CN109612890B - 一种微粒计数系统及应用、检测金属离子和微粒的方法 - Google Patents

Abstract

一种微粒计数系统，包括电路系统、液路驱动模块和微粒计数模块，液路驱动模块抽取水样运送到微粒计数模块，微粒计数模块对样品进行计数，电路系统控制液路驱动模块和微粒计数模块的正常工作；微粒计数模块中包括有一个流入槽、一个流出槽，流入槽和流出槽之间开设有一个微纳孔，微纳孔的直径是100um至0.1nm之间，微纳孔两侧的水仅仅通过微纳孔连通，流入槽内设有流入槽电极，流出槽内设有流出槽电极。本发明微粒计数的装置和控制方法，检测准确率高，耗费时间短。

Description

一种微粒计数系统及应用、检测金属离子和微粒的方法

技术领域

本发明涉及一种用于微粒计数的系统，可用于水质的在线检测、液体中微粒实验定量测量分析、血细胞分析的应用。

背景技术

近年来，水质成为人们关注的热点，水中含有的细菌、PM2.5、其他杂质颗粒，血细胞分析等领域，以现有的技术水平，检测准确率低，耗费时间长。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：克服现有微粒计数技术中检测准确率低，耗费时间长的缺陷，提供一种微粒计数的装置和控制方法，检测准确率高，耗费时间短。

为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种微粒计数系统，其包括电路系统、液路驱动模块和微粒计数模块，液路驱动模块抽取水样运送到微粒计数模块，微粒计数模块分析水样的质量参数，电路系统控制液路驱动模块和微粒计数模块的正常工作；

微粒计数模块中包括有一个流入槽、一个流出槽，流入槽和流出槽之间开设有一个微纳孔，微纳孔的直径是100um至0.1nm之间，微纳孔两侧的水仅仅通过微纳孔连通，流入槽内设有流入槽电极，流出槽内设有流出槽电极。

上述技术方案的进一步限定在于，当外界水样能够提供足够的水压时，液路驱动模块仅仅作为一个采集水样的管道。

为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种微粒计数系统，一种微粒计数系统，包括电路系统、液路驱动模块和微粒计数模块，液路驱动模块抽取水样运送到微粒计数模块，微粒计数模块分析水样的质量参数，电路系统控制液路驱动模块和微粒计数模块的正常工作；

微粒计数模块包括有流入槽、测量槽和流出槽，流入槽中设有流入槽电极，测量槽中设有测量槽电极，流出槽中设有流出槽电极，流入槽与测量槽之间开设有一个微纳孔A，流入槽与测量槽仅通过这个微纳孔A连通,测量槽与流出槽之间开设有一个微纳孔B，测量槽与流出槽仅通过这个微纳孔B连通，微纳孔A和微纳孔B的直径是100um至0.1nm之间；

水样进入流入槽后流入测量槽，再从测量槽流入流出槽。

上述技术方案的进一步限定在于，在流入槽电极与流出槽电极之间施加一个电压，同时在流出槽电极施加的电压保持与测量槽电极一致。

上述技术方案的进一步限定在于，流入槽电极接地，测量槽电极接入测量电路，流出槽电极上施加一个与测量槽电极完全相同的信号。

上述技术方案的进一步限定在于，把所述微粒计数模块并行排列，将所有流入槽电极短接在一起，将所有流出槽电极短接在一起，所有测量槽电极施加上与流出槽相同的电压信号，分别测量每一路测量槽电极上流过的电流，就能够测量出每一个通道的微纳孔A中通过的微粒数量和形态。

上述技术方案的进一步限定在于，当外界水样能够提供足够的水压时，液路驱动模块仅仅作为一个采集水样的管道。

为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种所述的微粒计数系统来检测溶液中金属离子的方法，包括下列步骤：

步骤1，将待检测样本用样本液过滤装置过滤，去除大尺寸微粒；

步骤2，将能够与待检测金属离子形成配合物或者螯合物的溶剂加入样本液；

步骤3，将混合液通过如所述微粒计数系统来测量配合物或者螯合物的数量，从而计算出溶液中金属离子的含量；

所述样本液过滤装置，有两个槽和一个分隔膜，分隔膜上有许多微纳孔，两个槽仅通过微纳孔连通，微纳孔的直径大于分析的目标离子，而小于目标离子的配合物和/或螯合物。

为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种用微粒计数系统来在线实时检测样品中微粒的方法，使用所述的微粒计数系统，实时测量单位时间内通过微粒计数模块的样品量，实时统计单位时间内微粒计数模块检测到的微粒数量，计算得到微粒计数的实时数据。

为了解决上述技术问题，本发明提出下列技术方案：一种微粒计数系统应用在血细胞分析中。

与现有技术相比，本发明具有下列有益效果：

1、使用微米级的微纳孔能够实现对水中的细菌、PM2.5、其他杂质颗粒的检测。当有细菌或颗粒通微纳孔时，流过微纳孔的电流会产生一个脉冲变化，通过检测这个脉冲变化，就能够检测通过微纳孔的细菌数量和形态。

2、当在待检测的水中加入一些特定的有机化合物，该有机化合物能够与特定的金属离子相结合，生成比原有机化合物大几倍或者几十倍的螯合物，通过测定单位体积内的螯合物的数量，就可以检测出水中离子的含量。

3、本发明中的多通道测量方案，可以在血细胞分析提高测量精度，缩短测量时间。

附图说明

图1是本发明微粒计数系统的结构示意图。

图2是本发明的微粒计数模块的结构图。

图3是本发明的微粒计数模块的另一个结构图。

图4是本发明的微粒计数模块的另一个结构图。

具体实施方式

请参阅图1至图4，一种微粒计数系统包括电路系统1、液路驱动模块2和微粒计数模块3。

图1中，粗黑线为液体管路，细黑线为电路。液路驱动模块2抽取水样运送到微粒计数模块3。液路驱动模块2从A处抽取水样，运送到B处，并提供水样从B处通过微粒计数模块3到达C处的动力。

当外界水样能够提供足够的水压时，液路驱动模块2也可以仅仅作为一个采集水样的管道。

微粒计数模块3能够分析水样的质量参数。

电路系统1控制液路驱动模块2和微粒计数模块3的正常工作。

如图2所示，微粒计数模块3中包括有一个流入槽32、一个流出槽34。流入槽32和流出槽34之间开设有一个微纳孔36。

样品从流入槽32流入，穿过微纳孔36，进入流出槽34。

流入槽32内设有流入槽电极322，流出槽34内设有流出槽电极342。

微纳孔36两侧的水仅仅通过微纳孔36连通。

微纳孔36的形状可以是任意图形，直径是100um至0.1nm之间。

样品从管路进入流入槽32后流入流出槽34，再从流出槽34回到管路。

当微纳孔36两侧的溶液上施加一个电压V时，有电流I流过微纳孔36。在惯性、重力、流体水压等作用下，水携带着水中的微粒通过这个微纳孔36，微粒通过时导致微纳孔36中的电导发生改变，通过微纳孔36的电流也发生改变。通过检测电流I的变化，就能够检测出通过微纳孔36的物质的形态和数量。通过统计这个数量，结合形态的分析，就能够给出样品的判断结果。

图3是对上述微粒计数模块3的一个改进方案。一种微粒计数模块（未标号）包括有流入槽31’、测量槽32’和流出槽33’。

流入槽31’中设有流入槽电极312’、 测量槽32’中设有测量槽电极322’,流出槽33’中设有流出槽电极332’。

流入槽31’与测量槽32’之间开设有一个微纳孔A，流入槽31’与测量槽32’仅通过这个微纳孔A连通。测量槽32’与流出槽33’之间开设有一个微纳孔B，测量槽32’与流出槽33’仅通过这个微纳孔B连通。

微纳孔A和微纳孔B的形状可以是任意图形，直径是100um至0.1nm之间。

样品从管路进入流入槽31’后流入测量槽32’，再从测量槽32’流入流出槽33’回到管路。

当在流入槽电极312’与流出槽电极332’之间施加一个电压，同时在流出槽电极332’施加的电压保持与测量槽电极322’一致。则此时，测量槽电极322’流过的电流全部来自于流过微纳孔A的电流。当有微粒通过微纳孔A时，电流发生变化，通过测量这个电流变化能够测量通过微纳孔A的微粒的数量和形态。

这种方式，能够防止外界的干扰，使测量更加精准。例如，当流入槽电极312’接地，测量槽电极322’接入测量电路，流出槽电极332’上施加一个与测量槽电极322’完全相同的信号。能够防止流出槽33’或流入槽31’以外的复杂电磁环境的干扰。

图3的检测装置还有一种多通道的应用方式：当把图3中的所示的模块并行排列，将所有流入槽电极312’短接在一起，将所有流出槽电极332’短接在一起，所有测量槽电极322’施加上与流出槽33’相同的电压信号，分别测量每一路测量槽电极322’上流过的电流，就能够测量出每一个通道的微纳孔A中通过的微粒数量和形态。

这样的设计能够实现高通量的测量，提高测量精度，缩短测量时间。

实施例一：

微粒计数系统的电路系统1采用计算机作为控制中枢，采用PCI扩展卡来实现对液路驱动模块2的控制和对微粒计数模块3的控制与数据采集。液路驱动模块2为一个液泵，通过特氟龙管将样品抽取并输送到微粒计数模块3，同时提供驱动样品穿过微粒计数模块3所需的压力，样品从微粒计数模块3出来之后通过特氟龙管再回到样品中。

微粒计数模块3主要由两个亚克力材料加工的腔体和一个带10um微纳孔的红宝石片组成，腔体一侧有一个比红宝石片略小的通孔，腔体在通孔处将红宝石片夹在中间，红宝石与腔体壁密闭连接，两个腔体仅通过红宝石的微纳孔连通。两个腔体中间分别有一个钯电极，用银线引出。两个腔体分别接一段特氟龙管。

液泵受PCI扩展卡控制，将压力泵到微粒计数模块的特氟龙管中，并提供5KPa的压力。两个银线电极接到PCI扩展卡，PCI扩展卡对两个电极提供一个10V的电压，同时测量电极上流入电流的变化。通过测量电流的变化，来分析样品中的微粒数量和形态。

实施例二：

微粒计数系统的电路系统1采用STM32F4系列MCU作为控制中枢，MCU的GPIO管脚采用达林顿开关管来实现对液路驱动模块2的控制和对微粒计数模块3的控制，MCU的SPI接口用于数据采集。从微粒计数模块3的测量槽电极过来的8个电流信号，经过I/V转换，滤波、放大，送入到AD7927芯片，MCU的SPI接口连接到AD7927，用于读取电流信号。

液路驱动模块2为一段特氟龙管，特氟龙管连接在家用自来水管中，将水样抽取并输送到微粒计数模块3，同时自来水的水压作为穿过微粒计数模块3所需的水压，水样从微粒计数模块3出来之后流向外界。

微粒计数模块3主要由两个亚克力材料加工的腔体C和D和两个带微纳孔的半导体晶片A和B组成，如图4所示。半导体晶片上的相同位置有规律排列着8个外围直径5um的微通孔，通孔两端的内壁上分别有电极引出。使两片晶片在微纳孔正对位置将两片晶片压合在一起，除微纳孔位置外其余区域密闭压和。将相同位置的微纳孔在接触面这一端的电极短接，作为测量槽电极，另外两个电极分别作为流入槽电极和流出槽电极。两个腔体一侧有一个比晶片略小的通孔，腔体在通孔处将两片晶片夹在中间，晶片与腔体壁密闭连接，两个腔体仅通过两片晶片的微纳孔连通。每个通道的流入槽电极、测量槽电极和流出槽均用银线引出。两个腔体分别接一段特氟龙管。

将所有流入槽电极接地，将所有测量槽电极接入电路用于检测测量槽电极的电流。同时对所有测量槽电极和流出槽电极提供一个5V的电压。通过测量每个测量槽电极电流的变化，就能够每个通道水样中的微粒数量和形态。实现8通道的高通量高速检测。

实施例三：

在做水样中汞离子含量的测定可以这样来检测，先将待检测水样用一个过滤装置过滤。

这个过滤装置由两个槽，两个槽之间有一个分隔膜，膜上有许多直径1nm的微纳孔，两个槽之间仅通过微纳孔连通。将待检测液体通过分隔膜，即过滤了大颗粒物。

将三联吡啶氨基酸加入过滤后的水样，再将水样用实施例二中的所述的微粒计数模块来测量，只是此时微粒计数模块中的微纳孔采用10nm的孔径，通过测量通过微粒计数模块的水量和汞离子配合物的特征电流变换的个数，就可以分析出水样中汞离子的含量。

Claims (7)

1.一种微粒计数系统，其特征在于，其包括电路系统、液路驱动模块和微粒计数模块，液路驱动模块抽取水样运送到微粒计数模块，微粒计数模块分析水样的质量参数，电路系统控制液路驱动模块和微粒计数模块的正常工作；

微粒计数模块包括有流入槽、测量槽和流出槽，流入槽中设有流入槽电极，测量槽中设有测量槽电极，流出槽中设有流出槽电极，流入槽与测量槽之间开设有一个微纳孔A，流入槽与测量槽仅通过这个微纳孔A连通,测量槽与流出槽之间开设有一个微纳孔B，测量槽与流出槽仅通过这个微纳孔B连通，微纳孔A和微纳孔B的直径是100um至0.1nm之间；

水样进入流入槽后流入测量槽，再从测量槽流入流出槽；

在流入槽电极与流出槽电极之间施加一个电压，同时在流出槽电极施加的电压保持与测量槽电极一致。

2.根据权利要求1所述的微粒计数系统，其特征在于，流入槽电极接地，测量槽电极接入测量电路，流出槽电极上施加一个与测量槽电极完全相同的信号。

3.根据权利要求1所述的微粒计数系统，其特征在于，把所述微粒计数模块并行排列，将所有流入槽电极短接在一起，将所有流出槽电极短接在一起，所有测量槽电极施加上与流出槽相同的电压信号，分别测量每一路测量槽电极上流过的电流，就能够测量出每一个通道的微纳孔A中通过的微粒数量和形态。

4.根据权利要求1所述的微粒计数系统，其特征在于，当外界水样能够提供足够的水压时，液路驱动模块仅仅作为一个采集水样的管道。

5.一种用权利要求1所述的微粒计数系统来检测溶液中金属离子的方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤1，将待检测样本用样本液过滤装置过滤，去除大尺寸微粒；

步骤2，将能够与待检测金属离子形成配合物或者螯合物的溶剂加入样本液；

步骤3，将混合液通过如所述微粒计数系统来测量配合物或者螯合物的数量，从而计算出溶液中金属离子的含量；

所述样本液过滤装置，有两个槽和一个分隔膜，分隔膜上有许多微纳孔，两个槽仅通过微纳孔连通，微纳孔的直径大于分析的目标粒子，而小于目标离子的配合物和/或螯合物。

6.一种用权利要求5所述的微粒计数系统来在线实时检测水中微粒的方法，其特征在于：使用所述的微粒计数系统，实时测量单位时间内通过微粒计数模块的水量，实时统计单位时间内微粒计数模块检测到的微粒数量，计算得到微粒计数的实时数据。

7.一种如权利要求1所述的微粒计数系统应用在血细胞分析中。

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