基于水体营养盐的光流控检测芯片研究开题报告

全文总字数：3616字

1. 研究目的与意义（文献综述）

我国拥有丰富的水资源，但与此同时水体中污染物数量也逐年递增。尤其是作为水中生物/微生物生长的必要条件，水体中一些过量营养盐如氮，磷等会造成水体富营养化和严重的生态环境恶化。但由于其含量较微，不易检测，尤其很难完成现场快速检测。因此，对水体营养盐的检测对我国水环境可持续发展具有重大而深远的意义。

目前我国水体营养盐检测所使用的仪器以国外产品为主，检测方法仍以人工采样和实验室分析为主。检测仪器设备存在尺寸大、检测时间长、能耗高、成本高等不足，且并不能实现现场快速预处理及检测。光流控技术是一种在亚微米结构尺度上，精确控制和操作微尺度流体的技术，通过将液流控制与微纳检测结构相结合，并利用光学方法进行集成监测，可克服传统设备在尺寸、成本、大量平行样品处理、实时监测等方面的不足。本论文将针对目前对水体营养盐对现场快速检测的需求，基于光流控芯片技术优势，设计出一种新型的海洋营养盐光流控集成检测芯片，并采用目前国标方法中最常用的检测方法—分光光度法，实现对1~2种水体中典型营养盐的快速检测。

2. 研究的基本内容与方案

本论文主要研究基于光流控技术的水体中营养盐快速检测芯片。研究内容如下：

（1）传感芯片设计：筛选基于光流控技术的水体营养盐快速预处理方法和光学检测方法，确定典型的营养盐片上反应过程及控制要求，设计用于快速预处理的微流控结构单元和高精度光学检测单元，形成一种对水体中营养盐的快速检测方法；

（2）各功能单元的理论计算及可行性分析：基于检测芯片各功能单元的设计，利用相关仿真计算软件对各功能单元液体混合效果、预处理效果和光学探测等进行模拟仿真，辅助验证芯片设计的可行性。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4-7周：按照设计方案，完成水体营养盐的光流控芯片设计及相关仿真计算。

第8-11周：利用所设计及制作的光流控芯片对水体中至少1~2种典型营养盐进行检测并验证其性能。

4. 参考文献（12篇以上）

1.li c, wang b, wan h, et al. an integratedoptofluidic platform enabling total phosphorus on-chip digestion and onlinereal-time detection[j]. micromachines, 2020, 11(1): 59.

2.wang n, dai t, lei l. optofluidic technologyfor water quality monitoring[j]. micromachines, 2018, 9(4): 158.

3.tong j, dong t, bian c, et al. an integratedphotocatalytic microfluidic platform enabling total phosphorus digestion[j].journal of micromechanics and microengineering, 2015, 25(2): 025006.