一种化学成分检测系统和检测方法

摘要

本发明提供一种化学成分检测系统和检测方法，该化学成分检测系统包括微流控芯片和检测处理模块；通过在微流控芯片中设置微泵、第一微管道、超过四个可关闭的液体进出口和光学检测单元安装腔，并将液体进出口分别连接至待检测液和不同的测试液，通过微泵更换第一微管道内的液体，再通过微泵和液体进出口的开合决定进入第一微管道内测试液的种类和量，最后通过安装在光学检测单元安装腔的光学检测单元获取待检测液中化学成分的相关数据以获得检测结果；从而实现了一个检测系统同时对多个化学成分的参数的检测，又由于微流控芯片具有体积小，消耗试样和试剂极少的特点，微流控芯片可在待检测液中多点分布设置，以实现同时对多点的化学成分的检测。

权利要求

1.一种化学成分检测系统，其特征在于，包括：微流控芯片和检测处理模块；

所述微流控芯片连接所述检测处理模块；

所述微流控芯片包括基底、第一数量个可关闭的液体进出口和光学检测单元，所述第一数量不小于四；

所述基底设有微泵和第一微管道，所述微泵和所述第一微管道连通，所述微泵，用于驱动液体在所述第一微管道内循环流动；所述基底还设有第二数量组光信号发射器安装腔和光信号接收器安装腔，所述光信号发射器安装腔和所述光信号接收器安装腔分别设置在所述第一微管道的两侧；所述基底为透光材料；所述第二数量不小于一；

每一液体进出口分别与所述第一微管道连通；

所述光学检测单元包括所述第二数量组光信号发射器和光信号接收器，每一光信号发射器设于一个光信号发射器安装腔内，每一光信号接收器设于一个光信号接收器安装腔内；

所述检测处理模块，用于获取并处理每一光信号接收器采集的数据。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微流控芯片还包括基片；所述基底的上表面设有第一凹槽，所述基底的上表面与所述基片的下表面贴合后，所述第一凹槽与所述基片的下表面共同形成所述第一微管道。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述基底的上表面还设有所述第一数量个与所述第一凹槽分别连通的第二凹槽，每一第二凹槽与所述基片的下表面共同形成一个第二微管道；所述基底或者所述基片设有通孔，每一第二微管道的末端与一个通孔连通，每一第二微管道与对应的通孔共同形成一个液体进出口。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括微阀装置；

所述基片为柔性材料，每一第二微管道内部设有第一微阀控区，所述微阀装置位于所述微流控芯片的外侧，所述微阀装置包括所述第一数量个可伸缩的第一阀头，每一第一阀头设于第一微阀控区的基片侧，用于在任一第一阀头伸长时，压缩所述柔性材料至对应的第一微阀控区，以关闭对应的第二微管道，在所述任一第一阀头收缩至原长时，所述柔性材料恢复至原状，以打开对应的第二微管道。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，每一第二微管道内部设置的第一微阀控区为一个第二微管道与所述第一微管道的连通部位。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一微管道内部设有第三数量的第二微阀控区，所述微阀装置包括所述第三数量个可伸缩的第二阀头，每一第二阀头设于一个第二微阀控区的基片侧，所述第三数量不小于一。

7.根据权利要求4-6任一所述的系统，其特征在于，所述系统还包括微阀控制模块；

所述微阀控制模块连接所述微阀装置；

所述微阀控制模块，用于向所述微阀装置发送控制指令，控制每一第一阀头或者每一第二阀头的伸缩。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括微泵控制模块；

所述微泵控制模块连接所述微流控芯片；

所述微泵控制模块，用于控制所述微流控芯片的微泵的启动与停止。

9.一种基于权利要求1-8任一所述的化学成分检测系统的检测方法，其特征在于，包括：S41，关闭微流控芯片的所有液体进出口，并将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将剩余的至少两个液体进出口连接至测试液，其中，每一液体进出口连接至一种测试液；

S42，开通连接至所述待检测液的液体进出口，启动所述微流控芯片的微泵，在所述待检测液充满所述微流控芯片的第一微管道后，停止所述微流控芯片的微泵；

S43，关闭连接至所述待检测液的液体进出口，开通连接至第一测试液的液体进出口，启动所述微流控芯片的微泵，并运行预设时间后停止，使预设量的所述第一测试液进入所述微流控芯片的第一微管道；

S44，关闭连接至所述第一测试液的液体进出口，启动所述微流控芯片的微泵，在所述第一测试液与所述待检测液充分混合后，停止所述微流控芯片的微泵；

S45，根据光学检测单元采集的数据获取所述第一测试液对应的所述待检测液中化学成分的检测结果。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述根据光学检测单元采集的数据获取所述第一测试液对应的所述待检测液中化学成分的检测结果之后，还包括：将所述待检测液与所述第一测试液的混合液排出所述微流控芯片的第一微管道；

重复所述S42-所述S45，逐一开通连接至每一测试液的液体进出口，分别获取每一测试液对应的所述待检测液中化学成分的检测结果。

说明书

一种化学成分检测系统和检测方法

技术领域

[0001] 本发明涉及化学检测技术领域，更具体地，涉及一种化学成分检测系统和检测方法。

背景技术

[0002] 化学成分检测是对已知或者未知的化学成分进行分析的技术方法，化学成分检测广泛应用于人们的生活中，特别是对于液体中化学成分的检测，具有更为重要的应用地位，例如水质检测，与人类健康密切相关；对于病患者体液中化学成分的检测，能指导对疾病的准确诊断。

[0003] 目前，对于液体中化学成分的检测，在如上的水质检测以及病患者体液中化学成分的检测这些领域中，由于对检测的要求比较高，大部分参数指标需要通过专有的检测设备来检测，并且这种专有的检测设备通常只能检测一种化学成分，并且专有的检测设备通常非常昂贵。

[0004] 液体中化学成分的检测的一个特点是需检测的种类繁多，例如，对于水质检测，由于生活饮用水水质标准的制定与人们的生活习惯、文化、经济条件、科学技术发展水平、水资源及其水质现状等多种因素有关，不仅各国之间，而且同一国家的不同地区之间，对饮用水水质的要求都存在着差异，我国对水质的各项指标的要求不下一百种；又由于液体具有流动性，液体中化学成分的检测的另一个特点是需要对多点的液体中化学成分同时进行检测，以提高检测的精度。目前的针对液体中化学成分的检测装置只能对单一的化学成分进行检测，并且难以实现同时对多点的液体中化学成分的检测。

发明内容

[0005] 为了克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明提供一种化学成分检测系统和检测方法。

[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种化学成分检测系统，包括：微流控芯片和检测处理模块；微流控芯片连接检测处理模块；微流控芯片包括基底、第一数量个可关闭的液体进出口和光学检测单元，第一数量不小于四；基底设有微泵和第一微管道，微泵和第一微管道连通，微泵，用于驱动液体在第一微管道内循环流动；基底还设有第二数量组光信号发射器安装腔和光信号接收器安装腔，光信号发射器安装腔和光信号接收器安装腔分别设置在第一微管道的两侧；基底为透光材料；第二数量不小于一；每一液体进出口分别与第一微管道连通；光学检测单元包括第二数量组光信号发射器和光信号接收器，每一光信号发射器设于一个光信号发射器安装腔内，每一光信号接收器设于一个光信号接收器安装腔内；检测处理模块，用于获取并处理每一光信号接收器采集的数据。

[0007] 其中，微流控芯片还包括基片；基底的上表面设有第一凹槽，基底的上表面与基片的下表面贴合后，第一凹槽与基片的下表面共同形成第一微管道。

[0008] 其中，基底的上表面还设有第一数量个与第一凹槽分别连通的第二凹槽，每一第二凹槽与基片的下表面共同形成一个第二微管道；基底或者基片设有通孔，每一第二微管道的末端与一个通孔连通，每一第二微管道与对应的通孔共同形成一个液体进出口。

[0009] 其中，该系统还包括微阀装置；基片为柔性材料，每一第二微管道内部设有第一微阀控区，微阀装置位于微流控芯片的外侧，微阀装置包括第一数量个可伸缩的第一阀头，每一第一阀头设于第一微阀控区的基片侧，用于在任一第一阀头伸长时，压缩柔性材料至对应的第一微阀控区，以关闭对应的第二微管道，在所述任一第一阀头收缩至原长时，柔性材料恢复至原状，以打开对应的第二微管道。

[0010] 其中，每一第二微管道内部设置的第一微阀控区为一个第二微管道与第一微管道的连通部位。

[0011] 其中，第一微管道内部设有第三数量的第二微阀控区，微阀装置包括第三数量个可伸缩的第二阀头，每一第二阀头设于一个第二微阀控区的基片侧，第三数量不小于一。

[0012] 其中，该系统还包括微阀控制模块；微阀控制模块连接微阀装置；微阀控制模块，用于向微阀装置发送控制指令，控制每一第一阀头或者每一第二阀头的伸缩。

[0013] 其中，该系统还包括微泵控制模块；微泵控制模块连接微流控芯片；微泵控制模块，用于控制微流控芯片的微泵的启动与停止。

[0014] 根据本发明的一个方面，提供一种基于上述化学成分检测系统的检测方法，包括：S41，关闭微流控芯片的所有液体进出口，并将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将剩余的至少两个液体进出口连接至测试液，其中，每一液体进出口连接至一种测试液；
S42，开通连接至待检测液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，在待检测液充满微流控芯片的第一微管道后，停止微流控芯片的微泵；S43，关闭连接至待检测液的液体进出口，开通连接至第一测试液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，并运行预设时间后停止，使预设量的第一测试液进入微流控芯片的第一微管道；S44，关闭连接至第一测试液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，在第一测试液与待检测液充分混合后，停止微流控芯片的微泵；S45，根据光学检测单元采集的数据获取第一测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果。

[0015] 其中，根据光学检测单元采集的数据获取第一测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果之后，还包括：将待检测液与第一测试液的混合液排出微流控芯片的第一微管道；重复S42-S45，逐一开通连接至每一测试液的液体进出口，分别获取每一测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果。

[0016] 本发明提供的一种化学成分检测系统和检测方法，该化学成分检测系统包括微流控芯片和检测处理模块；通过在微流控芯片中设置微泵、第一微管道、超过四个可关闭的液体进出口和光学检测单元安装腔，将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将其他的至少两个液体进出口分别连接至不同的测试液，通过微泵更换第一微管道内的液体，再通过微泵和液体进出口的开合决定进入第一微管道内测试液的种类和量，然后通过微泵使测试液和待检测液充分混合，最后通过安装在光学检测单元安装腔的光学检测单元检测获取待检测液中化学成分的相关数据以获得检测结果；从而实现了一个检测系统同时对多个化学成分的参数的检测，又由于微流控芯片具有体积小，消耗试样和试剂极少，不会对待检测液造成不良影响的特点，微流控芯片可在待检测液中多点分布设置，以实现同时对在待检测液中多点的化学成分的检测，能有效的降低检测成本。

附图说明

[0017] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0018] 图1为根据本发明实施例的化学成分检测系统的示意图；

[0019] 图2为根据本发明实施例的微流控芯片的俯视截面图；

[0020] 图3为根据本发明实施例的第一微阀控区区域的侧面剖视图；

[0021] 图4为根据本发明实施例的化学成分检测方法的流程图。

具体实施方式

[0022] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0023] 在本发明的一个实施例中，参考图1，提供一种化学成分检测系统，包括：微流控芯片1和检测处理模块2；微流控芯片1连接检测处理模块2；微流控芯片1包括基底、第一数量个可关闭的液体进出口和光学检测单元，第一数量不小于四；基底设有微泵和第一微管道，微泵和第一微管道连通，微泵，用于驱动液体在第一微管道内循环流动；基底还设有第二数量组光信号发射器安装腔和光信号接收器安装腔，光信号发射器安装腔和光信号接收器安装腔分别设置在第一微管道的两侧；基底为透光材料；第二数量不小于一；每一液体进出口分别与第一微管道连通；光学检测单元包括第二数量组光信号发射器和光信号接收器，每一光信号发射器设于一个光信号发射器安装腔内，每一光信号接收器设于一个光信号接收器安装腔内；检测处理模块2，用于获取并处理每一光信号接收器采集的数据。

[0024] 具体地，微流控技术最早出现于上个世纪90年代初，它采用微电子领域的加工技术，在硅片、玻璃等材料上刻蚀出尺寸在微米量级的微管道，通过精确操控微管道里流体的运动，来完成生化实验中的各种反应。目前，微流控技术已经成为一门综合性的交叉学科，应用领域包括化学分析、医学诊断、细胞生物学、药物筛选等。微流控芯片是微流控技术实现的主要平台。微流控芯片主要是利用流体的特性，发展出独特的分析方法。微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点。

[0025] 本实施例的化学成分检测系统，包括微流控芯片1和检测处理模块2，其中，参考图2，图2为微流控芯片1的俯视截面图，微流控芯片1以透光性良好的基底11为基础，基底11设有微泵13和第一微管道14，微泵13和第一微管道14连通，基底11还设有至少一组光信号接收器安装腔15和光信号发射器安装腔16，光信号接收器安装腔15和光信号发射器安装腔16一一对应的设置在第一微管道14的两侧，光信号接收器和光信号发射器分别安装在光信号接收器安装腔15处和光信号发射器安装腔16处，检测处理模块2连接至光信号接收器，获取并处理光信号接收器采集的数据；微流控芯片1还包括至少四个可关闭的液体进出口12，每一液体进出口均分别与第一微管道14连通，其中两个液体进出口12连接至待检测液，剩余的每一液体进出口12分别连接至一种测试液；其中，由于微流控芯片1具有体积小，消耗试样和试剂极少的特点，各种测试液可以以液袋的形式封装连接至对应的液体进出口12，随微流控芯片1一起置于待检测液中。

[0026] 该系统适用于各种液体中化学成分的检测，检测的流程如下：

[0027] 关闭微流控芯片的所有液体进出口，并将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将剩余的至少两个液体进出口中每一液体进出口连接至一种测试液；开通连接至待检测液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，使待检测液充满微流控芯片的第一微管道后，停止微流控芯片的微泵；关闭连接至待检测液的液体进出口，开通连接至其中一种测试液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，并运行预设时间后停止，使预设量的该测试液进入微流控芯片的第一微管道；关闭连接至该测试液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，使该测试液与待检测液充分混合后，停止微流控芯片的微泵；根据光学检测单元采集的数据获取该测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果，其中，检测结果包括化学成分的类型以及含量等参数。随后开通连接至待检测液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，经微泵足够长时间的运行后，可将前一次的待检测液与测试液混合的液体排出第一微管道并重新充入待检测液(由于待检测液的体积远远大于第一微管道的体积，前一次检测后的混合液对待检测液的影响可忽略不计)，再开启其他测试液对应的液体进出口，重复以上过程，可获得各种测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果。由于微流控芯片具有液体流动可控、消耗试样和试剂极少、分析速度快等特点，特别是体积小和成本低的特点，可在液体中多点分布这种微流控芯片，实现同时对待检测液中多点的化学成分的检测。

[0028] 本实施例通过在微流控芯片中设置微泵、第一微管道、超过四个可关闭的液体进出口和光学检测单元安装腔，将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将其他的至少两个液体进出口分别连接至不同的测试液，通过微泵更换第一微管道内的液体，再通过微泵和液体进出口的开合决定进入第一微管道内测试液的种类和量，然后通过微泵使测试液和待检测液充分混合，最后通过安装在光学检测单元安装腔的光学检测单元检测获取待检测液中化学成分的相关数据以获得检测结果；从而实现了一个检测系统同时对多个化学成分的参数的检测，又由于微流控芯片具有体积小，消耗试样和试剂极少，不会对待检测液造成不良影响的特点，微流控芯片可在待检测液中多点分布设置，以实现同时对待检测液中多点的化学成分的检测，能有效的降低检测成本。

[0029] 基于以上实施例，微流控芯片还包括基片；基底的上表面设有第一凹槽，基底的上表面与基片的下表面贴合后，第一凹槽与基片的下表面共同形成第一微管道。

[0030] 具体地，第一微管道可通过在基底上制备凹槽，再将基底与基片紧密贴合的方式来制备，该制备方法工艺简单，制作成本低廉。

[0031] 基于以上实施例，基底的上表面还设有第一数量个与第一凹槽分别连通的第二凹槽，每一第二凹槽与基片的下表面共同形成一个第二微管道；基底或者基片设有通孔，每一第二微管道的末端与一个通孔连通，每一第二微管道与对应的通孔共同形成一个液体进出口。

[0032] 基于以上实施例，该系统还包括微阀装置；基片为柔性材料，每一第二微管道内部设有第一微阀控区，微阀装置位于微流控芯片的外侧，微阀装置包括第一数量个可伸缩的第一阀头，每一第一阀头设于第一微阀控区的基片侧，用于在任一第一阀头伸长时，压缩柔性材料至对应的第一微阀控区，以关闭对应的第二微管道，在所述任一第一阀头收缩至原长时，柔性材料恢复至原状，以打开对应的第二微管道。

[0033] 具体地，该系统还包括微阀装置，每一第二微管道内部设有第一微阀控区，微阀装置位于微流控芯片的外侧，微阀装置包括第一数量个可伸缩的第一阀头，如图3，为第一微阀控区区域的侧面剖视图，基底1与基片3共同围成第二微管道17，在第二微管道17的基片3一侧，设有可伸缩的第一阀头31，其中基片3采用柔性材料；在第一阀头31伸长时，压缩柔性材料至对应的第一微阀控区，以截断第二微管道17，从而关闭对应的液体进出口；在第一阀头31收缩至原长时，柔性材料也恢复至原状，第二微管道17为被截断，从而打开对应的液体进出口。

[0034] 本实施例结合可伸缩的阀头和柔性材料实现对液体进出口的开合状态的控制，实现了对测试液加入量的精准控制。

[0035] 基于以上实施例，每一第二微管道内部设置的第一微阀控区为一个第二微管道与第一微管道的连通部位。

[0036] 具体地，由于在微泵开启期间，仅第一微管道内的液体在微泵的作用下可得到充分的循环流动，第二微管道部分的液体难以参与循环流动，因此即使第一微管道与第二微管道连通，第二微管道部分的液体难以与第一微管道内的液体充分混合，假若第一微阀控区设置在第二微管道的中部，在对应的液体进出口关闭后，第二微管道中还是有部分空间与第一微管道连通，一方面，难以计算测试液的加入量，另一方面，第二微管道中与第一微管道连通的空间存储的测试液难以参与循环流动，无法充分混合，影响检测精度，而且，在排除混合液时，第二微管道中与第一微管道连通的空间存储的测试液也难以排除，影响下一次的检测结果。将第一微阀控区设置在第二微管道与第一微管道的连通部位，可以避免以上情况。

[0037] 基于以上实施例，第一微管道内部设有第三数量的第二微阀控区，微阀装置包括第三数量个可伸缩的第二阀头，每一第二阀头设于一个第二微阀控区的基片侧，第三数量不小于一。

[0038] 具体地，第一微管道内部设有第三数量的第二微阀控区，微阀装置包括第三数量个可伸缩的第二阀头，每一第二阀头设于一个第二微阀控区的基片侧，第三数量不小于一。在排除微流控芯片内的每次检测的混合液时，可控制第二阀头伸长，以切断第一微管道的循环状态，已达到使混合液更快速的从连接至待检测液的液体进出口排出的目的。

[0039] 基于以上实施例，该系统还包括微阀控制模块；微阀控制模块连接微阀装置；微阀控制模块，用于向微阀装置发送控制指令，根据检测流程控制每一第一阀头或者每一第二阀头的伸缩。

[0040] 基于以上实施例，该系统还包括微泵控制模块；微泵控制模块连接微流控芯片；微泵控制模块，用于控制微流控芯片的微泵的启动与停止。

[0041] 作为本发明的又一个实施例，参考图4，提供一种基于上述化学成分检测系统的检测方法，包括：S41，关闭微流控芯片的所有液体进出口，并将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将剩余的至少两个液体进出口连接至测试液，其中，每一液体进出口连接至一种测试液；S42，开通连接至待检测液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，在待检测液充满微流控芯片的第一微管道后，停止微流控芯片的微泵；S43，关闭连接至待检测液的液体进出口，开通连接至第一测试液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，并运行预设时间后停止，使预设量的第一测试液进入微流控芯片的第一微管道；S44，关闭连接至第一测试液的液体进出口，启动微流控芯片的微泵，在第一测试液与待检测液充分混合后，停止微流控芯片的微泵；S45，根据光学检测单元采集的数据获取第一测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果。

[0042] 其中，根据光学检测单元采集的数据获取第一测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果之后，还包括：将待检测液与第一测试液的混合液排出微流控芯片的第一微管道；重复S42-S45，逐一开通连接至每一测试液的液体进出口，分别获取每一测试液对应的待检测液中化学成分的检测结果。

[0043] 对待检测液中化学成分进行检测的流程在上述实施例中已经做了详细的阐述，此处不再赘述。

[0044] 本实施例通过在微流控芯片中设置微泵、第一微管道、超过四个可关闭的液体进出口和光学检测单元安装腔，将其中至少两个液体进出口连接至待检测液，将其他的至少两个液体进出口分别连接至不同的测试液，通过微泵更换第一微管道内的液体，再通过微泵和液体进出口的开合决定进入第一微管道内测试液的种类和量，然后通过微泵使测试液和待检测液充分混合，最后通过安装在光学检测单元安装腔的光学检测单元检测获取待检测液中化学成分的相关数据以获得检测结果；从而实现了一个检测系统同时对多个化学成分的参数的检测，又由于微流控芯片具有体积小，消耗试样和试剂极少，不会对待检测液造成不良影响的特点，微流控芯片可在待检测液中多点分布设置，以实现同时对待检测液中多点的化学成分的检测，能有效的降低检测成本。

[0045] 最后说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。