作者:王敏,吴银亭 来源:中国科学报 发布时间:2024/3/29 23:06:41
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新型微流控芯片可现场快速定量检测土壤养分离子

 

近日,中国科学院合肥物质科学研究院智能机械所王儒敬、陈翔宇课题组与安徽理工大学洪炎课题组合作,研发了集成3D微电极的新型电容耦合非接触电导检测微流控芯片,实现了土壤大量养分离子的现场快速定量检测。相关研究成果日前发表于《农业计算机与电子》。

土壤中的大量元素如氮、磷、钾在作物生长和农业生产过程中起着至关重要的作用,快速定量地现场检测其含量对指导精确施肥具有重要意义。传统C4D微流控设备的传感电极通常为平面电极配置,表现出灵敏度不足的问题,而3D微电极通过与微流体通道实现多面耦合的方式,增大壁电容,提高信号响应,具有成本低、制作简单等优点。

研究团队设计集成3D微电极的新型电容耦合非接触电导检测微流控芯片,包含通过微机电系统一体制造的十字交叉型电泳通道和3D通道构成的C4D微电极系统。3D微电极系统是由侧壁电极和底面电极构成,侧壁电极通过向电极通道中注入液态金属镓实现。

研发出的新型微流控芯片均能检测出土壤中最重要的钾离子、铵根离子、硝酸根离子和磷酸根离子。即使这些离子浓度较低时,新型微流控芯片也展现出较高的灵敏度,对同一土壤样品多次检测也展现出较好的重复性。总的来说,该器件的性能优于已报道的同类器件。

研究人员介绍,此项研究成果将新型性能优异的3D微电极配置方案及低成本工艺引入至C4D微流控,提出的集成3D微电极的C4D微流控实现了对土壤大量养分离子稳定、多指标和高灵敏度的现场检测,将有效解决农场中土壤养分现场快检的需求。

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.compag.2024.108829

 
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