[发明专利]芯片级载气流速流向传感器及其检测控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统、低速气体流动检测以及可编程片上系统领域，具体设计一种适合微流控芯片——原子荧光在线联用的芯片级低速载气流速流向传感器及其检测、控制系统。

背景技术

以微机电系统(MEMS)的微细加工技术为基础发展的微流控芯片因其具有高集成度、高效、快速、微量等优点在生物分析、食品分析、化学分析和环境分析等领域得到了广泛的关注，已成为分析科学的研究前沿热点之一。作为微型全分析系统(Miniaturized Total Analysis Systems，uTAS)的一种核心技术，微流控芯片己经成功地与多种分析方法(如质谱检测、电化学检测和光学检测等)相结合用于各种分析检测。

近年来，针对于微流控芯片的在线联用技术研究主要集中在微流控器件与相关仪器的接口。如微流控器件和质谱仪(mass spectrometry，MS)之间的接口有电喷雾(Electrospray ionization，ESI)、基质辅助激光解吸电离(Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization，MALDI)等不同形式。目前仍然存在许多需要改进的地方。如现阶段许多成功地进行复杂微流控操作的器件都采用玻璃做为材料，难以方便地加工高集成度的ESI喷嘴，多通道的微型ESI喷嘴只能通过微制造技术在硅或塑料进行加工；南开大学化学学院分析科学研究中心李峰等选择XGY-1011A型非色散原子荧光光度计，针对芯片的集成化特点以及便于联用，抛弃了XGY-1011A原来的进样系统，通过直接在芯片上蚀刻了一条补充液通道，优化了芯片设计、芯片-原子荧光接口、气液分离器以及原子化器等,成功地消除了引入流体(补充液HCl、还原剂KBH4和氩气)对芯片电泳分离的不利影响，在不需对仪器结构进行改动的前提下实现微芯片电泳-原子荧光检测的联用；这种仅仅在微流控器件与检测仪器之间增加接口部件，很难实现真正意义上实现“芯片实验室”。

为此，以微流控芯片技术为基础，深入开展芯片电泳分离、芯片上在线联用技术的研究，对于进一步研究微流控芯片技术在生物、化学分析等领域的应用具有十分重要的意义。实现微流控芯片——原子荧光在线联用一体化集成实现痕量元素(如硒)快速检测的一个关键因素就是如何有效地实现载气小剂量的有效控制，载气低速流速测量，这将直接关系到后续痕量元素能否有效检测。如载气流速低可能导致氢化物释放不完全或原子化效率低，从而使信号强度较弱，不能起到载气的作用。但如果载气流速过高，则会产生稀释效应，同样造成信号强度减弱。针对于芯片级原子荧光在线联用分析系统而言，载气流速相对于传统流速而言非常低，不能用常规的流量计进行测量。因此，为了满足微流控芯片——原子荧光在线联用检测需要，契合微型全分析系统要求自动化、集成化、便携化的特点，如何设计适合微流控芯片——原子荧光在线联用的芯片级低速载气流速流向传感器及其检测、控制系统成为微流控芯片——原子荧光在线联用技术成为可能的关键所在。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于有效解决基于微流控芯片——原子荧光在线联用一体化集成检测痕量元素(如硒)所需载气超低流速的测量以及流向判别等关键技术问题，提供一种基于片上可编程系统技术构建芯片级载气流速流向传感器及其检测、控制系统。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，芯片级载气流速流向传感器，包括检测腔、微加热器、电流检测器、温度检测器、电流检测器、流向检测器、半导体制冷片及分布在检测腔腔体上的进/出气接口；

所述检测腔用于为载气流速流向判别提供检测空间；

所述微加热器，用于实现检测腔体内温度小范围精准控制；

所述半导体制冷片，用于实现检测腔体内温度大范围快速控制，以实现检测腔内温度快速恒定；

所述电流检测器，用于实现微加热器电流检测，以实现载气流速的快速测定；

所述流向检测器，用于实现传感器腔内载气流向的辨识；

所述温度检测器，用于实现检测腔内温度实时检测，作为检测腔内恒温控制依据。