顶面设有可向外开启的翻盖105，检测区101A内设有样品架103、多通路选通阀52、纳米传感装置10、进样泵53、废液池54、温度传感器42和电加热组件41A和半导体制冷片41B、发光元件91。优选地，发光元件91安装在翻盖105的内侧面。顶面的翻盖105打开后，检测操作人员即可看到检测区、以便取放样品和处理废液，翻盖105关闭后，检测区101A构成一个封闭暗室，通过调节发光元件91(必然包含向发光元件91供电的可调电路)，使纳米传感器11产生相应的光电效应，达到对纳米传感器11可用性的检验和标定。样品架103用于插放缓冲液储瓶511、纯水瓶512和样品溶液瓶513等。
部件容纳区101B用于容纳电子元器件，包括所述触控一体机(中心控制模块30除显示屏31之外的内置部分)、电源适配器、开关电源、信号放大电路板、数据采集模块32(型号NI USB-6009的数据采集卡)、进样泵53的供电电源531、选通阀供电电源55、温度控制装置的继电器44和温控电源45等电子元件；触控一体机的显示屏31露出在机身101的表面。其中，隔板102为防水材料制成，避免了检测区101A发生漏液现象对下部的部件容纳区101B中的各电子元器件产生影响，翻盖和机身101采用不透光材质制成。
部件容纳区101B还设计了两层阶梯板，将部件容纳区101B分成多个区域，用于放置内部零件，使空间合理化利用，以使便携式纳米检测仪100的结构更加紧凑，整体外形更小型化、更具便携性。
其中，选通阀供电电源55、供电电源531、温控电源45为相应的供电电路，各供电电路的输出情况由中心控制模块30控制。
实施例2
参见图9所示为本发明的实施例2。本实施例是在实施例1的基础上，对自动进样系统50进一步改进。在自动进样系统50中，于纳米传感装置10的上游设置一个预混样区56，该预混区56内设有电导率和pH感应电极，用于感测样品溶液的电导率及pH，由中心模块模块30向选通阀电源55发出控制信号，使缓冲液或纯水的通路阀门导通，将一定量的缓冲液或纯水吸入到预混区56，对在该预混区56的样品溶液电导率和pH进行预调节，以达到设定值后，再启动进样泵，使混合好的样品溶液进入纳米传感装置10的微流控检测通道101中进行检测。
需声明的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，其包括：
纳米传感装置(10)，其包含纳米传感器(11)，所述纳米传感器(11)用于与样品溶液中的靶分子结合产生变化电信号；所述纳米传感装置(10)设在暗室内；信号处理及采集模块(20)，与所述纳米传感器(11)电连接，将所述变化电信号放大处理后采集并传输给中心控制模块(30)；
所述中心控制模块(30)；所述处理器根据预先设定的计算机程序将所述变化电信号转化成可视化检测结果，通过显示屏(31)显示；
光学校准装置(90)，其包含设于该暗室内且能够调节光强和/或光波长的发光元件(91)，用于在检测前对纳米传感器进行性能进行校验和标定，以确认纳米传感器的可用性和提供检测基准参数。
2.根据权利要求1所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述发光元件(91)的数量为一个且能够实现不同光强和/或光波长的调节，或者所述发光元件(91)为多个，而不同发光元件发出不同的光强和/或波长的光。
3.根据权利要求1所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，还包括温度控制装置(40)，用于调节控制所述暗室内的环境温度，使该暗室的环境维持在设定的检测温度；或所述温度控制装置(40)能够调节控制所述样品溶液的温度，使样品溶液维持在设定的检测温度。
4.根据权利要求3所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述温度控制装置(40)包括用于加热的电加热组件(41A)和用于降温的半导体制冷片(41B)、温度传感器(42)；所述电加热组件(41A)和半导体制冷片(41B)、温度传感器(42)设于所述暗室内；所述温度传感器(42)实时感测所述暗室的环境温度或待测样品溶液的温度，并将感测结果发送给所述中心控制模块(30)，以启动所述电加热组件(41A)或半导体制冷片(41B)开始工作对所述暗室或待测样品溶液进行温度调节、从而实现温度的闭环控制。
5.根据权利要求1或3所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述便携式纳米检测仪还包括自动进样系统(50)，所述自动进样系统(50)包括：
缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)和至少一个样品溶液瓶(513)；
缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)、样品溶液瓶(513)分别接出一管道，所述各管道通过多通路选通阀(52)连接纳米传感装置(10)的进样管；
所述纳米传感装置(10)包括微流控检测管道(110)，其为呈U字形通道，一端为所述进样管，另一端为出样管，所述进样管和出样管在底部连通，且所述纳米传感器(11)设于该连通处；
进样泵(53)，设于所述多通路选通阀(52)与所述进样管之间，或者设于所述出样管后端并与出样管连接；所述进样泵提供进样动力，使所述缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)或样品溶液瓶(513)中的液体流经所述纳米传感装置的微流控检测管道(110)。
6.根据权利要求5所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，还包括一个预混区(56)，该预混区设在所述多通路选通阀(52)与所述进样管之间，该预混区设有电导率和pH值传感器，用于感测预混区(56)内溶液的电导率和pH值；由所述中心控制模块(30)向选通阀电源(55)发出控制信号，使缓冲液或纯水的通路阀门导通，将一定量的缓冲液或纯水吸入到预混区(56)，对在该预混区(56)的样品溶液电导率和pH值进行预调节，以达到设定值后，再启动进样泵(53)将预混区(56)内的样品送入纳米传感装置(10)中进行检测。
7.根据权利要求5所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述多通路选通阀(52)连接至选通阀供电电源(55)；所述中心控制模块(30)根据用户输入的控制指令或根据历史检测结果，控制所述多通路选通阀(52)中不同的通路阀门接入所述选通阀供电电源(55)而使相应的管道导通，允许缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)或样品溶液瓶(513)中的溶液进入所述纳米传感装置(10)或预混区(56)；所述中心控制模块(30)还能够控制所述进样泵(53)的启停、运转功率、所述多通路选通阀(52)中不同的通路阀门的开度，以实现进样种类的切换以及进样量的精确控制。
8.根据权利要求1所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述纳米传感装置(10)包括：PCB板(12)、PDMS层(13)、所述纳米传感器(11)和PMMA盖板(14)；
所述PCB板(12)上设有电极(121)，所述纳米传感器(11)安装在PCB板(12)上，并与所述电极(12)电性连接；所述电极(121)用于与所述信号处理及采集模块(20)电性连接；
所述PDMS层(13)紧贴于所述纳米传感器(11)和所述PCB(12)之上，且所述PDMS层上设有呈U字形的所述微流控检测管道(110)，所述纳米传感器(11)位于所述微流控检测管道(110)的底端；
所述PMMA盖板(14)覆盖在所述PDMS层(13)上，通过连接组件(141)将所述PMMA盖板(14)与所述PCB板(12)组接在一起，以将所述PDMS层(13)和所述纳米传感器(11)夹设在所述PMMA盖板(14)和PCB板(12)之间，从而形成封闭的管道；
所述PMMA盖板(14)上设有进样通孔(14A)和出样通孔(14B)，分别与所述微流控检测管道的进样管和出样管连通。
9.根据权利要求5所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述便携式纳米检测仪(100)包括一个机身(101)；
所述机身(101)的内部被隔板(102)区隔成上下两个空间，上层空间为检测区(101A)，下层空间为部件容纳区(101B)；
所述检测区(101A)顶面设有可向外开启的翻盖(105)，所述检测区(101A)内设有发光元件(91)、样品架(103)、多通路选通阀(52)、纳米传感装置(10)、进样泵(53)、废液池(54)、电加热组件(41)和半导体制冷片；所述翻盖(105)关闭后，所述检测区(101A)构成一个独立的封闭暗室；所述样品架(103)上放置有所述缓冲液储瓶(511)、纯水瓶(512)和至少一个样品溶液瓶(513)；
所述部件容纳区(101B)设有所述中心控制模块(30)、信号放大电路板、数据采集模块、进样泵的供电电源、选通阀电源(55)和温度控制装置的供电电源，所述显示屏(31)露出在机身(101)的表面。
10.根据权利要求9所述的便携式纳米检测仪(100)，其特征在于，所述机身(101)为金属材质，以减少电磁干扰。
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