[發明專利]海水葉綠素a、藻藍蛋白和藻紅蛋白參數測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201810034658.2
• 申請日: 2018-01-12
• 公開（公告）號: CN108414477A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 吳寧;曹煊;張穎穎;馬海寬;王茜;褚東志;張穎;張天鵬;張麗;張述偉;馬然;王小紅
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64
• 代理公司: 青島華慧澤專利代理事務所(普通合伙) 37247
• 代理人: 沙莎

本發明屬于便攜式海水原位熒光探測技術領域，公開了海水葉綠素a、藻藍蛋白和藻紅蛋白參數測量裝置及方法，包括微型壓電泵、流通池、激發光源、透鏡、分光器、過濾片和光電二極管，激發光源可照射流通池。本技術方案采用微流控芯片技術，將預處理，反應，分離和監測等單元集成到芯片內，在芯片上快速完成海水葉綠素a、藻藍蛋白、藻紅蛋白濃度的測量，自動進樣、分析、校正，自動化程度高，效率高，儀器體積減小優化，系統集成度高，功耗低，成本低，適合原位測量、快速測量、連續測量、實驗室測量和便攜野外測量。

技術領域

本發明屬于便攜式海水原位熒光探測技術領域，具體涉及一種基于微流控芯片的海水葉綠素a、藻藍蛋白和藻紅蛋白三參數測量裝置和方法。

背景技術

現有技術中，基于葉綠素熒光技術的海水葉綠素a、藻藍蛋白、藻紅蛋白三參數的測量裝置和方法尚未形成突破性進展，相關領域的研究Multi-Color-PAM、Trilux三參數熒光傳感器等國外儀器已經可以滿足需要，然而該類儀器比較復雜、價格昂貴、靈敏度低不能很好地應用于現場海水中。而且，基于熒光技術的光合作用測量方法的研究大多都以淡水藍、綠藻為研究對象，并不適合海洋藻類的研究。傳統儀器及測量方法測量時間長，操作復雜、誤差大、功耗大、體積大、成本高，而且無法長期在線測量。海洋領域，尚未出現基于葉綠素熒光技術的葉綠素a、藻藍蛋白、藻紅蛋白三參數測量方法的研究。因此，提供一種高效低成本的、原位便攜式海洋葉綠素a、藻藍蛋白、藻紅蛋白三參數測量裝置及方法是很有必要的。

發明內容

本發明的目的在于針對上述技術問題，提供一種基于微流控芯片測量海水葉綠素a、藻藍蛋白、藻紅蛋白濃度的裝置及方法。為實現上述目的，采用以下技術方案：

海水葉綠素a、藻藍蛋白和藻紅蛋白參數測量裝置包括采樣裝置和檢測裝置，采樣裝置包括具有環流結構的微流控芯片、過濾頭、海水進樣管路、排廢管路、微型電磁閥、微型氣泵、微量注射泵、流通池；檢測裝置包括470nm、610nm、530nm三種不同波段的激發LED光源、光纖、光電二極管、透鏡、濾光片以及信號處理單元。微流控芯片采樣裝置設有液體和氣體環路的芯片通道，過濾頭和芯片直接通過所述海水進樣管路連通，芯片通道上設有多個控制通道通斷的微型電磁閥，芯片通道上還設有微型電壓泵、流通池和反沖通道。檢測裝置中三種不同波長的激發LED分別通過光纖接有透鏡和濾光片，透鏡與濾光片前方設有分光鏡，分光鏡前方通過光纖接有測量光電二極管與比對光電二極管,微流控芯片還設有排廢管路以及信號處理單元，信號處理單元采用基于可編程增益跨阻放大器和正交數字同步檢波功能電路等光路檢測系統組成，該特殊研發的電路可以有效消除環境光、不同頻率噪聲對測量結果的影響。

裝置將過濾后海水通過微通道注入到流通池形成一個環路后進行三路LED光路檢測，用三種不同波長的LED光源作為激發光源實現海水藻類的光合作用測量。能夠提高測量精度和準確度，集成度高，可更換性強，便攜可同時用于實驗室，臺站以及浮標原位檢測。激發光源LED為可更換器件，可根據不同的測量要求或者對激發光源LED進行更換。裝置搭載了特殊研制的電路能夠有效屏蔽外界環境光對測量結果的影響。

過濾頭為孔徑不大于10um的囊式過濾器；

進樣管路、排廢管路和反沖管路內徑為0.5mm-1mm，外徑為1mm-2mm；

流通池檢測窗口內徑為1mm-3mm，流通池長度為30-50mm；

分光鏡防止LED因長時間工作發光強度不穩定，其中一路LED光束作為激發光，另外一路光束作為LED參考光對動態激發光源進行補償；

兩路光電二極管分別作為熒光檢測器與參考光源接收器，光電二極管均采用的是濱松，噪聲在2pA以下；

微型壓電泵和微氣泵的流速為50-500ul/min；

濾光片、透鏡、分光鏡均通過光纖集成在微流控芯片內。