科学岛团队研制出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院智能所王儒敬、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。相关研究成果发表在 Computers and Electronics in Agriculture上。

土壤中的大量元素（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。

科研团队设计了集成3D微电极的新型电容耦合非接触电导检测微流控芯片，包含通过MEMS工艺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。微流控芯片对钾离子、铵根离子、硝酸根离子和磷酸根离子具有较低的检测限，分别为5.24×10-5 g/L, 2.81×10-5 g/L, 2.35×10-5 g/L和2.38×10-5 g/L；相对标准偏差小于5%。此外，对钾离子和铵根离子表现出高分辨率，且具有良好的回收率。

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。

3D微电极的C4D微流控芯片结构示意图