專利名稱：一種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統，該系統充分利用了微流控芯片易于將多個功能單元集成的特點，將微流控芯片作為分析處理核心，通過物理、化學或生物分析手段，整合微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統，對危險物進行分析和監(jiān)測，基于微流控芯片快速、高效分析檢測能力和其微型化、便攜性及易于集成的特點，快速檢測環(huán)境突發(fā)事件中產生的固體、液體及氣體危險物并實時遠程傳送分析數據結果，實現環(huán)境突發(fā)事件的快速應急與預警。
背景技術：
我國社會經濟迅速發(fā)展，但是由于生產力發(fā)展水平不均衡、工業(yè)的安全生產基礎 膠薄弱、工業(yè)企業(yè)布局嚴重不合理及對環(huán)境污染尤其是突發(fā)性環(huán)境污染事故的估計和準備不足，環(huán)境污染問題越來越引起人們的極大關注，特別是突發(fā)性環(huán)境事件的頻繁發(fā)生已經危害到了人們的生活而日益受到社會的重視。例如2008年，某一高速公路上運輸危險品火車起火，造成危險品泄漏，如不及時處理，將對附近區(qū)域造成惡劣環(huán)境危害事故，后果不堪設想；又如2009年，某公司生產原料儲罐發(fā)生泄漏，大量污染物流入河流，對下游飲用水水源安全構成威脅。對這些環(huán)境突發(fā)事件中的危險物進行應急檢測和預警，是環(huán)保部門對環(huán)境突發(fā)事件快速做出回應的關鍵，對盡量減少環(huán)境突發(fā)事件的危害有著極其重要的意義。目前環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統主要有以下兩種(I)現場采樣、實驗室分析、信息報送、決策應對；(2)移動車載式檢測儀器分析、信息報送、決策應對。第一響應是應急管理的基本原則，然而，目前環(huán)境危險物檢測設備檢測效率和檢測能力的不足，成了第一響應的發(fā)展瓶頸，直接導致突發(fā)事件響應速度和快速決策能力不足。目前的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統檢測儀器構件復雜、體積龐大、在線分析檢測能力差、單位時間處理分析樣品能力低、系統占地大、性價比低、應用功能單一、自動化程度低以及難以實現便攜性現場實時在線監(jiān)測。環(huán)境突發(fā)事件的頻發(fā)及快速應急與預警系統的落后，使得開發(fā)新一代的便攜式、集成化、網絡化的快速應急與預警系統就顯得十分重要。因此，開發(fā)有效的對環(huán)境突發(fā)事件泄漏的危險物進行連續(xù)、快速、在線檢測的便捷式檢測應急與預警系統已成為當務之急。近年來，微流控芯片作為一種新型的分析平臺，具有微型化、自動化、集成化、便捷和快速等優(yōu)點，已經在很多領域獲得了廣泛的應用，例如細胞生物學、分析化學、材料學、組織工程和微電子等領域。然而，將微流控芯片作為分析處理核心平臺的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統，通過物理、化學或生物分析手段，整合微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集卡、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統，對危險物進行分析和監(jiān)測，目前在應用領域尚未有實質性的突破
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是設計和制備一種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統，其特征在于該系統可以實時、快速、準確地分析監(jiān)測各類突發(fā)事件中產生的危險物，并且具有便攜化微型化的特點。將微流控芯片作為分析處理核心，通過物理、化學或生物分析手段，整合微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統，對危險物進行分析和監(jiān)測，基于微流控芯片快速、高效分析檢測能力和其微型化、便攜性及易于集成的特點，快速檢測環(huán)境突發(fā)事件中產生的固體、液體及氣體危險物并實時遠程傳送分析數據結果，實現環(huán)境突發(fā)事件的快速應急與預警。為實現上述目的，本發(fā)明采用以下的操作步驟I.用計算機輔助設計軟件(CAD)設計和繪制微流控芯片的微通道圖形。2.通過微加工技術在微流控芯片的基材表面制備CAD設計的微通道圖形。 3.將微流控芯片基材切割后得到上下兩片微流控芯片(5X5cm)，用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗后，自然晾干。4.將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元組裝在芯片系統內。5.將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元的輔助設備與上述各功能器件相連。6.將上下兩層芯片進行封合，組成芯片微全分析系統。7.將樣品微量采集裝置、分析檢測芯片系統和微機處理控制中心進行連接，組裝成環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統的核心部件是微流控芯片平臺。本發(fā)明中，微流控芯片基材可以是石英、玻璃、硅材料、高分子聚合物和金屬材料。本發(fā)明中，微流控芯片上的微通道可以通過數控銑刻、激光刻蝕、LIGA技術、模塑法、熱壓法、化學腐蝕，也可用軟刻蝕技術等微加工方法在芯片基材表面制備。本發(fā)明中，微流控芯片的微分析通道的尺寸可以是寬約200-400微米，深約20-50微米，長度約5-20毫米，微小的尺寸決定了所需要的被檢測樣品用量少。本發(fā)明中，微流控芯片上可以高度集成成百上千微通道陣列，能在短時間內大量分析危險物種類，并能快速準確地獲取其中污染物的種類與濃度信息，檢測效率是傳統方法的上百倍。本發(fā)明中，微流控芯片的封裝可以通過熱封合、膠黏劑封合、表面活化輔助封合、力致雙層粘性膜封合。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統的檢測機理可以是基于物理、化學或生物分析方法的各類檢測手段，取決于現場危險物的種類。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件產生的危險物檢測過程中的微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元是集成在小型微流控芯片上的相應功能區(qū)域。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以在微流控芯片平臺上實現集成式、多功能化、分析檢測、網絡化四個核心技術的整合。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以實現危險物常規(guī)監(jiān)測、應急分析和預警三大功能。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以檢測固體、液體、其體危險物。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統采用生物、化學及物理方法對危險物進行檢測，檢測功能單元集成于芯片上，檢測結果轉化為電信號，有電信號檢測分析裝置獲得檢測結果并傳遞給信息發(fā)送功能單元。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統在一塊芯片上可以同時實現多種固體、液體或氣體的分析和檢測。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以在一塊芯片上制備多個微通道，在單位時間內提高了對危險物的平行檢測能力。·
本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以進行定性和定量地檢測出待測危險物的種類和濃度。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統中的微流控芯片可以成批量進行生產，芯片個體差異小，提高了分析檢測的重復性。本發(fā)明中，環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以進行便捷地清洗，實現同種待測危險物的多次無妨礙分析與檢測以及不同種樣品間的無妨礙分析與檢測，降低了其檢測成本。本發(fā)明提出的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統，具有微型化、便攜性及易于集成，檢測時間短效率高，操作簡單、適用范圍廣、精確度高以及檢測成本低和操作自動化等特點，可以實現多種固體、液體或氣體危險物的分析與檢測。同時實時傳輸分析檢測結果，通過網絡遠程控制系統進行預警。該環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統為實現環(huán)境突發(fā)事件應對提供了重要理論基礎和技術突破。


將微流控芯片作為分析處理核心，通過物理、化學或生物分析手段，整合微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統圖I中a是上芯片的平面圖，b是粘性薄膜平面圖，c是下芯片的平面圖。圖I中，下芯片(a)主體由孔、微通道和單元窗口組成。微流體驅動裝置(A)，孔有進樣孔(固體Al、液體A2、氣體A3)，廢液孔(G)。微處理裝置(B)、微檢測分析裝置(C)、數據采集裝置(D)、電信號檢測分析裝置(E)和信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制(F)。圖I中，中芯片(b)主體是雙層力致粘性薄膜，放置于上下芯片間，進行芯片的封合。圖I中，上芯片(c)主體是各個功能單元與輔助設備連接口，微流體驅動裝置(A’)，進樣孔接口(固體Al’、液體A2’、氣體A3’)，廢液孔接口(G’)。微處理裝置(B’)、微檢測分析裝置(C’)、數據采集裝置(D’)、電信號檢測分析裝置(E’ )和信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制(F’)。微通道主要是微流體通道。圖2為本發(fā)明環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統的工作原理圖。
具體實施方案實施例I :
用計算機輔助設計(CAD)繪制微流控芯片的設計圖形，再用光刻-化學腐蝕法在上下兩片玻璃(5X5cm)的表面刻蝕出所需的微通道網絡。將玻璃用清潔劑、乙醇、去離子水、丙酮、乙醇清洗后，室溫晾干。將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元組裝在芯片系統內。將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元的輔助設備與上述各功能器件相連。將上下兩層芯片進行封合，組成芯片微全分析系統。將樣品微量采集裝置、分析檢測芯片系統和微機處理控制中心進行連接，組裝成環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統。實施例2 用計算機輔助設計(CAD)繪制微流控芯片的設計圖形，然后激光打印機將圖形打出作為光掩膜，再用準分子激光刻蝕機在有機高分子基材表面(如聚甲基丙烯酸甲酯)制備所需的芯片微通道網絡。將有機高分子基材切割后，用乙醇、去離子水、乙醇清洗后，自然 晾干，得到上下兩片有機高分子的芯片(5X5cm)。將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元組裝在芯片系統內。將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元的輔助設備與上述各功能器件相連。將上下兩層芯片進行封合，組成芯片微全分析系統。將樣品微量采集裝置、分析檢測芯片系統和微機處理控制中心進行連接，組裝成環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統。實施例3 用計算機輔助設計(CAD)繪制微流控芯片的設計圖形，用數控CNC微加工系統將所需的微通道網絡圖形銑刻加工于有機高分子基材表面(聚碳酸酯)。將有機高分子基材用清潔劑、去離子水、乙醇、去離子水、乙醇清洗后，自然晾干，得到上下兩片有機高分子的芯片(5X5cm)。將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元組裝在芯片系統內。將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元的輔助設備與上述各功能器件相連。將上下兩層芯片進行封合，組成芯片微全分析系統。將樣品微量采集裝置、分析檢測芯片系統和微機處理控制中心進行連接，組裝成環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統。
權利要求
1.一種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于將微流控芯片作為分析處理核心，基于微流控芯片快速、高效分析檢測能力和其微型化、便攜性及易于集成的特點，通過物理、化學或生物分析手段，整合微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統，快速檢測環(huán)境突發(fā)事件中產生的固體、液體及氣體危險物并實時遠程傳送分析數據結果，實現環(huán)境突發(fā)事件的快速應急與預警。
2.按權利要求I所述的一種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征步驟依次如下 (1)用計算機輔助設計軟件(CAD)設計和繪制微流控芯片的微通道圖形； (2)通過微加工技術在微流控芯片基材表面制備CAD設計的微通道圖形； (3)將微流控芯片基材切割后得到上下兩片微流控芯片(5X5cm)，用乙醇、去離子水、乙醇依次清洗后，自然晾干； (4)將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元組裝在芯片系統內； (5)將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元的輔助設備與上述各功能器件相連； (6)將上下兩層芯片進行封合，組成芯片微全分析系統； (7)將樣品微量采集裝置、分析檢測芯片系統和微機處理控制中心進行連接，組裝成環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統。
3.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于這種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統是基于微流控芯片的，微流控芯片可以成批量生產、多次重復使用、靈活設計與組裝。
4.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于這種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統的檢測機理是基于物理、化學或生物的分析手段。
5.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于將微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元組裝在芯片系統內。
6.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于這種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以實現集成式、多功能化、分析檢測、網絡化四個核心技術在微流控芯片平臺上的整合。
7.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于這種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以實現危險物常規(guī)監(jiān)測、應急分析和預警三大功能。
8.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于這種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以實現現場實時在線監(jiān)測功能。
9.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于這種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統可以檢測固體、液體、其體危險物。
10.按權利要求I或2所述的環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法，其特征在于該系統可以克服傳統環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統構件復雜、在線分析檢測能力差、單位時間處理分析樣品能力低、系統占地大、性價比低、應用功能單一等缺點，能夠便攜地移動，并在環(huán)境突發(fā)事件現場實施快速檢測及預警，在環(huán)境突發(fā)事件應急與預警領域具有廣闊的應 用前景。
全文摘要
一種環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統及其制備方法。該環(huán)境突發(fā)事件應急與預警系統的核心部件是微流控芯片平臺，整合微流體驅動、微處理裝置、微檢測分析裝置、數據采集裝置、電信號檢測分析裝置、信息發(fā)送裝置及網絡遠程控制等功能單元，形成芯片微全分析系統，基于微流控芯片快速、高效分析檢測能力和其微型化、便攜性及易于集成的特點，通過物理、化學或生物分析手段，快速檢測環(huán)境突發(fā)事件中產生的固體、液體及氣體危險物并實時遠程傳送分析數據結果，實現環(huán)境突發(fā)事件的快速應急與預警。
文檔編號G01N35/00GK102955038SQ20111023559
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年8月17日
發(fā)明者聶富強 申請人:上海汶昌芯片科技有限公司