[发明专利]一种水质在线监测系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微流控芯片技术的水质分析检测系统，该系统充分利用了微流控芯片易于将各功能单元集成的特点，将集成式、多功能化、分析检测、网络化四个核心技术整合在一小型微流控芯片平台上，通过物理、化学或生物分析手段，整合高通量数据采集、信息处理与传输、自动化分析与监测和网络远程控制等功能单元，形成芯片微全分析系统，对水质进行分析和监测。

背景技术

随着社会经济的迅速发展和环境资源的过度开发，水体污染问题日益严重。基于目前严峻的环境污染和生态环境恶化的形势，以及多起环境突发事件的危害性，国家和民众日益关注水质保护、常规监测和预警防范，然而，优质的自动监测系统和污染源实时在线连续监测系统却十分缺乏，我国水质监测仪器多是中小型企业生产，产品基本集中在中低档的水质监测仪器，远不能适应目前水质监测、应急与预警工作发展的需要。发展水质常规和水质突发事件监测仪器及其设备是实现监测技术现代化，为环境保护、公共卫生和经济可持续发展提供准确信息的重要保证。目前水质监测系统有中心站和通过卫星和电话拨叼两种通讯方式实现实时监视、远程控制及数据传输功能的若干个子站构成。每个子站是一个独立完整的水质监测系统，一般由6个主要子系统构成，包括：采样系统、预处理系统、监测仪器系统、PLC控制系统、数据采集、处理与传输子系统及远程数据管理中心、监测站房或监测小屋。水质监测系统中的子站的构成方式大致有三种：(1)由一台或多台小型的多参数水质自动分析仪(如：YS1公司和HYDROLAB公司的常规五参数分析仪)组成的子站(多台组合可用于测量不同水深的水质)。(2)固定式子站：为较传统的系统组成方式。(3)流动式子站：一种为固定式子站仪器设备全部装于一辆拖车(监测小屋)上，可根据需要迁移场所，也可认为是半固定式子站。其特点是组成成本较高。各单元通过水样输送管路系统、信号传输系统、压缩空气输送管路系统、纯水输送管路系统实现相互联系。目前的这种水质在线监测系统构件复杂、在线分析检测能力差、单位时间处理分析样品能力低、系统占地大、性价比低、应用功能单一、自动化程度低以及难以实现便携性现场实时在线监测。

因此，对水质在线实时监测、应急和预警迫在眉睫，人们迫切希望拥有一种能对水质进行连续、快速、在线监测的高质量自动化系统。近年来，微流控芯片作为一种新型的分析平台具有微型化、自动化、集成化、便捷和快速等优点，已经在很多领域获得了广泛的应用，例如细胞生物学、分析化学、材料学、组织工程和微电子等领域。然而，将微流控芯片作为分析处理核心平台的水质在线监测系统，通过物理、化学或生物分析手段，整合高通量数据采集、信息处理与传输、自动化分析与监测和网络远程控制等功能单元，形成芯片微全分析系统，对水质进行分析和监测，目前在应用领域尚未有实质性的突破。

发明内容

本发明的目的是设计和制备一种水质在线监测系统，其特征在于该系统可以实时、便捷、快速、准确地分析监测各类水质。将集成式、多功能化、分析检测、网络化四个核心技术整合在微流控芯片平台，形成水质在线监测系统，实现水质常规监测、应急处理和预警功能。将物理、化学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统，整合高通量数据采集、信息处理与传输、自动化分析与监测和网络远程控制等功能单元，对水质进行分析和监测。

为实现上述目的，本发明采用以下的操作步骤：

1.用计算机辅助设计软件(CAD)设计和绘制微流控芯片的制备图形。

2.通过微加工技术在微流控芯片的基材表面制备CAD设计的芯片图形。

3.将芯片基材切割后得到上下两片微流控芯片(5×5cm)，用乙醇、去离子水、乙醇依次清洗后，自然晾干。

4.将高通量数据采集、信息处理与传输、自动化分析与监测和网络远程控制等功能器件组装在相应的芯片单元内。

5.将高通量数据采集、信息处理与传输、自动化分析与监测和网络远程控制等功能器件的辅助设备与上述各功能器件相连。

6.将上下两层芯片进行封合，组成芯片微全分析系统。

7.将微流体输送微泵、分析检测工作站和微机处理中心进行连接，组装成水质在线监测系统。

本发明中，水质在线监测系统的核心部件是微流控芯片平台。

本发明中，微流控芯片基材可以是石英、玻璃、硅材料、高分子聚合物和金属材料。

本发明中，微流控芯片上的微通道网络可以通过数控铣刻、激光刻蚀、LIGA技术、模塑法、热压法、化学腐蚀，也可用软光刻技术等微加工方法在基材表面制备。