新型微流控芯片可現場快速定量檢測土壤養分離子

近日，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械所王儒敬、陳翔宇課題組與安徽理工大學洪炎課題組合作，研發了集成3D微電極的新型電容耦合非接觸電導檢測微流控芯片，實現了土壤大量養分離子的現場快速定量檢測。相關研究成果日前發表于《農業計算機與電子》。

土壤中的大量元素如氮、磷、鉀在作物生長和農業生產過程中起著至關重要的作用，快速定量地現場檢測其含量對指導精確施肥具有重要意義。傳統C4D微流控設備的傳感電極通常為平面電極配置，表現出靈敏度不足的問題，而3D微電極通過與微流體通道實現多面耦合的方式，增大壁電容，提高信號響應，具有成本低、制作簡單等優點。

研究團隊設計集成3D微電極的新型電容耦合非接觸電導檢測微流控芯片，包含通過微機電系統一體制造的十字交叉型電泳通道和3D通道構成的C4D微電極系統。3D微電極系統是由側壁電極和底面電極構成，側壁電極通過向電極通道中注入液態金屬鎵實現。

研發出的新型微流控芯片均能檢測出土壤中最重要的鉀離子、銨根離子、硝酸根離子和磷酸根離子。即使這些離子濃度較低時，新型微流控芯片也展現出較高的靈敏度，對同一土壤樣品多次檢測也展現出較好的重復性。總的來說，該器件的性能優于已報道的同類器件。

研究人員介紹，此項研究成果將新型性能優異的3D微電極配置方案及低成本工藝引入至C4D微流控，提出的集成3D微電極的C4D微流控實現了對土壤大量養分離子穩定、多指標和高靈敏度的現場檢測，將有效解決農場中土壤養分現場快檢的需求。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.compag.2024.108829