[发明专利]一种环境危险物监测与预警系统及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于微流控芯片技术的环境危险物监测与预警系统，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，对环境危险物进行检测与预警。

背景技术

随着中国经济持续快速的发展，工农业危险废物和城市生活垃圾的剧增，以及农药和化肥的大量使用，人类赖以生存的土壤、水体等环境遭受到了严重的工农业危险废物、重金属以及有毒有害化合物的污染和危害，并呈加剧趋势，已经成为目前我国各大中城市所面临的主要环境问题之一。危险废物通常是指具有毒性、易燃性、爆炸性、腐蚀性、化学反应性和传染性、对生态环境和人类健康构成严重危害的废物。危险废物具有潜在性与长期性，若不加以严格控制和管理，会对地下水、空气、土壤造成严重污染，甚至可直接危害人群健康及生命安全。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环境保护、常规监测和预警防范，然而，优质的自动监测与预警系统和污染源实时在线连续监测与预警系统却十分缺乏，我国环境危险物监测仪器多是中小型企业生产，产品基本集中在中低档次，远不能适应目前环境检测、应急与预警工作发展的需要。发展环境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。目前环境危险物监测与预警系统包括应急监测指挥车、环境空气监测车、气体污染监测车、水质污染监测车各1台，以及相应的仪器设备、中控站和应急监测系统运行指挥软件等，是一个包括中控站、指挥系统和应急车“三位一体”的应急监测工作体系。环境危险物种类繁多，目前的环境危险物监测与预警系统所需设备繁多、成本较高、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，对环境危险物在线实时监测、应急和预警迫在眉睫，人们迫切希望拥有一种能对环境危险物进行连续、快速、在线监测的综合性自动化系统。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环境危险物监测与预警系统，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，对环境进行分析和监测，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环境危险物监测与预警系统，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环境危险物。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，形成环境危险物监测与预警系统，实现环境危险物常规监测、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，对环境危险物进行分析和监测。

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，组装成环境危险物监测与预警系统。

本发明中，环境危险物监测与预警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。