一種水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)及其制備方法。該監(jiān)測系統(tǒng)的核心部件是微流控芯片平臺，整合高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等關(guān)鍵功能單元，形成芯片微全分析系統(tǒng)，在芯片平臺實現(xiàn)了集成式、多功能化、分析檢測、網(wǎng)絡(luò)化四個核心技術(shù)，形成以微機(jī)中央處理系統(tǒng)為中心的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過物理、化學(xué)或生物等分析手段實現(xiàn)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測、應(yīng)急處理和預(yù)警功能。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于微流控芯片技術(shù)的水質(zhì)分析檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)充分利用了微流控芯片易于將各功能單元集成的特點(diǎn)，將集成式、多功能化、分析檢測、網(wǎng)絡(luò)化四個核心技術(shù)整合在一小型微流控芯片平臺上，通過物理、化學(xué)或生物分析手段，整合高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能單元，形成芯 片微全分析系統(tǒng)，對水質(zhì)進(jìn)行分析和監(jiān)測。
技術(shù)介紹
隨著社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和環(huán)境資源的過度開發(fā)，水體污染問題日益嚴(yán)重。基于目前嚴(yán)峻的環(huán)境污染和生態(tài)環(huán)境惡化的形勢，以及多起環(huán)境突發(fā)事件的危害性，國家和民眾日益關(guān)注水質(zhì)保護(hù)、常規(guī)監(jiān)測和預(yù)警防范，然而，優(yōu)質(zhì)的自動監(jiān)測系統(tǒng)和污染源實時在線連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)卻十分缺乏，我國水質(zhì)監(jiān)測儀器多是中小型企業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品基本集中在中低檔的水質(zhì)監(jiān)測儀器，遠(yuǎn)不能適應(yīng)目前水質(zhì)監(jiān)測、應(yīng)急與預(yù)警工作發(fā)展的需要。發(fā)展水質(zhì)常規(guī)和水質(zhì)突發(fā)事件監(jiān)測儀器及其設(shè)備是實現(xiàn)監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)代化，為環(huán)境保護(hù)、公共衛(wèi)生和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供準(zhǔn)確信息的重要保證。目前水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)有中心站和通過衛(wèi)星和電話撥叼兩種通訊方式實現(xiàn)實時監(jiān)視、遠(yuǎn)程控制及數(shù)據(jù)傳輸功能的若干個子站構(gòu)成。每個子站是一個獨(dú)立完整的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，一般由6個主要子系統(tǒng)構(gòu)成，包括采樣系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、監(jiān)測儀器系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、處理與傳輸子系統(tǒng)及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)管理中心、監(jiān)測站房或監(jiān)測小屋。水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)中的子站的構(gòu)成方式大致有三種(I)由一臺或多臺小型的多參數(shù)水質(zhì)自動分析儀(如=YSl公司和HYDR0LAB公司的常規(guī)五參數(shù)分析儀)組成的子站(多臺組合可用于測量不同水深的水質(zhì))。(2)固定式子站為較傳統(tǒng)的系統(tǒng)組成方式。(3)流動式子站一種為固定式子站儀器設(shè)備全部裝于一輛拖車(監(jiān)測小屋)上，可根據(jù)需要遷移場所，也可認(rèn)為是半固定式子站。其特點(diǎn)是組成成本較高。各單元通過水樣輸送管路系統(tǒng)、信號傳輸系統(tǒng)、壓縮空氣輸送管路系統(tǒng)、純水輸送管路系統(tǒng)實現(xiàn)相互聯(lián)系。目前的這種水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)件復(fù)雜、在線分析檢測能力差、單位時間處理分析樣品能力低、系統(tǒng)占地大、性價比低、應(yīng)用功能單一、自動化程度低以及難以實現(xiàn)便攜性現(xiàn)場實時在線監(jiān)測。因此，對水質(zhì)在線實時監(jiān)測、應(yīng)急和預(yù)警迫在眉睫，人們迫切希望擁有一種能對水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)、快速、在線監(jiān)測的高質(zhì)量自動化系統(tǒng)。近年來，微流控芯片作為一種新型的分析平臺具有微型化、自動化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，例如細(xì)胞生物學(xué)、分析化學(xué)、材料學(xué)、組織工程和微電子等領(lǐng)域。然而，將微流控芯片作為分析處理核心平臺的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，通過物理、化學(xué)或生物分析手段，整合高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統(tǒng)，對水質(zhì)進(jìn)行分析和監(jiān)測，目前在應(yīng)用領(lǐng)域尚未有實質(zhì)性的突破。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是設(shè)計和制備一種水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)可以實時、便捷、快速、準(zhǔn)確地分析監(jiān)測各類水質(zhì)。將集成式、多功能化、分析檢測、網(wǎng)絡(luò)化四個核心技術(shù)整合在微流控芯片平臺，形成水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測、應(yīng)急處理和預(yù)警功能。將物理、化學(xué)或生物分析手段集成于小型微流控芯片上，形成芯片微全分析系統(tǒng)，整合高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能單元，對水質(zhì)進(jìn)行分析和監(jiān)測。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下的操作步驟I.用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件(CAD)設(shè)計和繪制微流控芯片的制備圖形。2.通過微加工技術(shù)在微流控芯片的基材表面制備CAD設(shè)計的芯片圖形。3.將芯片基材切割后得到上下兩片微流控芯片(5 X 5cm)，用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗后，自然晾干。4.將高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能器件組裝在相應(yīng)的芯片單元內(nèi)。·5.將高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能器件的輔助設(shè)備與上述各功能器件相連。6.將上下兩層芯片進(jìn)行封合，組成芯片微全分析系統(tǒng)。7.將微流體輸送微泵、分析檢測工作站和微機(jī)處理中心進(jìn)行連接，組裝成水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心部件是微流控芯片平臺。本專利技術(shù)中，微流控芯片基材可以是石英、玻璃、硅材料、高分子聚合物和金屬材料。本專利技術(shù)中，微流控芯片上的微通道網(wǎng)絡(luò)可以通過數(shù)控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術(shù)、模塑法、熱壓法、化學(xué)腐蝕，也可用軟光刻技術(shù)等微加工方法在基材表面制備。本專利技術(shù)中，微流控芯片的微分析通道的尺寸可以是寬約200-400微米，深約20-50微米，長度約5-20毫米，微小的尺寸決定了所需要的被檢測樣品用量少。本專利技術(shù)中，微流控芯片上可以高度集成成百上千微通道陣列，能在短時間內(nèi)大量分析水體質(zhì)量，并能快速準(zhǔn)確地獲取水體中污染物的種類與濃度信息，檢測效率是傳統(tǒng)方法的上百倍。本專利技術(shù)中，微流控芯片的封裝可以通過熱封合、膠黏劑封合、表面活化輔助封合、力致雙層粘性膜封合。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的檢測機(jī)理可以是基于物理、化學(xué)或生物分析方法的各類檢測手段，取決于現(xiàn)場水質(zhì)和污染物的種類。本專利技術(shù)中，水質(zhì)監(jiān)測過程中的高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能器件是集成在小型微流控芯片上的相應(yīng)功能區(qū)域。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以在微流控芯片平臺上實現(xiàn)集成式、多功能化、分析檢測、網(wǎng)絡(luò)化四個核心技術(shù)的整合。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測、應(yīng)急處理和預(yù)警三大功能。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)現(xiàn)場實時在線連續(xù)監(jiān)測功能。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以和中央微機(jī)處理中心進(jìn)行連接，形成中心-輻射狀的網(wǎng)絡(luò)式控制監(jiān)測系統(tǒng)。本專利技術(shù)中，水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)可以通過中心數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)管理處理系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)處理自動計算、報告生成、信息查詢、統(tǒng)計分析等功能，實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測、應(yīng)急和預(yù)警有關(guān)信息的有效管理和動態(tài)監(jiān)測，為各類崗位人員提供任務(wù)提示、原始記錄、數(shù)據(jù)計算、報告、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等功能自動化服務(wù)，為水質(zhì)管理和決策部門提供更快、更新、更準(zhǔn)的污染信息，以及決策依據(jù)和命令指揮工具。本專利技術(shù)提出的水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，具有操作簡單、適用范圍廣、精確度高、多功能 單元在芯片上集成化、系統(tǒng)便捷式、以及操作自動化等特點(diǎn)，能在中央微機(jī)處理與指揮中心的控制下，實現(xiàn)對水質(zhì)的常規(guī)監(jiān)測、應(yīng)急處理與預(yù)警提示。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)件復(fù)雜、在線分析檢測能力差、單位時間處理分析樣品能力低、系統(tǒng)占地大、性價比低、應(yīng)用功能單一等缺點(diǎn)，在水質(zhì)監(jiān)測、應(yīng)急與預(yù)警領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。通過網(wǎng)絡(luò)建立國家、省級、市級、和縣級四級應(yīng)急指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)信息報送、指令傳遞與信息資源共享，為相關(guān)人員、專家、領(lǐng)導(dǎo)提供形勢評價信息與分析手段，以及通訊和命令指揮等支持，提高水質(zhì)監(jiān)測部門的工作效率及準(zhǔn)確性和規(guī)范性，提高水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測、應(yīng)急、預(yù)警決策的科學(xué)性，為實現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測提供了重要基礎(chǔ)和技術(shù)突破。附圖說明圖I中a是上芯片的平面圖，b是粘性薄膜平面圖，c是下芯片的平面圖。圖I中，下芯片(a)主體由孔、微通道和單元窗口組成。孔有進(jìn)樣孔(A)，廢液孔(G)。單元窗口有高通量數(shù)據(jù)采集(B)、信息處理與傳輸(C)、自動化分析與監(jiān)測(D)、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制(E)和微機(jī)處理中心(F)。圖I中，中芯片(b)主體是雙層力致粘性薄膜，放置于上下芯片間，進(jìn)行芯片的封合。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)及其制備方法，其特征在于該系統(tǒng)將集成式、多功能化、分析檢測、網(wǎng)絡(luò)化四個核心技術(shù)整合在微流控芯片平臺，形成水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測、應(yīng)急處理和預(yù)警功能。將物理、化學(xué)或生物分析手段集成于小型微流控芯片上，形成芯片微全分析系統(tǒng)，整合高通量數(shù)據(jù)采集、信息處理與傳輸、自動化分析與監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制等功能單元，對水質(zhì)進(jìn)行分析和監(jiān)測。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：聶富強(qiáng)，
申請(專利權(quán))人：北京華凱瑞微流控芯片科技有限責(zé)任公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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