一种空气真菌病害孢子微流控SERS采集系统及方法

本发明涉及孢子分离检测，尤其涉及一种空气真菌病害孢子微流控sers采集系统及方法。

背景技术：

1、作物气传病害发生并且进行大面积的病害传播发生之前，首先进行的是气传病害孢子随着空气中的气流传播，孢子通过扩散附着寄主，进而萌发侵染显现病害的症状。当前孢子捕捉器主要分为固定式孢子捕捉器和可移动式孢子捕捉器，传统的固定式孢子捕捉器采用固定支架固定于地面，孢子捕捉器只能固定在一个位置对空气中的孢子进行采集，往往采集的效率较低，并且采集数据不全面，而可移动式孢子捕捉器虽然能够移动采集，但无法采集不同的高度的孢子，同样存在采集的数据不完全的问题。孢子传统检测方法如形态鉴别、分离培养鉴别和聚合酶链式反应（pcr）等方法，但是空气中杂质和孢子种类众多，存在前期处理复杂、抗干扰能力差、检测耗时长和准确性差等缺点，难以在线检测。因此，现急需开发一种能够灵活、精准的采集孢子相关数据系统。

技术实现思路

1、鉴于以上现有技术的缺陷，本发明提供一种空气真菌病害孢子微流控sers采集系统及方法，以解决孢子相关数据采集不方便、数据不准确的技术问题。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供了一种空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，包括：微流控纯化模块，用于对抽取的气体进行分离富集，得到富集的孢子；sers传感模块，用于将富集的孢子和增强粒子进行混合，得到被测溶液；光谱采集模块，用于采集所述被测溶液的光谱后输出；以及控制模块，所述控制模块与所述微流控纯化模块、sers传感模块以及所述光谱采集模块电连接，用于控制这些模块的启停时序。

3、于本发明一实施例中，所述微流控纯化模块包括第一通道、第二通道、第三通道、富集区、杂质区以及微气泵；所述第一通道的一端与空气连通，另一端分离为两个所述第二通道；所述第二通道的另一端分离为两个所述第三通道；四个所述第三通道的另一端分别连接三个所述富集区和一个所述杂质区；所述富集区用于收集空气中的孢子，所述杂质区用于收集分离出的杂质并排出；所述微气泵连通所述第一通道，用于在所述微流控纯化模块中产生负压。

4、于本发明一实施例中，所述sers传感模块包括二次纯化单元、混合单元、加压单元以及检测通道，所述二次纯化单元用于二次纯化所述微流控纯化模块收集的孢子，所述混合单元用于混合二次纯化后的孢子和增强粒子，以得到所述被测溶液，所述加压单元用于将所述被测溶液泵入所述检测通道中。

5、于本发明一实施例中，所述二次纯化单元包括纯化通道、第一注入器以及磁环，所述微流控纯化模块中的富集区和所述第一注入器连通所述纯化通道的一端、所述磁环套设于所述纯化通道的另一端，所述第一注入器用于向所述纯化通道中注入mnp@pnipamaa-cas溶液，所述mnp@pnipamaa-cas溶液与孢子结合并在经过所述磁环时被捕获，以实现孢子的二次纯化。

6、于本发明一实施例中，所述混合单元包括混合通道以及第二注入器，所述第二注入器连通所述纯化通道远离所述磁环的一端，所述混合通道的一端连接所述纯化通道设置所述磁环的一端，所述第二注入器用于注入银纳米增强粒子溶液，所述混合通道沿其长度方向具有若干转折以实现所述银纳米增强粒子溶液和二次纯化后的孢子的混合。

7、于本发明一实施例中，所述混合通道和所述检测通道之间通过缓存通道连通，且所述混合通道和所述检测通道均垂直连通所述缓存通道；所述加压单元连通所述缓存通道靠近所述混合通道的一端，经过所述混合通道混合得到的所述被测溶液缓存在所述缓存通道中，所述加压单元通过高压氮气将缓存的溶液导入所述检测通道中。

8、于本发明一实施例中，还包括清洁模块和废液收集模块；所述纯化通道、所述混合通道、所述缓存通道以及所述检测通道为一体式结构，所述纯化通道远离所述混合通道的一端连通所述清洁模块，所述清洁模块用于向所述纯化通道中泵入去离子水，去离子水沿一体式结构的各通道流过以清洗各通道，所述检测通道远离所述缓存通道的一端连通废液收集模块，用于收集检测和清洁过程中的废液。

9、于本发明一实施例中，所述光谱采集模块包括激光器和光谱仪，所述激光器发射出的激光与所述检测通道中的所述被测溶液发生反应，反应所产生的拉曼信号被所述光谱仪接收并转换为光谱数据后输出。

10、于本发明一实施例中，所述mnp@pnipamaa-cas溶液按如下步骤配置而成：将浓度为100mm的丙烯酸和磁性纳米颗粒，按照体积比5:1反应，经edc/nhs活化12小时后，得到mnp-aa溶液；将浓度为100mm的n-异丙基丙烯酰胺、浓度为100mm的丙烯酸、浓度为50mm的双(2-甲基丙烯)乙氧基二硫、浓度为100mm的十二烷基硫酸钠以及所述mnp-aa溶液，按照体积比60:3.4:12:1:20混合于容器中；向混合溶液中吹氮20分钟后，迅速加入浓度为10mm、体积占比为10的过硫酸铵；在超声波气氛下加热4小时后，再进行离心和纯化处理，得到mnp@pnipamaa溶液；将所述mnp@pnipamaa溶液经edc/nhs活化12小时后，加入浓度为10g/ml的卡泊芬净溶液，所述mnp@pnipamaa溶液和所述卡泊芬净溶液体积比为9:1；搅拌12小时后，再进行离心和纯化处理，得到所述mnp@pnipamaa-cas溶液。

11、为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供了一种空气真菌病害孢子微流控sers采集方法，包括：打开微流控纯化模块中的微气泵，使得孢子富集在富集区；打开第一注入器，向纯化通道中注入mnp@pnipamaa-cas溶液，经过预设的第一时间后关闭第一注入器；打开第二注入器，向纯化通道中注入增强粒子溶液，经过预设的第二时间后关闭第二注入器；打开加压单元，经预设的第三时间后关闭；打开激光器和光谱仪，采集光谱数据，经预设的第四时间后关闭；打开清洁模块中的微水泵，经过预设的第五时间后关闭；再次打开第一注入器进行下一次检测，直至检测完成后，关闭所述微流控纯化模块中的微气泵。

12、本发明的有益效果：本发明提出的一种空气真菌病害孢子微流控sers采集系统及方法，该装置通过微流控纯化模块以从物理方法上实现孢子的纯化，再通过sers传感单元自动制作可进行检测的溶液，最后利用光谱仪来采集溶液的拉曼光谱数据，这些模块体积都比较小巧，使得本系统可以部署在无人机上，方便在任意位置进行数据采集，同时，该采集过程是全自动的，无需人员参与，可大幅提高检测效率。

技术特征：

1.一种空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述微流控纯化模块包括第一通道、第二通道、第三通道、富集区、杂质区以及微气泵；所述第一通道的一端与空气连通，另一端分离为两个所述第二通道；所述第二通道的另一端分离为两个所述第三通道；四个所述第三通道的另一端分别连接三个所述富集区和一个所述杂质区；所述富集区用于收集空气中的孢子，所述杂质区用于收集分离出的杂质并排出；所述微气泵连通所述第一通道，用于在所述微流控纯化模块中产生负压。

3.根据权利要求1所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述sers传感模块包括二次纯化单元、混合单元、加压单元以及检测通道，所述二次纯化单元用于二次纯化所述微流控纯化模块收集的孢子，所述混合单元用于混合二次纯化后的孢子和增强粒子，以得到所述被测溶液，所述加压单元用于将所述被测溶液泵入所述检测通道中。

4.根据权利要求3所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述二次纯化单元包括纯化通道、第一注入器以及磁环，所述微流控纯化模块中的富集区和所述第一注入器连通所述纯化通道的一端、所述磁环套设于所述纯化通道的另一端，所述第一注入器用于向所述纯化通道中注入mnp@pnipamaa-cas溶液，所述mnp@pnipamaa-cas溶液与孢子结合并在经过所述磁环时被捕获，以实现孢子的二次纯化。

5.根据权利要求4所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述混合单元包括混合通道以及第二注入器，所述第二注入器连通所述纯化通道远离所述磁环的一端，所述混合通道的一端连接所述纯化通道设置所述磁环的一端，所述第二注入器用于注入银纳米增强粒子溶液，所述混合通道沿其长度方向具有若干转折以实现所述银纳米增强粒子溶液和二次纯化后的孢子的混合。

6.根据权利要求5所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述混合通道和所述检测通道之间通过缓存通道连通，且所述混合通道和所述检测通道均垂直连通所述缓存通道；所述加压单元连通所述缓存通道靠近所述混合通道的一端，经过所述混合通道混合得到的所述被测溶液缓存在所述缓存通道中，所述加压单元通过高压氮气将缓存的溶液导入所述检测通道中。

7.根据权利要求6所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，还包括清洁模块和废液收集模块；所述纯化通道、所述混合通道、所述缓存通道以及所述检测通道为一体式结构，所述纯化通道远离所述混合通道的一端连通所述清洁模块，所述清洁模块用于向所述纯化通道中泵入去离子水，去离子水沿一体式结构的各通道流过以清洗各通道，所述检测通道远离所述缓存通道的一端连通废液收集模块，用于收集检测和清洁过程中的废液。

8.根据权利要求3所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述光谱采集模块包括激光器和光谱仪，所述激光器发射出的激光与所述检测通道中的所述被测溶液发生反应，反应所产生的拉曼信号被所述光谱仪接收并转换为光谱数据后输出。

9.根据权利要求4所述的空气真菌病害孢子微流控sers采集系统，其特征在于，所述mnp@pnipamaa-cas溶液按如下步骤配置而成：

10.一种空气真菌病害孢子微流控sers采集方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种一种空气真菌病害孢子微流控SERS采集系统及方法，该系统包括微流控纯化模块，用于对抽取的气体进行分离富集，得到富集的孢子；SERS传感模块，用于将富集的孢子和增强粒子进行混合，得到被测溶液；光谱采集模块，用于采集被测溶液的光谱后输出；以及控制模块，控制模块与微流控纯化模块、SERS传感模块以及光谱采集模块电连接，用于控制这些模块的启停时序。微流控纯化模块从物理方法上实现孢子的纯化，SERS传感单元生成被测溶液，光谱仪采集溶液的拉曼光谱数据，这些模块体积都比较小巧，使得本系统可以部署在无人机上，方便在任意位置进行数据采集，该采集过程是全自动的，无需人员参与，可大幅提高检测效率。

技术研发人员：翁士状,杨瑞,吴叶杭,朱睿,汪聪,张盛羽,朱金辰,苌浩宇,刘玉龙,张明健,郑玲,赵晋陵,黄林生
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5