土壤中的大量元素（氮、磷、鉀）在作物生長和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中起著至關(guān)重要的作用，快速定量地現(xiàn)場檢測其含量對指導(dǎo)精確施肥具有重要意義。傳統(tǒng)C?D微流控器件的傳感電極通常為平面電極配置，表現(xiàn)出靈敏度不足的問題，而3D微電極通過與微流控通道實現(xiàn)多面耦合的方式，增大壁電容，提高信號響應(yīng)，具有成本低、制作簡單等優(yōu)點。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，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(dǎo)檢測微流控芯片，實現(xiàn)了土壤大量養(yǎng)分離子的現(xiàn)場快速定量檢測。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(jié)構(gòu)示意圖

科研團隊設(shè)計了集成3D微電極的新型電容耦合非接觸電導(dǎo)檢測微流控芯片，包含通過MEMS工藝一體制造的十字交叉型電泳通道和3D通道構(gòu)成的C?D微電極系統(tǒng)。3D微電極系統(tǒng)是由側(cè)壁電極和底面電極構(gòu)成，側(cè)壁電極通過向電極通道中注入液態(tài)金屬鎵實現(xiàn)。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(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%。此外，對鉀離子和銨根離子表現(xiàn)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微流控芯片實現(xiàn)了對土壤大量養(yǎng)分離子穩(wěn)定、多指標(biāo)和高靈敏度的現(xiàn)場檢測，將有效解決農(nóng)場中土壤養(yǎng)分現(xiàn)場快檢的需求。