土壤中的大量元素（氮、磷、鉀）在作物生長(cháng)和農業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，快速定量地現場(chǎng)檢測其含量對指導精確施肥具有重要意義。傳統C?D微流控器件的傳感電極通常為平面電極配置，表現出靈敏度不足的問(wèn)題，而3D微電極通過(guò)與微流控通道實(shí)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

據麥姆斯咨詢(xún)報道，近日，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)院智能所王儒敬、陳翔宇課題組與安徽理工大學(xué)洪炎課題組合作，研發(fā)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(shí)現了土壤大量養分離子的現場(chǎng)快速定量檢測。相關(guān)研究成果以“A novel capacitively coupled contactless conductivity detection(C?D)microfluidic chip integrated 3D microelectrodes for on-site determination of soil nutrients”為題發(fā)表在Computers and Electronics in Agriculture期刊上。

集成3D微電極的C?D微流控芯片結構示意圖

科研團隊設計了集成3D微電極的新型電容耦合非接觸電導檢測微流控芯片，包含通過(guò)MEMS工藝一體制造的十字交叉型電泳通道和3D通道構成的C?D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(guò)向電極通道中注入液態(tài)金屬鎵實(shí)現。微流控芯片對鉀離子、銨根離子、硝酸根離子和磷酸根離子具有較低的檢測限，分別為5.24×10??g/L、2.81×10??g/L、2.35×10??g/L和2.38×10??g/L；相對標準偏差小于5%。此外，對鉀離子和銨根離子表現出高分辨率，且具有良好的回收率。

此項研究成果將新型性能優(yōu)異的3D微電極配置方案及低成本工藝引入至C?D微流控芯片，提出的集成3D微電極的C?D微流控芯片實(shí)現了對土壤大量養分離子穩定、多指標和高靈敏度的現場(chǎng)檢測，將有效解決農場(chǎng)中土壤養分現場(chǎng)快檢的需求。