CN114295606B - 一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门 - Google Patents
一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，包括一价铜离子发生单元，一价铜离子发生单元根据一价铜离子浓度大小作为第一逻辑门的输出信号；抑制活性发生单元，抑制活性发生单元将是否抑制活性剂的活性作为第二逻辑门的输出信号；控制显色发生单元，控制显色发生单元用于控制显色溶液的输出，将是否输出控制开始反应或终止反应的控制溶液作为第三逻辑门的输出信号；总输出单元，将是否输出显色溶液或与标准样品的显色情况对比后的显色深浅作为总输出信号；运算单元，运算单元根据总输出信号、第二逻辑门的输出信号判断第一逻辑门的输出信号，实现海水中二价铜离子浓度是否超标的检测；使用本发明检测方便，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种逻辑器件，特别是一种用于检测海洋铜离子的生物逻辑门。
背景技术
海洋环境污染是日益严峻的全球化问题，其中，重金属离子超标对海洋环境造成了持久性的损伤。微量铜离子是海洋中不可或缺的营养素，其浓度随着海水的盐度、温度、深度、酸碱度等因素改变。正常海水中铜离子的浓度在fM-pM，然而，受污染的海水中铜离子浓度可以高达μM。高浓度的铜离子对生物的新陈代谢有严重影响，例如影响海胆的受精、抑制海藻的生长。对人类而言，高浓度的铜离子会诱发阿尔茨海默病等疾病。中国海水质量标准规定，与人类直接接触或与食品加工相关的海水中，铜离子浓度应该低于0.16μM。因此，开发一种快速检测海水中铜离子浓度的技术手段具有现实意义。
现有铜离子检测技术中，常使用荧光法、比色法等方式。荧光法是铜离子通过荧光增强、猝灭或荧光光谱变化进行选择性检测，比色法是通过比色变化或紫外吸收光谱的变化选择性地检测铜离子。然而，现有荧光法大多需要制备与铜离子进行电子变换的配体或量子点，或开发一种材料与铜离子进行电子变换，现有比色法大多需要开发新的试剂或配体进行显色反应。这类技术中检测试剂的制备过程极为复杂，成本高昂的同时产量并不高，荧光信号易淬灭，读出依赖大型仪器，在一定程度上限制了此类技术的实际应用。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的海洋铜离子检测中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其通过逻辑结构的设置实现海水水质的快速检测，在生物计算机领域中有潜在的应用价值，同时逻辑结构与功能芯片本体设为一体，相辅相成，实现海水中铜离子污染的迅速判别。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其包括，
一价铜离子发生单元，所述一价铜离子发生单元用于将待检测试剂和反应溶液在第一逻辑门反应通道内进行反应，将是否产生一价铜离子及一价铜离子浓度大小作为第一逻辑门的输出信号；
抑制活性发生单元，所述抑制活性发生单元用于活性剂在第二逻辑门反应通道内与一价铜离子发生单元的混合溶液进行反应，将是否抑制活性剂的活性作为第二逻辑门的输出信号；
控制显色发生单元，所述控制显色发生单元用于控制显色溶液的输出，将是否输出控制开始反应或终止反应的控制溶液作为第三逻辑门的输出信号；
总输出单元，所述总输出单元用于将第二逻辑门反应通道内的溶液和控制显色溶液进行反应，将是否输出显色溶液或与标准样品的显色情况对比后的显色深浅作为总输出信号；
运算单元，所述运算单元根据总输出信号、第二逻辑门的输出信号判断第一逻辑门的输出信号，实现海水中二价铜离子浓度是否超标的检测。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述一价铜离子发生单元、抑制活性发生单元、控制显色发生单元和总输出单元均通过功能芯片本体实现相应功能。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述功能芯片本体朝下的一端设有信号输出存储池，所述信号输出存储池一端的功能芯片本体下侧设有第二逻辑门存储组件和第一逻辑门存储组件，所述信号输出存储池另一端的功能芯片本体下侧设有第三逻辑门存储组件，所述第一逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体朝下一端的待检测试剂存储池和反应溶液存储池，所述第二逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体朝下一端的活性剂存储池，所述待检测试剂存储池与第一逻辑门反应通道的第一输入端连通，所述反应溶液存储池与第一逻辑门反应通道的第二输入端连通，所述活性剂存储池与第二逻辑门反应通道的第一输入端连通，所述第一逻辑门反应通道的输出端与第二逻辑门反应通道的第二输入端连通，第二逻辑门反应通道的输出端与信号输出存储池连通。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述第三逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体朝下一端的第一控制溶液存储池和第二控制溶液存储池，所述第一控制溶液存储池和第二控制溶液存储池均与信号输出存储池连通。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述待检测试剂、反应溶液存储池内加入的反应溶液、活性剂存储池内加入的活性剂、第一控制溶液存储池内加入的第一控制溶液、第二控制溶液存储池内加入的第二控制溶液的体积比为1：1：18：20：10。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：定义往反应溶液存储池内加入反应溶液，输入信号为1，无该反应溶液输入信号为0；
定义往活性剂存储池内加入活性剂，输入信号为1，无该活性剂输入信号为0；
定义往第一控制溶液存储池内加入显色液，输入信号为1，无该显色液输入信号为0；
定义信号输出存储池内溶液显色，输出信号为0，不显色输出信号为1。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：定义往反应溶液存储池内加入反应溶液，输入信号为1，无该反应溶液输入信号为0；
定义往活性剂存储池内加入活性剂，输入信号为1，无该活性剂输入信号为0；
定义往第一控制溶液存储池内加入显色液，输入信号为1，无该显色液输入信号为0；
定义信号输出存储池内溶液颜色比检测标准样品时信号输出存储池内溶液的颜色浅，输出信号为1，信号输出存储池内溶液颜色比检测标准样品时信号输出存储池内溶液的颜色深，输出信号为0。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述功能芯片本体下侧连接有读取芯片本体，所述读取芯片本体朝上的一端设有能覆盖信号输出存储池的反应存储池。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述功能芯片本体上开有与反应溶液存储池连通的反应溶液进样孔、与待检测试剂存储池连通的检测试剂进样孔、与活性剂存储池连通的活性剂进样孔、与第一控制溶液存储池连通的第一控制溶液进样孔、与第二控制溶液存储池连通的第二控制溶液进样孔和与信号输出存储池连通的取样孔。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：经反应溶液进样孔往反应溶液存储内加入100μM抗坏血酸钠，经活性剂进样孔往活性剂存储池内加入12.5ng/mL活性剂，经第二控制溶液进样孔往第二控制溶液存储池内加入2M盐酸。
作为本发明所述用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门的一种优选方案，其中：所述活性剂为辣根过氧化物酶。
本发明的有益效果：通过逻辑结构的设置实现海水水质的快速检测，在生物计算机领域中有潜在的应用价值，同时逻辑结构与功能芯片本体设为一体，相辅相成，实现海水中铜离子污染的判别，实现3.91nM至256μM范围内铜离子的精准测量；实现无标记检测，试剂原料易获取，无需复杂的制备过程，操作便捷，仅需简单的加样步骤就可完成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中功能芯片本体和读取芯片本体连接在一起的整体结构图。
图2为本发明中功能芯片本体的立体结构图。
图3为本发明中读取芯片本体的立体结构图。
图4为本发明中微流控生物逻辑门的实物图。
图5为本发明中微流控生物逻辑门的检测原理图。
图6是本发明中的微流控生物逻辑门用于其他金属离子的选择性实验图。
图7为本发明用于二价铜离子检测的检测范围曲线图。
图8为本发明用于二价铜离子检测的线性范围曲线图。
图9为本发明用于线性范围曲线内不同浓度二价铜离子的反应结果图。
图10为本发明用于线性范围曲线内不同浓度二价铜离子的吸光度曲线图。
图11为本发明用于实际样品检测的结果图。
图中，100功能芯片本体，101第一控制溶液进样孔，102活性剂进样孔，103检测试剂进样孔，104反应溶液进样孔，105取样孔，106第二控制溶液进样孔，107第一逻辑门反应通道，108反应溶液存储池，109检测试剂存储池，110活性剂存储池，111第二逻辑门反应通道，112信号输出存储池，113第一控制溶液存储池，114第二控制溶液存储池，200读取芯片本体，201反应存储池。
具体实施方式
在阐述本发明的具体实施方案之前，定义本文使用的术语如下：
术语“TMB”是指:四甲基联苯胺；
术语“HRP”是指:辣根过氧化物酶。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1～图3，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其通过逻辑结构的设置实现海水水质的快速检测，在生物计算机领域中有潜在的应用价值，同时逻辑结构与功能芯片本体设为一体，相辅相成，实现海水中是否存在铜离子的迅速判别。
一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其包括，
一价铜离子发生单元，一价铜离子发生单元用于将待检测试剂和反应溶液在第一逻辑门反应通道107内进行反应，将是否产生一价铜离子及一价铜离子浓度大小作为第一逻辑门的输出信号；
抑制活性发生单元，抑制活性发生单元用于抑制一价铜离子发生单元的活性剂在第二逻辑门反应通道111内与一价铜离子发生单元的混合溶液进行反应，将是否抑制活性剂的活性作为第二逻辑门的输出信号；
控制显色发生单元，控制显色发生单元用于控制显色溶液的输出，将是否输出控制开始反应或终止反应的控制溶液作为第三逻辑门的输出信号；
总输出单元，总输出单元用于将第二逻辑门反应通道111内的溶液和控制显色溶液进行反应，将是否输出显色溶液或与标准样品的显色情况对比后的显色深浅作为总输出信号；
运算单元，运算单元根据总输出信号、第二逻辑门的输出信号判断第一逻辑门的输出信号，实现海水中二价铜离子浓度是否超标的检测。
进一步的，一价铜离子发生单元、抑制活性发生单元、控制显色发生单元和总输出单元均通过功能芯片本体100实现相应功能。
进一步的，功能芯片本体100朝下的一端设有信号输出存储池112，功能芯片本体100下侧连接有读取芯片本体200，读取芯片本体200朝上的一端设有能覆盖信号输出存储池112的反应存储池201，信号输出存储池112一端的功能芯片本体100下侧设有第二逻辑门存储组件和第一逻辑门存储组件，信号输出存储池112另一端的功能芯片本体100下侧设有第三逻辑门存储组件，第一逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体100朝下一端的待检测试剂存储池109和反应溶液存储池108，第二逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体100朝下一端的活性剂存储池110，待检测试剂存储池109与第一逻辑门反应通道107的第一输入端连通，反应溶液存储池108与第一逻辑门反应通道107的第二输入端连通，活性剂存储池110与第二逻辑门反应通道111的第一输入端连通，第一逻辑门反应通道107的输出端与第二逻辑门反应通道111的第二输入端连通，第二逻辑门反应通道111的输出端与信号输出存储池112连通，第三逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体100朝下一端的第一控制溶液存储池113和第二控制溶液存储池114，第一控制溶液存储池113和第二控制溶液存储池114均与信号输出存储池112连通。
进一步的，在检测前，使用本发明中的逻辑门对不含二价铜离子的海水样品进行检测，信号输出存储池112内输出标准的显色溶液；
定义往反应溶液存储池108内加入反应溶液，输入信号为1，无该反应溶液输入信号为0；
定义往活性剂存储池110内加入活性剂，输入信号为1，无该活性剂输入信号为0；
定义往第一控制溶液存储池113内加入显色液，输入信号为1，无该显色液输入信号为0；
定义信号输出存储池112内溶液显色，输出信号为0，不显色输出信号为1。
进一步的，功能芯片本体100上开有与反应溶液存储池108连通的反应溶液进样孔104、与待检测试剂存储池109连通的检测试剂进样孔103、与活性剂存储池110连通的活性剂进样孔102、与第一控制溶液存储池113连通的第一控制溶液进样孔101、与第二控制溶液存储池114连通的第二控制溶液进样孔106和与信号输出存储池112连通的取样孔105。
本发明中的逻辑门基于功能芯片本体100和读取芯片本体200实现，在生物计算机领域中有潜在的应用价值，通过逻辑门结构实现海水铜离子浓度的检测，很容易得到检测样品是否达标的结果，检测方便且成本低。
实施例2
为本发明的第二个实施例，与第一个实施例的不同之处在于，该实施例提供了一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其能实现海水二价铜离子是否超标的检测。
定义往反应溶液存储池108内加入反应溶液，输入信号为1，无该反应溶液输入信号为0；
定义往活性剂存储池110内加入活性剂，输入信号为1，无该活性剂输入信号为0；
定义往第一控制溶液存储池113内加入显色液，输入信号为1，无该显色液输入信号为0；
定义信号输出存储池112内溶液颜色比检测标准样品时信号输出存储池112内溶液的颜色浅，输出信号为1，信号输出存储池112内溶液颜色比检测标准样品时信号输出存储池112内溶液的颜色深，输出信号为0。
实施例3
为本发明的第三个实施例，与实施例1和实施例2的不同之处在于，该实施例提供了一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其能实现铜离子的精准检测。
其中，待检测试剂、反应溶液存储池108内加入的反应溶液、活性剂存储池110内加入的活性剂、第一控制溶液存储池113内加入的第一控制溶液、第二控制溶液存储池114内加入的第二控制溶液的体积比为1：1：18：20：10。
进一步的，经反应溶液进样孔104往反应溶液存储内加入100μM抗坏血酸钠，经活性剂进样孔102往活性剂存储池110内加入12.5ng/mL活性剂，经第二控制溶液进样孔106往第二控制溶液存储池114内加入2M盐酸，活性剂优选为辣根过氧化物酶，第一控制溶液优选为TMB显色液第二控制溶液优选为盐酸。
使用本发明可以通过肉眼以及分光光度计读出，肉眼可以通过比较样本溶液颜色与标准溶液颜色深浅判断二价铜离子浓度是否超标，分光光度计可以读取450nm处溶液的吸光度，带入标准方程计算出二价铜离子准确的浓度，本发明无需制备复杂的材料或配体，材料简单易获得，无需大型设备支撑，信号易于读取。
实施例4
为本发明的第四个实施例，与第1～3任一实施例的不同之处在于，该实施例提供了使用逻辑门检测海水铜离子的方法，其包括以下步骤：
使用注射器经检测试剂进样孔103往检测试剂存储池109加入5μL实际海水样品，经反应溶液注射孔往反应溶液存储池108注入5μL 100μM抗坏血酸钠，经活性剂进样孔102往活性剂存储池110内注入活性HRP溶液，经第一控制溶液进样孔101往第一控制溶液存储池113内注入100μL TMB显色液，经第二控制溶液进样孔106往第二控制溶液存储池114内注入50μL 2M盐酸，将检测试剂存储池109、反应溶液存储池108和活性剂存储池110内的各种试剂以正压驱动至信号输出存储池112内，在37℃环境下孵育30分钟，之后将第一控制溶液存储池113内的第一控制溶液以正压驱动至信号输出存储池112内，开始显色反应，90秒后将第二控制溶液存储池114内的第二控制溶液以正压驱动至信号输出存储池112内，终止反应。
观察信号输出存储池112内的溶液是否显色，若不显色输出信号为1，显色输出信号为0，当不显色时，反应溶液存储池108内的反应溶液和检测试剂存储池109内的待检测试剂构成逻辑与门，通过运算单元运算得到第一逻辑门通道的输出信号为1，待检测试剂的输入信号为1，表明该实际海水样品中含有二价铜离子，当显色时，第一逻辑门通道的输出信号为0，通过运算单元运算得到第一逻辑门通道输出端的输出信号为0，第一逻辑门通道第一输入端的输入信号为0，说明没有二价铜离子。
实施例5
为本发明的第六个实施例，与第1～4任一实施例的不同之处在于，使用逻辑门检测海水铜离子的方法，其包括以下步骤：
在检测前，使用本发明中的逻辑门对符合国家标准的标准样品进行检测，标准样品中海水的二价铜离子浓度为0.16μM，信号输出存储池112内输出标准的显色溶液；
使用注射器经检测试剂进样孔103往检测试剂存储池109加入5μL实际海水样品，经反应溶液注射孔往反应溶液存储池108注入5μL 100μM抗坏血酸钠，经活性剂进样孔102往活性剂存储池110内注入活性HRP溶液，经第一控制溶液进样孔101往第一控制溶液存储池113内注入100μL TMB显色液，经第二控制溶液进样孔106往第二控制溶液存储池114内注入50μL 2M盐酸，将检测试剂存储池109、反应溶液存储池108和活性剂存储池110内的各种试剂以正压驱动至信号输出存储池112内，在37℃环境下孵育30分钟，之后将第一控制溶液存储池113内的第一控制溶液以正压驱动至信号输出存储池112内，开始显色反应，90秒后将第二控制溶液存储池114内的第二控制溶液以正压驱动至信号输出存储池112内，终止反应。
观察信号输出存储池112内的溶液是否显色，若显出的颜色比标准的显色溶液浅，则总输出单元输出信号为1，运算单元运算得到第一逻辑门通道的输出信号为1，此时反应溶液存储池108内加入有反应溶液，其输入信号为1，通过运算单元得到待检测试剂的输入信号为1，表明该实际海水样品中二价铜离子浓度高于标准样品中的二价铜离子浓度，当显出的颜色比标准的显色溶液深，总输出单元输出信号为0，通过运算单元得到第一逻辑门通道第一输入端的输入信号为0，即实际海水样品中二价铜离子浓度低于标准样品中的二价铜离子浓度。
如图11所示，使用逻辑门检测三份污染程度不同的实际海水样品，与检测二价铜离子浓度为0.16μM的标准样品比较，可以明显看出样品1、2的颜色浅于标准品，样品1和样品2中的二价铜离子浓度大于0.16μM，样品1和样品2水质不达标，而样品3的颜色比标准品深，样品3中的二价铜离子浓度小于0.16μM，样品3的水质达标。
实施例6
为本发明的第六个实施例，与第1～5任一实施例的不同之处在于，使用逻辑门检测海水铜离子的方法，其包括以下步骤：
在检测前，使用本发明中的逻辑门对符合国家标准的标准样品进行检测，信号输出存储池112内输出标准的显色溶液；
使用注射器经检测试剂进样孔103往检测试剂存储池109加入5μL实际海水样品，经反应溶液注射孔往反应溶液存储池108注入5μL 100μM抗坏血酸钠，经活性剂进样孔102往活性剂存储池110内注入活性HRP溶液，经第一控制溶液进样孔101往第一控制溶液存储池113内注入100μL TMB显色液，经第二控制溶液进样孔106往第二控制溶液存储池114内注入50μL 2M盐酸，将检测试剂存储池109、反应溶液存储池108和活性剂存储池110内的各种试剂以正压驱动至信号输出存储池112内，在37℃环境下孵育30分钟，之后将第一控制溶液存储池113内的第一控制溶液以正压驱动至信号输出存储池112内，开始显色反应，90秒后将第二控制溶液存储池114内的第二控制溶液以正压驱动至信号输出存储池112内，终止反应。
如图7-10所示，通过检测二价铜离子浓度在0.24nM至4096μM范围内的样品，将反应存储池201中反应结束的溶液取出，放入分光光度计中检测吸光度，发现二价铜离子浓度与吸光度在3.91nM-256μM范围内呈良好的线性关系，且颜色区分明显，逻辑门的检测限为0.87nM。结果表明，本微流控生物逻辑门可以满足检测海水中二价铜离子浓度的需求。
TMB作为氢供体参与了HRP催化的H2O2还原过程，TMB在此过程中被氧化，形成双亚胺，使溶液呈蓝色，这种颜色变化在371nm和652nm处产生吸收峰，加入盐酸可以停止反应，使溶液变黄，在450nm处有一个吸收峰，在控制溶液存储池中所有的试剂被加入反应存储池201中后，二价铜离子在过量抗坏血酸钠的作用下被完全还原为一价铜离子，一价铜离子与活性HRP溶液中氨基酸残基结合，抑制HRP的活性，失活的HRP将不会与TMB显色液反应。因此，二价铜离子的浓度越高，最后反应颜色越趋近于无色，二价铜离子的浓度与最后显色的深度成反比。同时，如图6所示，其他常见的金属离子并不会抑制HRP的活性，可用于二价铜离子的特异性检测。
使用本发明与现有技术中比色法、荧光法、光电化学法检测海水二价铜离子浓度的对比，如下表所示：
从上表可以明显看出，使用本发明检测海水二价铜离子浓度成本更低，检测线性范围更广，灵敏度更高。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其特征在于：其包括，
一价铜离子发生单元，所述一价铜离子发生单元用于将待检测试剂和反应溶液在第一逻辑门反应通道内进行反应，将是否产生一价铜离子作为第一逻辑门的输出信号；
抑制活性发生单元，所述抑制活性发生单元用于活性剂在第二逻辑门反应通道内与一价铜离子发生单元的混合溶液进行反应，将是否抑制活性剂的活性作为第二逻辑门的输出信号；
控制显色发生单元，所述控制显色发生单元用于控制显色溶液的输出，将是否输出控制开始反应或终止反应的控制溶液作为第三逻辑门的输出信号；
总输出单元，所述总输出单元用于将第二逻辑门反应通道内的溶液和控制显色溶液进行反应，将是否输出显色溶液或与标准样品的显色情况对比后的显色深浅作为总输出信号；
所述一价铜离子发生单元、抑制活性发生单元、控制显色发生单元和总输出单元均通过功能芯片本体实现相应功能，所述功能芯片本体朝下的一端设有信号输出存储池，所述信号输出存储池一端的功能芯片本体下侧设有第二逻辑门存储组件和第一逻辑门存储组件，所述信号输出存储池另一端的功能芯片本体下侧设有第三逻辑门存储组件，所述第一逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体朝下一端的待检测试剂存储池和反应溶液存储池，所述第二逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体朝下一端的活性剂存储池，所述待检测试剂存储池与第一逻辑门反应通道的第一输入端连通，所述反应溶液存储池与第一逻辑门反应通道的第二输入端连通，所述活性剂存储池与第二逻辑门反应通道的第一输入端连通，所述第一逻辑门反应通道的输出端与第二逻辑门反应通道的第二输入端连通，第二逻辑门反应通道的输出端与信号输出存储池连通，所述第三逻辑门存储组件包括设置在功能芯片本体朝下一端的第一控制溶液存储池和第二控制溶液存储池，所述第一控制溶液存储池和第二控制溶液存储池均与信号输出存储池连通，所述功能芯片本体下侧连接有读取芯片本体，所述读取芯片本体朝上的一端设有能覆盖信号输出存储池的反应存储池；
运算单元，所述运算单元根据总输出信号、第二逻辑门的输出信号判断第一逻辑门的输出信号，实现海水中二价铜离子浓度是否超标的检测；
当定义往反应溶液存储池内加入反应溶液，输入信号为1，无该反应溶液输入信号为0；
定义往活性剂存储池内加入活性剂，输入信号为1，无该活性剂输入信号为0；
定义往第一控制溶液存储池内加入显色液，输入信号为1，无该显色液输入信号为0；
定义信号输出存储池内溶液显色，输出信号为0，不显色，输出信号为1；
观察信号输出存储池内的溶液是否显色，若不显色输出信号为1，显色输出信号为0，当不显色时，反应溶液存储池内的反应溶液和检测试剂存储池内的待检测试剂构成逻辑与门，通过运算单元运算得到第一逻辑门通道的输出信号为1，待检测试剂的输入信号为1，表明实际海水样品中含有二价铜离子，当显色时，第一逻辑门通道的输出信号为0，通过运算单元运算得到第一逻辑门通道输出端的输出信号为0，第一逻辑门通道第一输入端的输入信号为0，说明没有二价铜离子；
或者
当定义往反应溶液存储池内加入反应溶液，输入信号为1，无该反应溶液输入信号为0；
定义往活性剂存储池内加入活性剂，输入信号为1，无该活性剂输入信号为0；
定义往第一控制溶液存储池内加入显色液，输入信号为1，无该显色液输入信号为0；
定义信号输出存储池内溶液颜色比检测标准样品时信号输出存储池内溶液的颜色浅，输出信号为1，信号输出存储池内溶液颜色比检测标准样品时信号输出存储池内溶液的颜色深，输出信号为0；
观察信号输出存储池内的溶液是否显色，若显出的颜色比标准的显色溶液浅，则总输出单元输出信号为1，运算单元运算得到第一逻辑门通道的输出信号为1，此时反应溶液存储池内加入有反应溶液，其输入信号为1，通过运算单元得到待检测试剂的输入信号为1，表明该实际海水样品中二价铜离子浓度高于标准样品中的二价铜离子浓度，当显出的颜色比标准的显色溶液深，总输出单元输出信号为0，通过运算单元得到第一逻辑门通道第一输入端的输入信号为0，即实际海水样品中二价铜离子浓度低于标准样品中的二价铜离子浓度。
2.如权利要求1所述的用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其特征在于：所述待检测试剂、反应溶液存储池内加入的反应溶液、活性剂存储池内加入的活性剂、第一控制溶液存储池内加入的第一控制溶液、第二控制溶液存储池内加入的第二控制溶液的体积比为1：1：18：20：10。
3.如权利要求1或2所述的用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其特征在于：所述功能芯片本体上开有与反应溶液存储池连通的反应溶液进样孔、与待检测试剂存储池连通的检测试剂进样孔、与活性剂存储池连通的活性剂进样孔、与第一控制溶液存储池连通的第一控制溶液进样孔、与第二控制溶液存储池连通的第二控制溶液进样孔和与信号输出存储池连通的取样孔。
4.如权利要求2所述的用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其特征在于：经反应溶液进样孔往反应溶液存储内加入100 μM抗坏血酸钠，经活性剂进样孔往活性剂存储池内加入12.5 ng/mL活性剂，经第二控制溶液进样孔往第二控制溶液存储池内加入2 M盐酸。
5.如权利要求2或4所述的用于海洋铜离子检测的微流控生物逻辑门，其特征在于：所述活性剂为辣根过氧化物酶。
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