CN110618095A - 一种光流控水体溶解氧探测器 - Google Patents

一种光流控水体溶解氧探测器 Download PDF

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CN110618095A CN201911086178.1A CN201911086178A CN110618095A CN 110618095 A CN110618095 A CN 110618095A CN 201911086178 A CN201911086178 A CN 201911086178A CN 110618095 A CN110618095 A CN 110618095A
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杨奕
左云峰
陈龙飞
王芳
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Shenzhen Research Institute of Wuhan University
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    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
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Abstract

本发明公开了一种光流控水体溶解氧探测器。该探测器包括：第一PDMS片和第二PDMS片；第一PDMS片上印制沟道结构；第一PDMS片设置在第二PDMS片上，且第一PDMS片印制有沟道结构的一侧与第二PDMS片接触；沟道结构包括银纳米三角形合成模块、水样品预处理模块和光学检测模块；水样品预处理模块分别与银纳米三角形合成模块、光学检测模块连通；银纳米三角形合成模块用于合成银纳米三角形溶液；水样品预处理模块用于将银纳米三角形溶液与被测样品混合并发生反应，得到携带被测信息溶液；光学检测模块用于对携带被测信息溶液进行检测，得到被测样品中的溶解氧浓度。本发明能准确高效、经济且简便地测量海洋中的溶解氧。

Description

一种光流控水体溶解氧探测器
技术领域
本发明涉及溶解氧测量技术领域，特别是涉及一种光流控水体溶解氧探测器。
背景技术
氧气为海洋生物的生存提供必要的生化环境，是海洋生物活动不可缺少的材料。海洋溶解氧监测在海洋生态***质量评价、海洋科学实验和海洋资源勘探中发挥着重要作用。此外，溶解氧也是生化***和化学处理的关键参数。因此，了解水体中氧浓度的分布和含量的变化，对于了解水生态***的关键过程、评价和控制水体的自净能力、预测和预防水生生态灾害具有重要意义。
传统的水质检测方法是在现场取样后将水样送到实验室进行检测和分析。这样的水质检测方法中间过程非常复杂，检查周期太长，无法及时获得水质。因此，传统的水质检测方法具有实时性差，极大地浪费人力、物力、财力和时间，水样采集和预处理测量误差较高的缺点。
目前，通常采用的三种主要测试方法是碘量法、电极极谱法(所谓的Clark 电极法)和荧光寿命法。碘量法虽然具有宽检测范围和高检测精度，但这是一种定量分析溶解氧的早期方法，具有操作繁琐、操作时间长、操作者专业要求高的缺点，该方法很少用于现场应用。电极极谱法通常用于测定水中溶解氧，简单快速，仪器价格相对较低，但水样中碲化物、油、碳酸盐和藻类的存在，会导致堵塞甚至气体渗透膜受损，因此，该方法在实际测量过程中，通常需要连续搅拌水样，更换电解质溶液，并经常通过碘量法进行零校准。荧光寿命法是一种灵敏、简单、快速的方法，但是，仪器的价格相对较高，检测范围有限。
综上，如何准确高效、经济且简便地测量海洋中的溶解氧，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提供一种光流控水体溶解氧探测器，以准确高效、经济且简便地测量海洋中的溶解氧。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种光流控水体溶解氧探测器，包括：第一PDMS片和第二PDMS片；所述第一PDMS片上印制沟道结构；所述第一PDMS片设置在所述第二PDMS 片上，且所述第一PDMS片印制有沟道结构的一侧与所述第二PDMS片接触；
所述沟道结构包括银纳米三角形合成模块、水样品预处理模块和光学检测模块；所述水样品预处理模块分别与所述银纳米三角形合成模块、所述光学检测模块连通；所述银纳米三角形合成模块用于合成银纳米三角形溶液；所述水样品预处理模块用于将所述银纳米三角形溶液与被测样品混合并发生反应，得到携带被测信息溶液；所述光学检测模块用于对所述携带被测信息溶液进行检测，得到所述被测样品中的溶解氧浓度；
所述银纳米三角形合成模块包括第一流体入口部、第一混合部和第一反应部；所述第一流体入口部用于将多种第一反应溶液注入所述第一混合部；所述第一混合部是由多个折线结构组成的通道，所述第一混合部用于使多种所述第一反应溶液混合；所述第一反应部是由多个蛇形结构组成的通道，所述第一反应部用于使多种所述第一反应溶液发生反应，得到所述银纳米三角形溶液；多种第一反应溶液包括硝酸银溶液、柠檬酸钠溶液、过氧化氢溶液和硼氢化钠溶液；
所述水样品预处理模块包括第二流体入口部、第二混合部和第二反应部；所述第二流体入口部用于将所述银纳米三角形溶液、被测样品和多种第二反应溶液注入所述第二混合部；所述第二混合部是由多个折线结构组成的通道，所述第二混合部用于使所述银纳米三角形溶液、所述被测样品和多种所述第二反应溶液混合；所述第二反应部是由多个蛇形结构组成的通道，所述第二反应部用于使所述银纳米三角形溶液、所述被测样品和多种所述第二反应溶液发生反应，得到所述携带被测信息溶液；多种第二反应溶液包括葡萄糖氧化酶溶液和葡萄糖溶液；
所述光学检测模块包括液体吸收池和光纤接入口；所述液体吸收池与所述第二反应部连通；所述光纤接入口用于通过多模光纤与光谱仪***连接；所述多模光纤用于将连续白激光导入所述液体吸收池中，所述连续白激光照射所述携带被测信息溶液后，形成光信号；所述光信号经所述多模光纤传输至所述光谱仪***；所述光谱仪***用于确定所述被测样品中的溶解氧浓度。
可选的，所述第一流体入口部包括四个流体入口，分别为第一流体入口、第二流体入口、第三流体入口和第四流体入口；四个流体入口分别连接对应的微量注射泵；所述微量注射泵用于控制对应流体入口的注入流速；
所述第一流体入口用于注入所述硝酸银溶液；所述第二流体入口用于注入所述柠檬酸钠溶液；所述第三流体入口用于注入所述过氧化氢溶液；所述第四流体入口用于注入所述硼氢化钠溶液。
可选的，所述第一混合部包括两组折线回转通道，分别为第一折线回转通道和第二折线回转通道；
所述第一折线回转通道的起点分别与所述第一流体入口、所述第二流体入口和所述第三流体入口连通，所述第一折线回转通道的终点与所述第四流体入口连通；所述第二折线回转通道的起点与所述第四流体入口连通，所述第二折线回转通道的终点与所述第一混合部的起点连通；所述第一折线回转通道用于使所述硝酸银溶液、所述柠檬酸钠溶液和所述过氧化氢溶液混合，得到第一混合溶液；所述第二折线回转通道用于使所述第一混合溶液与所述硼氢化钠溶液混合。
可选的，所述第二流体入口部包括三个流体入口，分别为第五流体入口、第六流体入口和第七流体入口；三个流体入口分别连接对应的微量注射泵；所述微量注射泵用于控制对应流体入口的注入流速；
所述第五流体入口用于注入所述被测样品；所述第六流体入口用于注入所述葡萄糖氧化酶溶液；所述第七流体入口用于注入所述葡萄糖溶液。
可选的，所述第二混合部包括包括两组折线回转通道，分别为第三折线回转通道和第四折线回转通道；
所述第三折线回转通道的起点分别与所述第五流体入口、所述第六流体入口和所述第七流体入口连通，所述第一折线回转通道的终点与所述第一混合部的终点和所述第四折线回转通道的起点连通；所述第四折线回转通道的终点与所述第二混合部的起点连通；所述第三折线回转通道用于使所述被测样品、所述葡萄糖氧化酶溶液和所述葡萄糖溶液混合，得到第二混合溶液；所述第四折线回转通道用于使所述第二混合溶液与所述银纳米三角形溶液混合。
可选的，所述光学检测模块还包括流体出口；
所述流体出口与所述液体吸收池连通，所述流体出口用于将所述携带被测信息溶液流出至废液瓶。
可选的，每个所述流体入口均依次通过不锈钢针头、毛细硅胶管、注射器与对应的微量注射泵连接；
所述不锈钢针头的一端***所述流体入口，所述不锈钢针头的另一端连接所述毛细硅胶管的一端；所述毛细硅胶管的另一端连接所述注射器；所述注射器设置在所述微量注射泵上；所述微量注射泵用于控制所述注射器的注入流速。
可选的，所述光谱仪***包括光谱仪和CCD相机；
所述光谱仪与所述多模光纤连接，所述光谱仪用于接收所述光信号，并对所述光信号按照波长进行分离，得到分离后的光信号；所述CCD相机与所述光谱仪连接，所述CCD相机用于对所述分离后的光信号进行检测，得到光谱；所述光谱用于确定所述被测样品中的溶解氧浓度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种光流控水体溶解氧探测器，包括：第一PDMS片和第二PDMS片；第一PDMS片上印制沟道结构；第一PDMS片设置在第二PDMS 片上，且第一PDMS片印制有沟道结构的一侧与第二PDMS片接触；沟道结构包括银纳米三角形合成模块、水样品预处理模块和光学检测模块；水样品预处理模块分别与银纳米三角形合成模块、光学检测模块连通；银纳米三角形合成模块用于合成银纳米三角形溶液；水样品预处理模块用于将银纳米三角形溶液与被测样品混合并发生反应，得到携带被测信息溶液；光学检测模块用于对携带被测信息溶液进行检测，得到被测样品中的溶解氧浓度。本发明能准确高效、经济且简便地测量海洋中的溶解氧。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1光流控水体溶解氧探测器的结构示意图；
图2为本发明实施例1光流控水体溶解氧探测器中沟道结构的示意图；
图3为本发明实施例1折线回转通道的角度示意图；
图4为本发明实施例2光流控水体溶解氧探测器的结构示意图；
图5为本发明实施例2在不同的溶解氧浓度下测量光谱曲线的变化图以及 SPR峰值偏移(Δλ)与DO浓度的对应关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
图1为本发明实施例1光流控水体溶解氧探测器的结构示意图。参见图1，实施例的光流控水体溶解氧探测器，包括：第一PDMS片和第二PDMS片；所述第一PDMS片上印制沟道结构；所述第一PDMS片设置在所述第二PDMS 片上，且所述第一PDMS片印制有沟道结构的一侧与所述第二PDMS片接触。
图2为本发明实施例1光流控水体溶解氧探测器中沟道结构的示意图。参见图1-2，所述沟道结构包括银纳米三角形合成模块1、水样品预处理模块2 和光学检测模块3；所述水样品预处理模块2分别与所述银纳米三角形合成模块1、所述光学检测模块3连通；所述银纳米三角形合成模块1用于合成银纳米三角形溶液；所述水样品预处理模块2用于将所述银纳米三角形溶液与被测样品混合并发生反应，得到携带被测信息溶液；所述光学检测模块3用于对所述携带被测信息溶液进行检测，得到所述被测样品中的溶解氧浓度。
所述银纳米三角形合成模块1包括第一流体入口部、第一混合部和第一反应部4；所述第一流体入口部用于将多种第一反应溶液注入所述第一混合部；所述第一混合部是由多个折线结构组成的通道，所述第一混合部用于使多种所述第一反应溶液混合；所述第一反应部4是由多个蛇形结构组成的通道，所述第一反应部4用于使多种所述第一反应溶液发生反应，得到所述银纳米三角形溶液；多种第一反应溶液包括硝酸银溶液、柠檬酸钠溶液、过氧化氢溶液和硼氢化钠溶液。
所述水样品预处理模块2包括第二流体入口部、第二混合部和第二反应部 55；所述第二流体入口部用于将所述银纳米三角形溶液、被测样品和多种第二反应溶液注入所述第二混合部；所述第二混合部是由多个折线结构组成的通道，所述第二混合部用于使所述银纳米三角形溶液、所述被测样品和多种所述第二反应溶液混合；所述第二反应部5是由多个蛇形结构组成的通道，所述第二反应部5用于使所述银纳米三角形溶液、所述被测样品和多种所述第二反应溶液发生反应，得到所述携带被测信息溶液；多种第二反应溶液包括葡萄糖氧化酶溶液和葡萄糖溶液。在自然条件下，溶解氧浓度(DO)远低于20mg/L。本实施例中，为了实现水体中DO的精确检测，需要足够或过量的葡萄糖溶液， 20mg DO需要至少0.625mmol葡萄糖。葡萄糖氧化酶(GOD)溶液的含量与反应效率和反应时间有关。考虑到整个光流控***的响应时间和实际海水样品中DO的含量，GOD溶液(10mg/ml)、葡萄糖溶液(10mM)和被测样品的流量比固定为1：1：10。
所述光学检测模块3包括液体吸收池17和光纤接入口18；所述液体吸收池17与所述第二反应部5连通；所述光纤接入口18用于通过多模光纤与光谱仪***连接；所述多模光纤用于将连续白激光导入所述液体吸收池17中，所述连续白激光照射所述携带被测信息溶液后，形成光信号；所述光信号经所述多模光纤传输至所述光谱仪***；所述光谱仪***用于确定所述被测样品中的溶解氧浓度。本实施例中多模光纤的规格为：数值孔径0.2，芯径/外径为 50um/125um。
作为一种可选的实施方式，所述第一流体入口部包括四个流体入口，分别为第一流体入口6、第二流体入口7、第三流体入口8和第四流体入口9；四个流体入口分别连接对应的微量注射泵22；所述微量注射泵22用于控制对应流体入口的注入流速；所述第一流体入口6用于注入所述硝酸银溶液；所述第二流体入口7用于注入所述柠檬酸钠溶液；所述第三流体入口8用于注入所述过氧化氢溶液；所述第四流体入口9用于注入所述硼氢化钠溶液。
所述第一混合部包括两组折线回转通道，分别为第一折线回转通道10和第二折线回转通道11；所述第一折线回转通道10的起点分别与所述第一流体入口6、所述第二流体入口7和所述第三流体入口8连通，所述第一折线回转通道10的终点与所述第四流体入口9连通；所述第二折线回转通道11的起点与所述第四流体入口9连通，所述第二折线回转通道11的终点与所述第一混合部的起点连通；所述第一折线回转通道10用于使所述硝酸银溶液、所述柠檬酸钠溶液和所述过氧化氢溶液混合，得到第一混合溶液；所述第二折线回转通道11用于使所述第一混合溶液与所述硼氢化钠溶液混合。
作为一种可选的实施方式，所述第二流体入口7部包括三个流体入口，分别为第五流体入口12、第六流体入口13和第七流体入口14；三个流体入口分别连接对应的微量注射泵22；所述微量注射泵22用于控制对应流体入口的注入流速；所述第五流体入口12用于注入所述被测样品；所述第六流体入口13 用于注入所述葡萄糖氧化酶溶液；所述第七流体入口14用于注入所述葡萄糖溶液。流体入口处(尺寸700um)，设计有4排矩形整列，尺寸为30um*75um，其作用是过滤掉水体中的固体杂物，同时阻隔液体中的气泡，消除对混合部的影响。
所述第二混合部包括包括两组折线回转通道，分别为第三折线回转通道15和第四折线回转通道16；所述第三折线回转通道15的起点分别与所述第五流体入口12、所述第六流体入口13和所述第七流体入口14连通，所述第一折线回转通道10的终点与所述第一混合部的终点和所述第四折线回转通道16 的起点连通；所述第四折线回转通道16的终点与所述第二混合部的起点连通；所述第三折线回转通道15用于使所述被测样品、所述葡萄糖氧化酶溶液和所述葡萄糖溶液混合，得到第二混合溶液；所述第四折线回转通道16用于使所述第二混合溶液与所述银纳米三角形溶液混合。折线回转通道的设置，使得多股液体来回改变流动方向，保证反映溶液间的充分接触，其中折线回转通道的转角处的曲率为80um的圆形结构，与非倒角结构比，能保证液体的流动，避免死角的产生。折线回转通道中，相邻直沟道间的角度为30度或330度，如图3所示。该角度下能获得足够的混合速度，同时不至于给探测器带来过大的流动阻力。
作为一种可选的实施方式，所述光学检测模块3还包括流体出口19；所述流体出口19与所述液体吸收池17连通，所述流体出口19用于将所述携带被测信息溶液流出至废液瓶20。
作为一种可选的实施方式，每个所述流体入口均依次通过不锈钢针头、毛细硅胶管21、注射器与对应的微量注射泵22连接；所述不锈钢针头的一端***所述流体入口，所述不锈钢针头的另一端连接所述毛细硅胶管21的一端；所述毛细硅胶管21的另一端连接所述注射器；所述注射器设置在所述微量注射泵22上；所述微量注射泵用于控制所述注射器的注入流速。
作为一种可选的实施方式，所述光谱仪***包括光谱仪(Andor，Shamrock 303i)和CCD相机。所述光谱仪与所述多模光纤连接，所述光谱仪用于接收所述光信号，所述光谱仪中的光栅结构对所述光信号按照波长进行分离，得到分离后的光信号；所述CCD相机与所述光谱仪连接，所述CCD相机用于对所述分离后的光信号进行检测，得到光谱；所述光谱用于确定所述被测样品中的溶解氧浓度。
具体的，CCD相机检测到的是侵蚀的银纳米颗粒的消光光谱，水中不同的溶解氧浓度将对银纳米颗粒造成不同程度的腐蚀，然后影响消光谱，导致 SPR峰值漂移。通过检测SPR峰值位移，将确定水中溶解氧的浓度。
多模光纤为50/125尺度的多模光纤，其固定在宽度为115um的光纤接入结构中，由于PDMS有一定伸缩性，接入口尺寸小于光纤包层尺寸，能将光纤牢牢固定住，保证入射光路与信号接收光路保持同轴并且保持稳定。光纤前端设计有曲率为100um的空气透镜，用于实现对出射光的准直及对入射信号的汇聚。
本实施例的光流控水体溶解氧探测器具有以下优点：
1、银纳米三角形合成模块1，用于实现银纳米三角形的快速片上合成，其中几何和光学特征可通过快速连续地调节合成组分的比例来控制。通过微流体通道的快速混合和反应物流的精确控制，可以实现闪速化学，在单个芯片中实现纳米颗粒的快速合成。
2、水样品预处理模块2，旨在实现快速有效的混合。基于特殊通道设计和流体动力学的样品水和检测试剂。在该部分中，将水样和试剂注入***中，实现了它们快速混合并在通道中反应，通过反应，水样中的溶解氧通过葡萄糖和葡萄糖氧化酶的作用转化为过氧化氢。
3、在水体溶解氧探测中，液体反应组分或水样和试剂的混合是至关重要的。混合效率不仅影响纳米粒子的合成，还影响***的响应时间。因此，引入了高密度折线型混合结构，确保反应物或样品充分混合并相互反应。
下面提供了一个更为具体的实施例。
实施例2
微纳加工技术与微流体技术的结合推动了芯片实验室技术的快速发展。微流体技术可以完成微米级通道中样品的注入，运输，混合和检测。它具有体积小、成本低、易于集成、试剂消耗低、能耗低等优点。它广泛用于生物化学的检测和传感。该微流控芯片不仅可以用于各种生化指标的快速检测，还可以实现片上样品预处理，进一步实现了一种能够快速准确地进行生化指标检测的集成微纳传感器。在“芯片实验室”采用的众多检测方法中，光检测具有大量的信息承载能力，抗电磁干扰，可实现远程和多通道检测，并已广泛应用于生化检测。现代光学和微流体的交叉产生了新兴的光流控技术。光流控技术是一个新的分析领域，专注于光学和微流体的集成，它提供了许多独特的特性，以提高性能和简化微机电***的设计。
不同形状和大小的金属纳米粒子具有极大的独特光学性能，使其可以应用于生物传感器和纳米医学等多个领域。研究表明纳米粒子的性质与它们的尺寸和形状之间存在很强的相关性。在所有金属纳米颗粒中，银纳米颗粒与光具有更强的等离子体相互作用。此外，银纳米颗粒的局域表面等离子体共振(LSPR) 峰波长可以在整个可见光和近红外区域中调节。与球形或准球形银纳米粒子相比，纳米三角形具有各向异性的形态由于对称性降低而显示出更多的LSPR 带。使用银纳米三角形用于生物传感和分子检测获得广泛关注。
因此，本实施例结合光流控技术和纳米技术，设计了一个集纳米粒子合成和光谱检测相结合的光流控芯片，以实现单个芯片中溶解氧的精确测量，该芯片的尺寸与硬币一样大。本实施例中的光流控水体溶解氧探测器主要由三个部分组成：1)银纳米三角形合成模块，包含4个流体入口，用于反应物硝酸银、过氧化氢、柠檬酸钠、硼氢化钠溶液的注入，及折线型(Z型)快速流体混合结构与蛇形液体反应部分。2)水样品预处理模块，包含3个流体入口用于水样、葡萄糖溶液、葡萄糖氧化酶溶液的注入，经过折线型混合结构后与第一部分合成的纳米银三角形胶体溶液汇合，继续流经折线型结构进行液体快速充分混合，在蛇形结构完成试剂间的充分反应。3)最后携带有溶解氧信息的水样流入第三部分：光学检测模块。该模块由长为1cm的毛细液体吸收池及2条光纤接入口构成，用于进行水样光谱的获取。4)最后液体全部由出口流出，用废液瓶进行回收。下面对本实施例中的光流控水体溶解氧探测器进行介绍。
1、基于软光刻工艺制备光流控水体溶解氧探测器
聚二甲基硅氧烷(PDMS)是最广泛使用的硅基有机聚合物，并且因其不寻常的流变(或流动)性质而特别为人所知。PDMS是光学透明的，并且通常是惰性的，无毒的和不可燃的，使其成为用于微流体芯片中的流动递送的最常用材料之一。制备过程为：1)将40-μm的SU8光致抗蚀剂层旋涂到硅晶片上，在预烘烤之后，使用掩模对准器将母版在玻璃掩模下暴露于UV光。2) 通过后曝光烘烤、显影和硬烘烤的过程，在硅晶片上构建厚的、化学和热稳定的图像作为模板。3)微流体通道使用PDMS模制并在等离子体氧化后密封在平坦的PDMS片上，同时将增强PDMS表面的亲水性。密封方法为等离子表面处理键合，具体为：将模制后的PDMS芯片组件与涂有PDMS薄层的玻璃载玻片置入等离子清洗机，在20W功率下等离子处理2分钟。处理完毕后取出，立即将印有沟道的PDMS芯片组件反扣在涂有PDMS薄层的玻璃载玻片中部。贴合密封时保证上层PDMS芯片主体边缘与下层载玻片边缘间距至少大于5mm。密封后，形成液体的封闭沟道，反应液及样品液仅可从入口流进，出口流出。4)将制造的PDMS芯片在75℃的烘箱中储存至少1小时以恢复其疏水性。5)在将流体管和光纤***微流体芯片后，光流控芯片制备腕臂。入口和混合通道宽度为100μm，反应主通道宽度为300μm。微通道的高度约为 40um。
根据标准合成程序，在光流控芯片中实时且动态地合成银纳米三角形。简言之，合成模块中有四个流体入口，参见图4，其中三个(i1，i2，i3)位于高效的微混合器前面。另一个入口(i4)设计在混合器的中间。硝酸银溶液(AgNO3, 0.4mmol/L)，柠檬酸钠溶液(4mmol/L)和过氧化氢溶液(H2O2,0.6wt％) 通过入口i1，i2，i3以不同的流速(Qi1＝1uL/min,Qi2＝1.5uL/min，Qi3＝ 0.5uL/min)注入光流控装置。
一旦它们流过微混合器，这三股流就完全快速地混合。在传统的合成方法中，该步骤需要剧烈搅拌数分钟。本实施例受益于微通道中的流体动力学和闪速化学过程，对于溶液混合物和预反应过程仅需几秒钟。然后通过入口i4注入硼氢化钠溶液(NaBH4，8mmol/L)，流速为0.5uL/min。通过合成模块，实现了银纳米三角形的片上合成，通过快速连续地调整合成成分的比例。以控制银纳米三角形的几何和光学特征。通过微流体通道中的快速混合和反应物流的精确控制，可以实现闪速化学，从而在单个芯片中实现纳米颗粒的快速合成。
2、溶解氧传感的过程
首先，通过注射葡萄糖氧化酶-GOD(10mg/mL)和葡萄糖(10mM)溶液至预处理海水样品中。通过入口i5以流速Qi5＝35uL/min注入海水样品，通过入口i6和i7分别注入葡萄糖氧化酶-GOD和葡萄糖溶液，流速Qi6＝3.5uL /min且Qi7＝3.5uL/min。预处理过程在折线(Z形)微通道中完成。根据化学反应式
DO转化为H2O2。
然后，Ag纳米三角形溶液以特定流速流入后处理海水样品中。将混合物溶液混合并与微通道一起反应。Ag纳米三角形通过化学式
2Ag+H2O2→2Ag+2OH-
被样品中的H2O2侵蚀。
完成化学反应并在微通道中获得稳定的光学特性需要不到10秒。再通过超连续白激光(Fianium，WhiteLase SC400)检测溶液，并且通过多模光纤接收信号。然后通过包括CCD(Andor，Newton 920)和Andor's Shamrock成像光谱仪(Andor，Shamrock 303i)的光谱仪***获得光谱。通过检测消光光谱，可以测量和确认海水样品中的DO浓度。
在25℃下，通过调节流动注射分析仪的两个泵的流速，调节氮饱和液体与氧饱和液体的比率，可以获得不同溶解氧浓度的溶液。在不同的溶解氧浓度下测量光谱曲线的变化，如图5(a)所示。纳米棱柱溶液和水样的流量比(R) 固定为1，水样的pH固定为8，SPR峰值偏移(Δλ)与DO浓度的对应关系如图5(b)所示。在SPR峰值位移和DO浓度之间形成线性关系。通过改变流量比R，在SPR峰值位移和DO浓度之间获得另一个线性对应关系，如图5(c)所示。高可重构性是光流控***的最大优势之一。通过简单地调整银纳米棱柱流量和水样流量之间的比率(R)，可以实时动态地实现DO的检测范围从0到32mg/L的连续调节，在确定的实验条件下，每5分钟测量溶解氧浓度为0.5mg/L的溶液。在20次测量后，获得标准偏差s＝0.04。采用 3的信噪比，使***检测限可以达到D＝0.64ug/L。
本实施例中的光流控水体溶解氧探测器，与传统的检测方式相比，具有测量精度高(检测限达到0.64ug/L)，样品和试剂消耗量少(100微升)，快速处理和检测过程(20秒)、尺寸小(2*5厘米)，成本低，并行处理样品，可调节检测范围(0-32mg/L)，易于集成等优点。该探测器可以克服传统设备在实际应用中的不足，在水环境监测领域具有重要的应用前景。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，包括：第一PDMS片和第二PDMS片；所述第一PDMS片上印制沟道结构；所述第一PDMS片设置在所述第二PDMS片上，且所述第一PDMS片印制有沟道结构的一侧与所述第二PDMS片接触；
所述沟道结构包括银纳米三角形合成模块、水样品预处理模块和光学检测模块；所述水样品预处理模块分别与所述银纳米三角形合成模块、所述光学检测模块连通；所述银纳米三角形合成模块用于合成银纳米三角形溶液；所述水样品预处理模块用于将所述银纳米三角形溶液与被测样品混合并发生反应，得到携带被测信息溶液；所述光学检测模块用于对所述携带被测信息溶液进行检测，得到所述被测样品中的溶解氧浓度；
所述银纳米三角形合成模块包括第一流体入口部、第一混合部和第一反应部；所述第一流体入口部用于将多种第一反应溶液注入所述第一混合部；所述第一混合部是由多个折线结构组成的通道，所述第一混合部用于使多种所述第一反应溶液混合；所述第一反应部是由多个蛇形结构组成的通道，所述第一反应部用于使多种所述第一反应溶液发生反应，得到所述银纳米三角形溶液；多种第一反应溶液包括硝酸银溶液、柠檬酸钠溶液、过氧化氢溶液和硼氢化钠溶液；
所述水样品预处理模块包括第二流体入口部、第二混合部和第二反应部；所述第二流体入口部用于将所述银纳米三角形溶液、被测样品和多种第二反应溶液注入所述第二混合部；所述第二混合部是由多个折线结构组成的通道，所述第二混合部用于使所述银纳米三角形溶液、所述被测样品和多种所述第二反应溶液混合；所述第二反应部是由多个蛇形结构组成的通道，所述第二反应部用于使所述银纳米三角形溶液、所述被测样品和多种所述第二反应溶液发生反应，得到所述携带被测信息溶液；多种第二反应溶液包括葡萄糖氧化酶溶液和葡萄糖溶液；
所述光学检测模块包括液体吸收池和光纤接入口；所述液体吸收池与所述第二反应部连通；所述光纤接入口用于通过多模光纤与光谱仪***连接；所述多模光纤用于将连续白激光导入所述液体吸收池中，所述连续白激光照射所述携带被测信息溶液后，形成光信号；所述光信号经所述多模光纤传输至所述光谱仪***；所述光谱仪***用于确定所述被测样品中的溶解氧浓度。
2.根据权利要求1所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，所述第一流体入口部包括四个流体入口，分别为第一流体入口、第二流体入口、第三流体入口和第四流体入口；四个流体入口分别连接对应的微量注射泵；所述微量注射泵用于控制对应流体入口的注入流速；
所述第一流体入口用于注入所述硝酸银溶液；所述第二流体入口用于注入所述柠檬酸钠溶液；所述第三流体入口用于注入所述过氧化氢溶液；所述第四流体入口用于注入所述硼氢化钠溶液。
3.根据权利要求2所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，所述第一混合部包括两组折线回转通道，分别为第一折线回转通道和第二折线回转通道；
所述第一折线回转通道的起点分别与所述第一流体入口、所述第二流体入口和所述第三流体入口连通，所述第一折线回转通道的终点与所述第四流体入口连通；所述第二折线回转通道的起点与所述第四流体入口连通，所述第二折线回转通道的终点与所述第一混合部的起点连通；所述第一折线回转通道用于使所述硝酸银溶液、所述柠檬酸钠溶液和所述过氧化氢溶液混合，得到第一混合溶液；所述第二折线回转通道用于使所述第一混合溶液与所述硼氢化钠溶液混合。
4.根据权利要求1所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，所述第二流体入口部包括三个流体入口，分别为第五流体入口、第六流体入口和第七流体入口；三个流体入口分别连接对应的微量注射泵；所述微量注射泵用于控制对应流体入口的注入流速；
所述第五流体入口用于注入所述被测样品；所述第六流体入口用于注入所述葡萄糖氧化酶溶液；所述第七流体入口用于注入所述葡萄糖溶液。
5.根据权利要求4所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，所述第二混合部包括包括两组折线回转通道，分别为第三折线回转通道和第四折线回转通道；
所述第三折线回转通道的起点分别与所述第五流体入口、所述第六流体入口和所述第七流体入口连通，所述第一折线回转通道的终点与所述第一混合部的终点和所述第四折线回转通道的起点连通；所述第四折线回转通道的终点与所述第二混合部的起点连通；所述第三折线回转通道用于使所述被测样品、所述葡萄糖氧化酶溶液和所述葡萄糖溶液混合，得到第二混合溶液；所述第四折线回转通道用于使所述第二混合溶液与所述银纳米三角形溶液混合。
6.根据权利要求1所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，所述光学检测模块还包括流体出口；
所述流体出口与所述液体吸收池连通，所述流体出口用于将所述携带被测信息溶液流出至废液瓶。
7.根据权利要求2所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，每个所述流体入口均依次通过不锈钢针头、毛细硅胶管、注射器与对应的微量注射泵连接；
所述不锈钢针头的一端***所述流体入口，所述不锈钢针头的另一端连接所述毛细硅胶管的一端；所述毛细硅胶管的另一端连接所述注射器；所述注射器设置在所述微量注射泵上；所述微量注射泵用于控制所述注射器的注入流速。
8.根据权利要求1所述的一种光流控水体溶解氧探测器，其特征在于，所述光谱仪***包括光谱仪和CCD相机；
所述光谱仪与所述多模光纤连接，所述光谱仪用于接收所述光信号，并对所述光信号按照波长进行分离，得到分离后的光信号；所述CCD相机与所述光谱仪连接，所述CCD相机用于对所述分离后的光信号进行检测，得到光谱；所述光谱用于确定所述被测样品中的溶解氧浓度。
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