本發(fā)明涉及作物病害檢測(cè)和微流控檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種用于作物病害孢子檢測(cè)的微流控芯片系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

作物真菌性病害和細(xì)菌性病害是引起作物組織壞死、腐爛、萎蔫、灼傷、潰瘍、組織增生等病害癥狀的病原菌。真菌孢子是真菌的主要繁殖器官，孢子在適宜條件下發(fā)芽，形成菌絲而進(jìn)行分裂繁殖，當(dāng)外界環(huán)境不適宜時(shí)，可以呈休眠狀態(tài)而生存很長(zhǎng)時(shí)間；細(xì)菌孢子為細(xì)菌在惡劣環(huán)境下所生成，由于細(xì)菌孢子的環(huán)境抗性很強(qiáng)，它們具有高度傳播性，當(dāng)環(huán)境適宜的時(shí)候，細(xì)菌孢子就會(huì)發(fā)芽。因此，檢測(cè)空氣中游動(dòng)孢子的種類和含量能為預(yù)測(cè)作物病害提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

微流控芯片具有體積小、反應(yīng)迅速、精確及試劑消耗量的優(yōu)點(diǎn)。中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510275959.0的文獻(xiàn)中公開了一種用于捕獲空氣中真菌孢子的微流控芯片，其特點(diǎn)是芯片內(nèi)含有氣體流動(dòng)通道和孢子截留通道，呈輻射狀排列，匯聚于芯片中央的抽氣孔，與往復(fù)泵相連接，并能夠通過與微流控芯片結(jié)合進(jìn)行分子生物學(xué)分析；但是孢子種類分離環(huán)節(jié)步驟繁瑣，需另設(shè)培養(yǎng)基洗脫芯片管道中的真菌孢子，使得后續(xù)數(shù)據(jù)處理較為困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的內(nèi)容是針對(duì)目前空氣包子檢測(cè)技術(shù)存在的缺陷，提出的一種用于作物病害孢子高精度檢測(cè)的集成微流控芯片系統(tǒng)，具備樣本微混合和游離孢子的分離以及分集功能，并能實(shí)時(shí)觀測(cè)到孢子的富集狀況，快速、便攜且自動(dòng)化程度高。

本發(fā)明一種用于作物病害孢子檢測(cè)的集成微流控芯片系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是：本發(fā)明設(shè)有一個(gè)暗盒，微流控芯片水平放置于暗盒內(nèi)部，微流控芯片由進(jìn)樣通道、氣體混合通道、恒流凈化通道、游離孢子分離通道以及游離孢子富集板塊組成，進(jìn)樣通道、氣體混合通道、游離孢子分離通道以及游離孢子富集板塊從左至右依次串聯(lián)，在游離孢子分離通道進(jìn)口端的前側(cè)方設(shè)有與外部氣流相通的恒流凈化通道，游離孢子分離通道的后側(cè)壁水平橫截面的輪廓線是拋物線形狀、前側(cè)壁是平板形，恒流凈化通道中的氣流作用于游離孢子分離通道進(jìn)口端，給進(jìn)入游離孢子分離通道的孢子群提供一個(gè)向后方的恒定氣流吹力，不同質(zhì)量的孢子在相同恒力的作用下以不同的加速度向游離孢子分離通道的后側(cè)壁方向做不同軌跡的拋物線形的運(yùn)動(dòng)；暗盒內(nèi)的頂部設(shè)置前后方向布置的滾珠絲桿，滾珠絲桿通過螺母組件的下端固定連接攝像頭，攝像頭懸置于游離孢子富集板塊的正上方且能沿滾珠絲桿前后移動(dòng)，攝像頭經(jīng)信號(hào)線連接于控制器。

進(jìn)一步地，暗盒內(nèi)部設(shè)有電機(jī)傳動(dòng)裝置，滾珠絲桿同軸連接電機(jī)傳動(dòng)裝置，電機(jī)傳動(dòng)裝置通過控制線連接控制器。

進(jìn)一步地，攝像頭在多個(gè)游離孢子富集板塊的正上方前后移動(dòng)，在每個(gè)游離孢子富集板塊上均勻涂有凡士林，游離孢子富集板塊的出口端連接位于暗盒外部的微型風(fēng)扇，微型風(fēng)扇通過控制線連接控制器。

本發(fā)明與已有方法和技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，只需開動(dòng)微型風(fēng)扇、微型逆流風(fēng)機(jī)以及內(nèi)置攝像頭持續(xù)工作即可自動(dòng)檢測(cè)，通過內(nèi)置攝像頭實(shí)時(shí)觀測(cè)到孢子的富集狀況，具有快速、便攜且自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，可用于針對(duì)空氣真菌的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)分析。

（2）本發(fā)明的芯片中分為五個(gè)獨(dú)立的通道，可同時(shí)對(duì)空氣中各個(gè)方向的氣體進(jìn)行精確的含量檢測(cè)。

（3）本發(fā)明的芯片內(nèi)進(jìn)樣通道設(shè)有獨(dú)特的超細(xì)障礙氣體混合結(jié)構(gòu)，并且由超細(xì)通道可對(duì)進(jìn)樣氣體產(chǎn)生一定的壓力，加快氣體的流速，讓氣體樣本在孢子分離環(huán)節(jié)前得到充分的混合。

（4）本發(fā)明能在整個(gè)檢測(cè)過程中實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化，孢子的分離過程和富集過程自動(dòng)進(jìn)行，采用液晶觸屏顯示，實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)一體化，集成化程度高，體積小。

（5）本發(fā)明的攝像頭的圖像采集采用滾珠絲桿進(jìn)行定位，精確度高，效率高，并且此傳動(dòng)元件具有可逆性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種用于作物病害孢子檢測(cè)的集成微流控芯片系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中微流控芯片的結(jié)構(gòu)放大示意圖；

圖3是圖2的俯視結(jié)構(gòu)以及工作原理示意圖；

圖4是圖2中氣體混合通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及工作原理示意圖；

圖5是圖2中恒流凈化通道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大示意圖。

圖中各部件的序號(hào)和名稱：1：暗盒，2：微流控芯片，3：微型風(fēng)扇，4：滾珠絲桿，5：攝像頭，6：控制器，7：液晶顯示屏，8：螺母組件，9：暗盒側(cè)蓋，10：進(jìn)樣通道，11：游離孢子富集板塊，12：氣體混合通道，13：恒流凈化通道，14：游離孢子分離通道，15：對(duì)接口，16：凡士林，17：擋板，18：軸承部件，19：電機(jī)傳動(dòng)裝置，20：微型逆流風(fēng)機(jī)，21：初效過濾膜，22：中效過濾膜，23：高效過濾膜。

具體實(shí)施方式

參見1，本發(fā)明設(shè)有一個(gè)暗盒1，暗盒1外部的右側(cè)設(shè)微型風(fēng)扇3。微流控芯片2水平放置于暗盒1的內(nèi)部，微流控芯片2通過暗盒1右側(cè)壁上的小孔實(shí)現(xiàn)與外部的微型風(fēng)扇3相連接。在暗盒1內(nèi)的頂部?jī)?nèi)置滾珠絲桿4，滾珠絲桿4的絲桿軸是前后方向布置，滾珠絲桿4的前后端分別通過軸承部件18連接暗盒1。滾珠絲桿4配合連接螺母組件8，螺母組件8的下端固定連接攝像頭5，滾珠絲桿4通過與之配合的螺母組件8連接攝像頭5，使攝像頭5懸掛在滾珠絲桿4下方和微流控芯片2的上方。

在暗盒1的頂面設(shè)有控制器6和液晶顯示屏7，控制器6通過控制線連接微型風(fēng)扇3，控制微型風(fēng)扇3的啟停。在暗盒1的內(nèi)部還設(shè)置電機(jī)傳動(dòng)裝置19，電機(jī)傳動(dòng)裝置19包含有電機(jī)，電機(jī)通過輸出軸同軸連接滾珠絲桿4，且通過控制線連接控制器6，控制器6控制電機(jī)傳動(dòng)裝置19工作，帶動(dòng)滾珠絲桿4轉(zhuǎn)動(dòng)，攝像頭5在滾珠絲桿4和螺母組件8的作用下能沿滾珠絲桿4的軸向前后移動(dòng)。控制器6通過信號(hào)線分別連接液晶顯示屏7與攝像頭5，攝像頭5采集到的畫面信息傳輸至控制器6，控制器6將處理后的結(jié)果通過液晶顯示屏7顯示。在暗盒1的左側(cè)壁上開有安裝暗盒側(cè)蓋9的孔，暗盒側(cè)蓋9用于微流控芯片2的安裝操作。

參見圖2和圖3，微流控芯片2總體由進(jìn)樣通道10、氣體混合通道12、恒流凈化通道13、游離孢子分離通道14以及游離孢子富集板塊11組成。進(jìn)樣通道10、氣體混合通道12、游離孢子分離通道14以及游離孢子富集板塊11從左至右依次串聯(lián)，進(jìn)樣通道10的出口端緊密連接著氣體混合通道12的進(jìn)口端，氣體混合通道12的出口端再緊密連接著游離孢子分離通道14的進(jìn)口端。其中有5個(gè)進(jìn)樣通道10，這5個(gè)進(jìn)樣通道10都是圓柱形管道，兩兩互相垂直，這5個(gè)進(jìn)樣通道10的進(jìn)口端分別通過暗盒1的前側(cè)壁、后側(cè)壁、上壁、下壁、左壁的小孔與外界大氣相通，可同時(shí)對(duì)空氣中各個(gè)方向的氣體進(jìn)氣，便于精確地檢測(cè)。這5個(gè)進(jìn)樣通道10的出口端同時(shí)緊密連接著氣體混合通道12。在游離孢子分離通道14進(jìn)口端的前側(cè)方設(shè)有恒流凈化通道13，恒流凈化通道13前后布置，恒流凈化通道13的前端與外部氣流相通，后端連接且連通游離孢子分離通道14的進(jìn)口端。平穩(wěn)的氣流是從外部加進(jìn)恒流凈化通道13中，再在恒流凈化通道13中設(shè)置過濾膜等起凈化作用，氣流經(jīng)恒流凈化通道13進(jìn)行凈化處理后進(jìn)入游離孢子分離通道14中。游離孢子分離通道14出口端經(jīng)管道連接游離孢子富集板塊11，有多塊游離孢子富集板塊11前后并列擺放，游離孢子分離通道14出口端分多個(gè)前后并列的支路，一個(gè)支路分別連接一塊游離孢子富集板塊11。游離孢子富集板塊11的數(shù)量與所檢測(cè)孢子的種類相同（圖2和圖3中僅示出了3塊游離孢子富集板塊11）。

攝像頭5懸置于游離孢子富集板塊11的正上方，在多個(gè)游離孢子富集板塊11的正上方前后移動(dòng)，使攝像頭5分別對(duì)準(zhǔn)多個(gè)游離孢子富集板塊11，對(duì)游離孢子富集板塊11進(jìn)行圖像采集。此外，在每個(gè)游離孢子富集板塊10上均勻涂有凡士林16，便于實(shí)現(xiàn)孢子的富集。游離孢子富集板塊11的出口端連接對(duì)接口15，通過對(duì)接口15連接外部的微型風(fēng)扇3。

游離孢子分離通道14的后側(cè)壁是拋物線形的側(cè)壁，即游離孢子分離通道14的后側(cè)壁的水平橫截面的輪廓線是拋物線形狀，而前側(cè)壁采用的是平板形的側(cè)壁。恒流凈化通道13的后端出口端連接于游離孢子分離通道14的進(jìn)口端處。當(dāng)空氣孢子經(jīng)過氣體混合通道12到達(dá)游離孢子分離通道14的進(jìn)口端處時(shí)，從恒流凈化通道13后端出口端的平穩(wěn)凈化氣流作用于游離孢子分離通道14的進(jìn)口端，給剛進(jìn)入游離孢子分離通道14的孢子群提供一個(gè)向后方的恒定氣流吹力，根據(jù)牛頓第二定律，不同質(zhì)量的孢子在相同恒力的作用下會(huì)以不同的加速度向游離孢子分離通道14的后側(cè)壁方向做不同軌跡的拋物線形的運(yùn)動(dòng)，如圖3中游離孢子分離通道14內(nèi)的箭頭所示，如此達(dá)到分離不同質(zhì)量孢子的目的。

參見圖4，氣體混合通道12采用斜坡式級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)，每級(jí)通道的內(nèi)側(cè)壁上都設(shè)置擋板17，擋板17沿通道方向周期性布置，相鄰的兩個(gè)擋板17分別位于對(duì)面的內(nèi)側(cè)壁上。通道較窄部位氣流流速大，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)小，而較寬部位氣流流速小，所產(chǎn)生的壓強(qiáng)大，起到止回流作用，可使氣體混合通道12中的空氣孢子得到充分的混合。

參見圖5，在恒流凈化通道13內(nèi)部，從其前端進(jìn)口端至后端出口端之間依次設(shè)有微型逆流風(fēng)機(jī)20、初效過濾膜21、中效過濾膜22和高效過濾膜23。微型逆流風(fēng)機(jī)20卡放在恒流凈化通道13的進(jìn)口端，微型逆流風(fēng)機(jī)20經(jīng)控制線連接控制器6，由控制器6控制微型逆流風(fēng)機(jī)20工作。在通道內(nèi)部依次內(nèi)置初效過濾膜21、中效過濾膜22和高效過濾膜23，用以凈化微型逆流風(fēng)機(jī)20輸送至微流控芯片2的空氣，減小平穩(wěn)氣流提供恒力檢測(cè)時(shí)帶來的誤差。

參見圖1-5，本發(fā)明一種用于作物病害孢子高精度檢測(cè)的集成微流控芯片系統(tǒng)工作時(shí)，首先人工手動(dòng)開啟暗盒側(cè)蓋9，將空白微流控芯片2手動(dòng)裝入暗盒1中并固定好。由控制器6啟動(dòng)微型風(fēng)扇3進(jìn)行抽氣，3min后暫停抽氣，空氣中的孢子從進(jìn)樣通道10進(jìn)入微流控芯片2，在氣體混合通道12中充分混合，在進(jìn)入游離孢子分離通道14時(shí)，受到來自恒流凈化通道13的恒定氣流力，根據(jù)牛頓第二定律，不同質(zhì)量的孢子將沿不同軌跡運(yùn)動(dòng)，以達(dá)到在游離孢子分離的目的，游離孢子分離通道14中的孢子通過凡士林16粘附在不同的游離孢子富集板塊11上?？刂破?控制電機(jī)傳動(dòng)裝置19工作，調(diào)整攝像頭5的前后位置，攝像頭5的前后移動(dòng)，分別移動(dòng)到多塊游離孢子富集板塊11的正上方，對(duì)多塊游離孢子富集板塊11進(jìn)行圖像采集，圖像采集信息輸入至控制器6中，控制器6對(duì)圖像采集信息進(jìn)行位置灰度化處理，采用常規(guī)的計(jì)數(shù)方法來計(jì)算出三種不同空氣孢子的濃度，并且將孢子的濃度通過液晶顯示屏7顯示，以此獲得作物病害的程度。