CN116679057A - 一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统，包括：基于热电冷却的呼吸气体冷凝物采集器，其包括：软管、冷凝物收集管、冷却阱铝块、帕尔帖元件和MCU冷却器；基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感系统，其包括：微流控芯片和片上栅极石墨烯场效应管生物传感器；电源以及信号采集与控制模块；其中，呼出气体进入冷凝物收集管后冷凝，进而流入到微流控芯片中以及片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的表面，通过信号采集与控制模块进行生物传感器信号的采集，从而实现呼吸气体冷凝物中生物标志物的检测。本发明可同时实现EBC的采集与检测，既减轻了采样人员的工作负担，同时避免了样本被污染的风险。
Description
技术领域
本发明涉及生物传感器技术领域，更具体地涉及一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统。
背景技术
研究表明，新冠病毒感染者的呼出气冷凝液(exhaled breath condensate，EBC)中存在传染性SARS-CoV-2，利用EBC样本实现新型冠状病毒感染的检测和筛查中具有重要的应用潜力。目前针对EBC样本的收集装置主要包括以下几类，市面上商用的EBC收集装置主要是包括美国Respiratory Research公司的RTubeTM管和意大利Medivac公司的TurboDECCS系统，另外也有通过冰浴、冷冻铝槽以及热电冷却器系统等自制系统进行EBC样本的收集。但是这些系统都仅仅是只能进行EBC样本收集，样本通常需要进行转移后再进行EBC样本的分析与检测，这样既增加了采样人员所面临的风险和工作负担，同时也增加了样本被污染的风险。近年来也有像英国Exhalation technology公司开发了用于呼吸气体冷凝物收集以及理化指标(双氧水以及二氧化碳等)的一体化检测系统，但截止到目前尚未出现针对呼吸气体冷凝物中生物分子的一体化检测系统。
在正常呼吸条件下进入EBC的呼出微滴中SARS-CoV-2病毒载量浓度范围在3.92×10-1copy/mL至5.10×104copy/mL左右，这需要对用于呼吸气体冷凝物中新冠病毒检测的生物传感器具有很高的检测灵敏度才能实现相关的检测。在目前可用的众多诊断方法中，基于场效应晶体管(FET)的生物传感设备不仅具有这个量级的检测灵敏度，而且具有其他几个优点，包括使用少量分析物进行高灵敏度和瞬时测量的能力。基于FET的生物传感器被认为是在临床诊断、即时检测和现场检测中具有很好的应用前景。石墨烯因为其非凡的特性，包括高电子导电性、高载流子迁移率，被应用于各种传感平台中。基于石墨烯的FET生物传感器可以检测其表面的周围变化，并为超灵敏和低噪声检测提供最佳传感环境，在敏感免疫诊断中具有不错的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统，从而解决现有技术中缺乏针对呼吸气体冷凝物中生物分子的一体化检测系统的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统，包括：基于热电冷却的呼吸气体冷凝物采集器，其包括：软管、与所述软管连接的冷凝物收集管、套设于所述冷凝物收集管外侧的冷却阱铝块、紧贴于所述冷却阱铝块一侧设置的热电冷却器帕尔帖元件和MCU冷却器；基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感器系统，其包括：通过等离子键合的微流控芯片和片上栅极石墨烯场效应管生物传感器，所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器具有石墨烯生物传感沟道，其上修饰有可与新冠病毒抗体结合的链霉亲和素或蛋白G；电源以及信号采集与控制模块；其中，呼出气体经软管进入冷凝物收集管后冷凝，形成的冷凝液流入到微流控芯片中以及片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的表面，通过所述信号采集与控制模块进行生物传感器信号的采集，即可实现呼吸气体冷凝物中生物标志物的检测。
所述冷凝物收集管包括：呼吸气体导入管，与所述呼吸气体导入管连接的冷凝管本体，设置于所述冷凝管本体上方的毛细管单向上截止阀，设置于所述冷凝管本体下方的毛细管单向下截止阀。
所述冷凝管本体的径向尺寸自上而下逐步缩减，所述毛细管单向下截止阀由冷凝液样本存储区和冷凝液样本出样口组成，所述冷凝液样本存储区为径向尺寸自上而下逐步缩减的倒圆台结构，所述冷凝液样本出样口为内径尺寸为百微米量级的圆柱形结构。
所述冷凝管本体的长度h1为2～5cm，入口处宽度L1为0.5～1cm，冷凝液样本出样口的长度h2为2～3mm，内径L2为百微米量级，冷凝液样本存储区的切角ɑ范围为10～60度。
所述冷却阱铝块的外围厚度为0.4～0.6cm，在靠近所述热电冷却器帕尔帖元件的一侧自上而下逐渐加厚以充分贴靠所述热电冷却器帕尔帖元件。
所述微流控芯片包括微流体反应腔室、冷凝物样品入口、冲洗液入口以及样品出口；所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器包括多组石墨烯场效应管器件，所述片上栅极石墨烯场效应管器件包括：源极，漏极，以及共用片上栅极；其中，所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的石墨烯生物传感沟道与所述微流控芯片的微流体反应腔室对准。
所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的石墨烯生物传感沟道的制备方法包括：在石墨烯表面失活BSA，通过等离子进行刻蚀，并在失活BSA修饰石墨烯沟道中通过EDC和NHS将羧基修饰的聚乙二醇(PEG)与链霉亲和素或者蛋白G混合修饰在石墨烯沟道表面；其中，新冠病毒抗体通过与蛋白G定向结合或者生物素修饰抗体与链霉亲和素定向修饰，即可在呼吸气体冷凝物中实现新冠病毒感染者呼吸气体冷凝物中新冠病毒检测。
所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器进一步与带有信号电极的PCB板贴合，并采用wire-bonding的封装方式通过金线或者铝线将传感器的信号引出。
信号采集与控制模块包括微控制器单元、模数转换器、模拟多路复用器、数模转换器模块、信号放大器模块、电压偏置模块、LCD显示模块、电压调节模块以及热电冷却模块，其中，所述微控制器单元通过模数转换器、模拟多路复用器以及信号放大器模块与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的漏极连接，通过数模转换器模块与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的栅极连接，通过电压偏置模块与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的源极连接。
所述微控制器单元通过模数转换器、模拟多路复用器以及电压偏置模块连接温度传感器，用于检测所述冷却阱铝块的表面温度；所述微控制器单元还通过模数转换器、模拟多路复用器、信号放大器模块以及电压调节模块连接所述热电冷却器帕尔帖元件，将所述冷却阱铝块以及冷凝物收集管中的温度保持在5℃～-10℃，以保证呼吸气体冷凝物的收集效率。
根据本发明提供的一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统，其有益效果在于，通过对采集管整体结构的设计、石墨烯场效应生物传感器的界面的优化设计以及通过毛细管单向截止阀的设计，构建了一种简单有效并且能够实现极低目标分子检测的一体化呼吸气体冷凝物检测系统，在简化系统设计的同时，还可同时实现EBC的采集与检测，避免增加采样人员所面临的风险和工作负担以及样本被污染的风险。
附图说明
图1是根据本发明提供的一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统的整体结构示意图；
图2是如图1所示微流控集成生物传感系统的部分结构示意图，其中重点示出了基于热电冷却的呼吸气体冷凝物采集器的结构；
图3是冷凝物收集管的细节放大示意图；
图4是基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感系统的组装示意图；
图5是片上栅极石墨烯场效应管生物传感器的检测原理图；
图6是根据本发明提供的微流控集成生物传感系统的电路原理结构图；
图7是应用实例1中微流控集成生物传感系统用于CEA蛋白检测的检测结果。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了解决现有技术中缺乏针对呼吸气体冷凝物中生物分子的一体化检测系统的问题，本发明拟结合基于热电冷却的“类梭形”呼吸气体冷凝物采集管与基于片上栅极(side-gate)调控的高灵敏度石墨烯场效应管生物传感器，通过采集管中上下两端不对称的毛细管单向截止阀结构设计，实现EBC采集与检测一体化。
如图1所示，是根据本发明的一个优选实施例提供的一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统，主要包括：基于热电冷却的呼吸气体冷凝物采集器，基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感系统，电源8以及信号采集与控制模块9。详细说明如下：
基于热电冷却的呼吸气体冷凝物采集器包括：软管6、与软管6连接的冷凝物收集管1、套设于冷凝物收集管1外侧的冷却阱铝块2、紧贴于冷却阱铝块2一侧设置的热电冷却器帕尔帖元件4和MCU冷却器7，其中，冷凝物收集管1与软管6的连接处设有多孔过滤膜10，该多孔过滤膜为通用的市售滤膜，孔径控制在10微米以上，作用是过滤掉唾液和痰液，呼吸气体冷凝物中气溶胶颗粒尺寸一般在5微米以内。应当理解的是，MCU冷却器与帕尔帖元件4可选地通过导热胶或者导热胶带粘合在一起。
基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感系统包括：通过等离子键合组装的微流控芯片3和片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5。
如图2所示，冷凝物收集管1包括：呼吸气体导入管11，与呼吸气体导入管11连接的冷凝管本体12，设置于冷凝管本体12上方的毛细管单向上截止阀13，设置于冷凝管本体12下方的毛细管单向下截止阀14。呼吸气体导入管11与软管6的一端61通过接口连接、软管6的另一端62既可以直接供呼吸气体收集患者呼气使用(如图1所示)，也可以在呼吸气体收集完成后与注射器20连接，通过注射器20将冷凝物收集管1中残留的冷凝液注入到生物传感器5中(如图2所示)。
冷凝物收集管1的材料优选为聚四氟乙烯(PTFE)或者经过表面疏水处理的聚碳酸酯(PC)或者聚丙烯(PP)材料，其有益效果在于，有助于提升呼吸气体表面形成的冷凝液滴的收集效率。通过冷凝管本体12上方的毛细管单向上截止阀13以及下方的毛细管单向下截止阀14的设计，其有益效果在于，可以有效减少呼吸气体从冷凝管本体12中回流到呼吸气体导入管11中，以及有效减少冷凝液从生物传感器5中回流到冷凝管本体12中。
如图3所示，冷凝管本体12的径向尺寸自上而下逐步缩减，毛细管单向下截止阀14由冷凝液样本存储区122和冷凝液样本出样口123组成，其中，冷凝液样本存储区122采用倒圆台结构设计，从冷凝管上端到冷凝管下端，冷凝管的尺寸逐步缩小，冷凝液样本出样口123为内径尺寸为百微米量级的圆柱形区域。在冷凝管壁124和125表面形成的冷凝液滴D，会顺着管壁流入到冷凝液样本存储区122，由于从冷凝管本体12、冷凝液样本存储区122以及冷凝液样本出样口123的整体结构尺寸呈现逐步缩减，由此构成毛细管单向下截止阀14，由于毛细力的作用，流入到冷凝液样本存储区122暂存的冷凝液Y在无外力作用的情况下会停留在冷凝液样本存储区122中暂时保存，最后再从冷凝液样本出样口123流出。冷凝液样本出样口123通过与软管24嵌套的方式连接到基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感器系统。
根据该优选实施例，冷凝管本体12的长度h1为2～5cm，冷凝管本体12的入口处宽度L1为0.5～1cm，冷凝液样本出样口123的长度h2为2～3mm，冷凝液样本出样口123的内径L2为百微米量级，冷凝液样本存储区122的切角ɑ范围为10～60度。
回到图2，与冷凝物收集管1配套的冷却阱铝块2外围厚度为0.4～0.6cm，在空心铝圆筒的下端带有一个圆孔21，便于冷凝液的流出，冷却阱铝块左侧区域22自上至下逐渐加厚，右侧区域23自上至下保持均一厚度，采用这种设计结构的目的在于，一方面最大化地匹配冷却阱铝块2与热电冷却器帕尔帖元件4的接触面积，另一方面保证冷却阱铝块2与冷凝物收集管1之间的充分接触，保证冷凝物收集管1的收集效率。
如图4所示，为根据本发明提供的一种基于微流控集成的片上栅极(side-gate)石墨烯场效应管生物传感系统，包括通过等离子键合组装在一起的微流控芯片3和片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5，其中微流控芯片3包括微流体反应腔室31、冷凝物样品入口32、冲洗液入口33以及样品出口34，其中，微流体反应腔室31可选为长方形，用于驱动生物传感器5表面的检测样本，并进行生物传感器5表面的清洗。片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5具有石墨烯生物传感沟道51，以及四组石墨烯场效应管器件，具体包括：源极52，漏极53，以及共用片上栅极54。应当理解的是，石墨烯场效应管器件并不仅限于四组，此处仅作为举例而非限制。该基于片上栅极的石墨烯场效应管生物传感器5是在氧化硅衬底上通过制备金电极并转移石墨烯并进行表面修饰制备而成。
微流控芯片3与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5如图4上方所示通过等离子键合工艺集成在一起，其中，石墨烯场效应管生物传感器5的石墨烯生物传感沟道51与微流控芯片3的微流体反应腔室31对准。根据本发明提供的这样一种片上栅极石墨烯生物传感器与微流控芯片的集成设计，其有益效果在于，便于石墨烯生物传感器集成化以及外围系统的构建。
如图4下方所示，片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5还进一步与带有信号电极25的PCB板26贴合，信号电极25与晶体管的信号采集与控制电路连接，并采用wire-bonding的封装方式通过金线或者铝线将传感器的信号引出。其有益效果在于，通过这种封装方式以及信号采集系统的设计，可使得片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5的检测信号能够稳定地输出。
以新冠病毒感染者呼吸气体冷凝物检测为例，根据本发明提供的片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5的构建与检测原理说明如下：
如图5所示，首先，在石墨烯表面热失活(可选地，60～90℃，热失活处理1～10min)小牛血清蛋白(BSA)，通过等离子进行刻蚀，通过氨基与羧基的共价结合，在失活BSA修饰石墨烯沟道中通过EDC和NHS将羧基修饰的聚乙二醇(PEG)与链霉亲和素或者蛋白G混合修饰在石墨烯沟道表面，通过新冠病毒抗体与蛋白G定向结合或者生物素修饰抗体与链霉亲和素地定向修饰，即可实现在新冠病毒感染者呼吸气体冷凝物中新冠病毒的检测。
基于聚乙二醇的混合修饰的有益效果在于，通过生物传感器表面聚乙二醇的混合修饰可增加生物传感传感界面的德拜长度，可以有效地增加石墨烯场效管生物传感器在高盐离子样本中的响应。设计基于链霉亲和素或者蛋白G的定向修饰，可增加生物传感器界面抗体修饰的效率与活性，从而有效地提高石墨烯场效管生物传感器的检测灵敏度与稳定性。
如图6所示，本发明的信号采集与控制模块9包括微控制器单元(MCU)、模数转换器(ADC)、模拟多路复用器(Multiplexer，MUX)、数模转换器模块(DAC)、信号放大器模块、电压偏置模块、LCD显示模块、电压调节模块以及热电冷却模块。
其中，微控制器单元(MCU)通过模数转换器(ADC)、模拟多路复用器(MUX)以及信号放大器模块连接片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5的漏极53，通过数模转换器模块(DAC)连接片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5的栅极54，通过电压偏置模块连接片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5的源极52。
本发明通过DAC、电压偏置模块以及小信号放大器可对石墨烯电场效应管生物传感器的源栅极的施加电压进行控制，石墨烯电场效应管生物传感器的输出电流通过放大器和模数转换器(ADC)电路将检测信号返回到微控制器单元(MCU)，在微控制器单元(MCU)中进行数据分析，最后通过外接的PC端显示模块或者其他显示模块显示目标分子的检测浓度。其有益效果在于，通过微系统信号采集与温度控制模块的设计将呼吸气体冷凝物的采集与用于呼吸气体冷凝物中生物分子检测的石墨烯场效应管生物传感器集成于同一个系统。
根据本发明，微控制器单元(MCU)还通过模数转换器(ADC)、模拟多路复用器(MUX)以及电压偏置模块连接温度传感器27。温度传感器27可以是铂电阻温度传感器或者热电偶温度传感器，用于检测冷却阱铝块2的表面温度。微控制器单元(MCU)还通过模数转换器(ADC)、模拟多路复用器(MUX)、信号放大器模块以及电压调节模块连接热电冷却器帕尔帖元件4，通过软件与硬件的设计，将冷却阱铝块2以及冷凝物收集管1中的温度保持在5℃～-10℃，从而保证呼吸气体冷凝物的收集效率。
根据本发明提供的微流控集成生物传感系统，一体化集成与呼吸气体冷凝物中生物标志物的检测流程说明如下：
首先，将冷凝物收集管1插入冷却阱铝块2中，冷凝物收集管1的下端通过鲁尔接头或者软管与生物传感系统进行连接，完成呼吸气体冷凝物的采集与生物传感器的一体化集成；
然后，进行呼吸气体冷凝物的收集，患者通过软管6进行呼气，当呼出气体进入冷凝物收集管1后，由于冷凝物收集管1处于低温状态，呼出气体在冷凝物收集管1中冷凝形成冷凝液，当冷凝物收集管1中聚集了足够多的冷凝液时，冷凝液会自动通过毛细管单向下截止阀14经冷凝液样本出样口123流入到生物传感器腔室中，如冷凝液样本量较少，在冷凝物收集完成后，也可通过注射器10将呼出气体冷凝液注入到微流控芯片3中以及片上栅极石墨烯场效应管生物传感器5的表面；
最后，通过配套的信号采集与控制模块9进行生物传感器信号的采集，即可实现呼吸气体冷凝物中生物标志物的检测。
应用实例1
将上述实施例提供的呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统应用于CEA蛋白检测，其检测结果如图7所示，灵敏度高达10pg/mL。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (10)
1.一种呼吸气体冷凝物采集与检测一体化的微流控集成生物传感系统，其特征在于，包括：
基于热电冷却的呼吸气体冷凝物采集器，其包括：软管(6)、与所述软管(6)连接的冷凝物收集管(1)、套设于所述冷凝物收集管(1)外侧的冷却阱铝块(2)、紧贴于所述冷却阱铝块(2)一侧设置的热电冷却器帕尔帖元件(4)和MCU冷却器(7)；
基于微流控集成的片上栅极石墨烯场效应管生物传感系统，其包括：通过等离子键合组装的微流控芯片(3)和片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)，所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)具有石墨烯生物传感沟道(51)，其上修饰有可与新冠病毒抗体结合的链霉亲和素或蛋白G；
电源(8)以及信号采集与控制模块(9)；
其中，呼出气体经软管(6)进入冷凝物收集管(1)后冷凝，形成的冷凝液流入到微流控芯片(3)中以及片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)的表面，通过所述信号采集与控制模块(9)进行生物传感器信号的采集，从而实现呼吸气体冷凝物中生物标志物的检测。
2.根据权利要求1所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述冷凝物收集管(1)包括：呼吸气体导入管(11)，与所述呼吸气体导入管(11)连接的冷凝管本体(12)，设置于所述冷凝管本体(12)上方的毛细管单向上截止阀(13)，以及设置于所述冷凝管本体(12)下方的毛细管单向下截止阀(14)。
3.根据权利要求2所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述冷凝管本体(12)的径向尺寸自上而下逐步缩减，所述毛细管单向下截止阀(14)由冷凝液样本存储区(122)和冷凝液样本出样口(123)组成，所述冷凝液样本存储区(122)为径向尺寸自上而下逐步缩减的倒圆台结构，所述冷凝液样本出样口(123)为内径尺寸为百微米量级的圆柱形结构。
4.根据权利要求3所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述冷凝管本体(12)的长度h1为2～5cm，入口处宽度L1为0.5～1cm，冷凝液样本出样口(123)的长度h2为2～3mm，内径L2为百微米量级，冷凝液样本存储区(122)的切角ɑ范围为10～60度。
5.根据权利要求1所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述冷却阱铝块(2)的外围厚度为0.4～0.6cm，在靠近所述热电冷却器帕尔帖元件(4)的一侧自上而下逐渐加厚以充分贴靠所述热电冷却器帕尔帖元件(4)。
6.根据权利要求1所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述微流控芯片(3)包括微流体反应腔室(31)、冷凝物样品入口(32)、冲洗液入口(33)以及样品出口(34)；所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)包括多组石墨烯场效应管器件，所述石墨烯场效应管器件还包括：源极(52)，漏极(53)，以及共用片上栅极(54)；其中，所述石墨烯场效应管生物传感器(5)的石墨烯生物传感沟道(51)与所述微流控芯片(3)的微流体反应腔室(31)对准。
7.根据权利要求1所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)的石墨烯生物传感沟道的制备方法包括：在石墨烯表面失活BSA，通过等离子进行刻蚀，并在失活BSA修饰石墨烯沟道中通过EDC和NHS将羧基修饰的聚乙二醇(PEG)与链霉亲和素或者蛋白G混合修饰在石墨烯沟道表面；其中，新冠病毒抗体通过与蛋白G定向结合或者生物素修饰抗体与链霉亲和素定向修饰，即可实现在新冠病毒感染者呼吸气体冷凝物中新冠病毒的检测。
8.根据权利要求6所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)进一步与带有信号电极(25)的PCB板(26)贴合，并采用wire-bonding的封装方式通过金线或者铝线将传感器的信号引出。
9.根据权利要求6所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述信号采集与控制模块9包括微控制器单元、模数转换器、模拟多路复用器、数模转换器模块、信号放大器模块、电压偏置模块、LCD显示模块、电压调节模块以及热电冷却模块，其中，所述微控制器单元通过模数转换器、模拟多路复用器以及信号放大器模块与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)的漏极(43)连接，通过数模转换器模块与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)的栅极(44)连接，通过电压偏置模块与片上栅极石墨烯场效应管生物传感器(5)的源极(42)连接。
10.根据权利要求9所述的微流控集成生物传感系统，其特征在于，所述微控制器单元通过模数转换器、模拟多路复用器以及电压偏置模块连接温度传感器(27)，用于检测所述冷却阱铝块(2)的表面温度；所述微控制器单元还通过模数转换器、模拟多路复用器、信号放大器模块以及电压调节模块连接所述热电冷却器帕尔帖元件(4)，将所述冷却阱铝块(2)以及冷凝物收集管(1)中的温度保持在5℃～-10℃，以保证呼吸气体冷凝物的收集效率。
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