一種水中微囊藻毒素智能檢測系統(tǒng)，本發(fā)明涉及富營養(yǎng)化水體中微囊藻毒素的檢測技術(shù)領(lǐng)域，同時還涉及一種微囊藻毒智能檢測裝置，該智能檢測系統(tǒng)適用于受藍(lán)藻水華污染的自然水體中微囊藻毒素的人工智能化快速檢測。

背景技術(shù)：
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水體富營養(yǎng)化是我國目前及以后相當(dāng)長一段時期內(nèi)面臨的重大水環(huán)境問題。水體的富營養(yǎng)化直接導(dǎo)致藍(lán)藻的大量生長，產(chǎn)生“水華”現(xiàn)象。而微囊藻屬于其中分布最廣泛的一種藍(lán)藻，大約75％微囊藻水華產(chǎn)生微囊藻毒素(Microcystin，MC)。

微囊藻毒素可通過對肝臟中的肝細(xì)胞和肝巨噬細(xì)胞的作用，抑制肝細(xì)胞中蛋白磷酸酶的活性，誘發(fā)巨噬細(xì)胞中腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素-1，導(dǎo)致疾病產(chǎn)生；高濃度時，可引起急性反應(yīng)如肝炎癥、肝出血，甚至肝壞死。家畜及野生動物飲用了含藻毒素的水后，會出現(xiàn)腹瀉、乏力、厭食、嘔吐、嗜睡、口眼分泌物增多等癥狀，甚至死亡。病理病變有肝臟腫大、充血或壞死，腸炎出血、肺水腫等。對于人類健康，微囊藻毒素也具有很大危害性。人們在洗澡、游泳及其他水上休閑和運(yùn)動時，皮膚接觸含藻毒素水體可引起敏感部位(如眼睛)和皮肽過敏；少量喝入可引起急性腸胃炎；長期飲用則可能引發(fā)肝癌。醫(yī)學(xué)部門已發(fā)現(xiàn)飲水中微量微囊藻毒素與人群中原發(fā)性肝癌的發(fā)病率有很大相關(guān)性。此外，微囊藻毒素對水生動物也有影響。含一定濃度藻毒素的水體可使魚卵變異，蚤類死亡，魚類行為及生長異常，水華暴發(fā)也常使大量水生生物死亡。

目前對微囊藻毒素的檢測方法有多種，最常用的方法是高效液相色譜法、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法、薄層層析法、酶聯(lián)免疫分析法(ELISA)等，這些方法雖然靈敏可靠，但普遍存在儀器昂貴、前處理手續(xù)繁雜、不易實(shí)現(xiàn)人工智能化等不足。

分子印跡技術(shù)是一種多學(xué)科交叉的新型技術(shù)、涉及材料科學(xué)、高分子合成和生物化學(xué)等領(lǐng)域，其特點(diǎn)是分子識別和專一性結(jié)合。結(jié)合分子印跡技術(shù)的智能檢測裝置利用分子印跡的專一性識別功能，具有很高的靈敏性和選擇性。隨 著人們對環(huán)境檢測技術(shù)和設(shè)備要求的不斷提高，檢測設(shè)備的智能化成為未來發(fā)展的必然趨勢。結(jié)合分子印跡技術(shù)的智能檢測裝置因其獨(dú)特的優(yōu)勢更加便于實(shí)現(xiàn)環(huán)境指標(biāo)檢測的遠(yuǎn)程化和自動化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題在于提供一種智能化快速檢測微囊藻毒素的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括傳感探頭、自動采樣系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、控制模塊和終端設(shè)備幾部分。其中分子印跡傳感探頭包含支撐柱和檢測芯片兩部分，檢測芯片由金基底、自組裝在金基底表面的鉑納米粒子以及修飾在最外層的分子印跡納米顆粒的三層“夾心”結(jié)構(gòu)組成。該智能檢測裝置通過自動取樣系統(tǒng)從不同取樣點(diǎn)自動取樣，通過分子印跡傳感探頭上分子印跡顆粒的專一性識別功能快速專一性識別水體中的微囊藻毒素污染物，溶液中濃度變化產(chǎn)生的化學(xué)信號轉(zhuǎn)換成電信號匯集到數(shù)據(jù)采集模塊，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊的處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號由數(shù)據(jù)輸出模塊輸出到終端設(shè)備。

其中控制系統(tǒng)可以根據(jù)終端設(shè)備發(fā)出的指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，包括開關(guān)設(shè)備、控制采樣點(diǎn)的數(shù)量等。

GPRS定位通訊模塊用于無線傳輸檢測數(shù)據(jù)到達(dá)移動終端，例如手機(jī)等設(shè)備，并且可通過移動終端對智能檢測系統(tǒng)下達(dá)指令。

終端設(shè)備連接有電容型可觸控式顯示屏和語音提示裝置，操作人員可以通過觸摸屏對智能檢測系統(tǒng)下達(dá)指令并顯示檢測數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測數(shù)據(jù)超出閾值時由控制系統(tǒng)發(fā)出指令使語音提示裝置發(fā)出警告。終端設(shè)備同時與控制系統(tǒng)相連，當(dāng)通過終端下達(dá)指令后，控制系統(tǒng)接受指令并對智能檢測裝置的各項(xiàng)動作進(jìn)行控制。

自動采樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為多通道蠕動泵連接數(shù)根輸送細(xì)管，其能夠?qū)⒆匀凰w中不同采樣位點(diǎn)的樣品傳送到各自對應(yīng)的檢測樣品池，經(jīng)傳感探頭進(jìn)行檢測。

數(shù)據(jù)采集模塊將傳感探頭產(chǎn)生的電信號收集并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理模塊。

數(shù)據(jù)處理模塊將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳送到數(shù)據(jù)輸出模塊。

數(shù)據(jù)輸出模塊將得到的數(shù)字信息以數(shù)據(jù)包的方式傳輸?shù)浇K端設(shè)備。

所述的分子印跡傳感探頭表面固定的分子印跡納米顆粒其微囊藻毒素模板分子、功能單體、交聯(lián)劑、引發(fā)劑、致孔劑之間的比例為比例1∶10～25∶ 50～70∶1～2∶500～1000。使用的功能單體為甲基丙烯酸或丙烯酰胺中的至少一種，所述的交聯(lián)劑為二甲基丙烯酸乙二醇酯和二乙烯基苯中的一種，所述熱引發(fā)劑為偶氮二異丁腈，致孔劑為乙腈或二氯乙烷中的至少一種。

所述傳感芯片表面修飾的分子印跡納米顆粒，洗脫模板分子采用的方法是使用9∶1的甲醇-乙酸溶液超聲洗滌12-24h至模板分子在洗脫溶中檢測不到。

所述的微囊藻毒素分子印跡傳感探頭，其特征在于分子印跡納米顆粒在傳感探頭上的固定采用旋涂鍍膜法，分子印跡聚合物納米顆粒混合聚氯乙烯、鄰苯二甲酸二乙酯，然后加入到四氫吠喃中，超聲混勻，得到鍍膜液，將步驟四制備的鍍膜液滴在金基底中央，然后將芯片基底放在旋涂器上旋涂成膜。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明是一種集自動采集樣品、檢測、數(shù)據(jù)傳輸、預(yù)警和遠(yuǎn)程操控于一體的微囊藻毒素檢測裝置，無需人員到達(dá)采樣現(xiàn)場對樣品進(jìn)行采集，可以大大提高水體中微囊藻毒素檢測的工作效率，節(jié)省人工成本。

本發(fā)明可以人為設(shè)定采樣點(diǎn)的采樣頻率，可以實(shí)現(xiàn)對水體中微囊藻毒素的實(shí)時在線監(jiān)測，對于水體中微囊藻毒素污染物的監(jiān)測、控制和及時治理提供了有效幫助。

本發(fā)明的GPS定位模塊可以對采樣點(diǎn)的位置進(jìn)行實(shí)時定位，防止采樣位置隨著水體流動而發(fā)生位置偏移，影響采樣的位點(diǎn)分布。

本發(fā)明的GPRS無線信號傳輸功能可以實(shí)現(xiàn)對檢測裝置的工作情況以及采樣點(diǎn)微囊藻毒素含量等信息進(jìn)行實(shí)時反饋并實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的實(shí)時操控。

本發(fā)明采用分子印跡納米顆粒作為微囊藻毒素的識別元件，這種顆粒對微囊藻毒素具有高度專一性，同時分子印跡顆粒具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和物理穩(wěn)定性，能夠抵抗受污染水體中可能存在的酸、堿、有機(jī)溶劑等不利因素。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明的傳感探頭的結(jié)構(gòu)示意圖

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述的微囊藻毒素智能檢測系統(tǒng)，一般用于監(jiān)測河流、胡泊等天然水體中的水環(huán)境污染物微囊藻毒素，其結(jié)構(gòu)包含傳感探頭、自動采樣系統(tǒng)、GPS定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、GPRS 通訊模塊、控制模塊、以及終端設(shè)備。

本發(fā)明設(shè)有自動采樣系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以利用多通道蠕動泵通過管道將設(shè)置在不同位置的采樣點(diǎn)的水樣吸到各自對應(yīng)的檢測樣品池中，無需人工到現(xiàn)場采樣。

本發(fā)明的傳感探頭下方設(shè)有樣品池，不同的采樣點(diǎn)采集的水樣分別對應(yīng)不同樣品池，由若干個置于樣品池上方的相同傳感探頭對水樣進(jìn)行檢測。

本發(fā)明中的傳感探頭與數(shù)據(jù)采集模塊相連，由傳感探頭產(chǎn)生的電信號傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊將接收到的數(shù)據(jù)整合并傳輸至下一模塊。

數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)處理模塊相連，其功能是收集電信號，并傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊與數(shù)據(jù)輸出模塊相連，其功能是將來自數(shù)據(jù)采集模塊的電信號轉(zhuǎn)換成直觀數(shù)字信號，并以數(shù)據(jù)包的形式傳送至數(shù)據(jù)傳輸模塊。

數(shù)據(jù)輸出模塊帶有GPRS通訊系統(tǒng)，其能夠?qū)z測數(shù)據(jù)通過有線或者無線的形式傳輸?shù)诫娔X或手機(jī)終端。

控制系統(tǒng)的作用為根據(jù)終端設(shè)備發(fā)出的指令做出相應(yīng)的反應(yīng)，包括開關(guān)設(shè)備、控制采樣點(diǎn)的數(shù)量等。

終端設(shè)備與控制系統(tǒng)相連，能夠顯示檢測數(shù)據(jù)以及下達(dá)指令，終端設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到云端。同時終端設(shè)備帶有語音提示裝置和電容式觸摸顯示屏，當(dāng)系統(tǒng)檢測到的微囊藻毒素含量超出設(shè)定的閾值時，可通過控制系統(tǒng)向語音提示裝置發(fā)出指令使語音提示裝置發(fā)出警告，并且根據(jù)超標(biāo)量系統(tǒng)會自動給出2～3個處理方案。電容式觸摸顯示屏可以通過手指觸碰在菜單上操作，包括對檢測系統(tǒng)下達(dá)指令、數(shù)據(jù)的顯示、以及數(shù)據(jù)的上傳、輸送和下載。

微囊藻毒素檢測芯片的制備方法為：首先進(jìn)行模板分子和功能單體的預(yù)聚合：在100ml玻璃瓶中按照微囊藻毒素、甲基丙烯酸和二氯乙烷1∶25∶1000的比例于室溫下放置在搖床震蕩160rpm震蕩速度震蕩12h，使模板分子和功能單體充分作用形成復(fù)合物。然后進(jìn)行分子印跡熱聚合，向上述預(yù)聚合液中按照與微囊藻毒素1∶70∶2的比例加入交聯(lián)劑EGDMA和偶氮二異丁腈，通氮?dú)獬?5min，真空密封后放入恒溫震蕩水浴鍋中，于400rpm、60℃下反應(yīng)24h，生成球狀分子印跡聚合物。最后進(jìn)行印跡顆粒模板分子的洗脫：用體積比為9∶1的甲醇-乙酸溶液在索氏抽提器中反復(fù)抽提24-48h，直至印跡分子完全洗脫干凈，產(chǎn)物用雙蒸水淋洗，以除去甲醇和乙酸。在50℃-70℃下真空干燥至恒重。將制備好 的分子印跡納米顆粒分子印跡聚合物納米顆粒按照質(zhì)量比3∶1混合聚氯乙烯，然后加入到含10％(v/v％)鄰苯二甲酸二乙酯的四氫吠喃中，制成2.5mg/mL的混合液，超聲混勻，得到鍍膜液，將制備的鍍膜液滴在修飾有鉑納米粒子的金基底中央，然后將修飾有分子印跡納米顆粒的金基底放在旋涂器上旋涂成膜氮?dú)獯蹈伞?/p>

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，其并不能夠限定本發(fā)明，任何該技術(shù)領(lǐng)域人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)做出的可能的改動和修飾均落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的保護(hù)范圍之內(nèi)。