一种具有无钥匙启动系统的除草机技术领域
本申请涉及机械领域，尤其涉及一种具有无钥匙启动系统的除草机。
背景技术
除草机是一种用于修剪草坪、植被等的机械工具，它是由刀盘、发动
机、行走轮、行走机构、刀片、扶手、控制部分组成。刀盘装在行走轮上，
刀盘上装有发动机，发动机的输出轴上装有刀片，刀片利用发动机的高速
旋转在速度方面提高很多，节省了除草工人的作业时间，减少了大量的人
力资源。
然而，除草机的使用过程中非常危险，容易引发无关人员的误操作，
从而造成人身伤害。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种具有无钥匙启动系统
的除草机。
在本申请的实施例中，提供了一种具有无钥匙启动系统的除草机，其
具有除草机端和钥匙端，除草机端包括验证装置、解密装置和除草机端无
线装置，钥匙端包括加密装置和钥匙端无线装置；
加密装置包括：
微流控芯片检测模块，用于获取原始数据串A0＝{an}，其中，a是原
始数据串A0中的字符，n是a的位数；
微流控芯片检测模块是一种DNA检测模块，包括：传感信号检测区、
传感信号混合区和传感信号输出区。
传感信号检测区主要用来获取使用者的原始样品，传感信号混合区主
要用于纳米传感器检测与样品的充分混合，混合完全后进入到传感信号检
测区；传感信号检测区主要用于纳米传感器检测到目标基因后产生的荧光
信号的检测；检测完毕的数据得到原始数据串A0，
所述微流控芯片，整体尺寸为：宽30mm、高20mm、深90μm，结构核
心区宽24mm、高16mm；微流控芯片由4层组成，第一层基片：玻璃，第
二、三层：紫外固化胶，第四层：掩膜，各层间粘合剂：NOA81光胶，采
用等离子氧化键合法使基片与第一层结构封接，各层的芯片结构由光刻法
制成；
矩阵化模块，用于将原始数据串A0矩阵化得到矩阵A＝{aij}ah×aw，
具体包括：对{an}从队首依次取i‐1个字符，在第奇数次取字符时，在取
得的字符串的串首补1个0，补足为一行ai，在第偶数次取字符时，在取
得的字符串的串尾补1个1，补足为一行ai，对于最后一次取得的字符串，
则从串首开始每隔一个字符补1个0，直至补足为一行ai，将所有得到的ai
按照预设的伪随机顺序排列得到矩阵A＝{aij}ah×aw，其中，ah是矩阵
A的高度，aw是矩阵A的高度；
第一噪声模块，实时地记录钥匙端无线装置监控预设频率的短波得到
的幅值的最末位按奇数取位构成第一噪声数据序列CT1；
第一加扰模块，用于从矩阵A的第一个元素开始，从第一噪声数据序
列CT1中依次取第一随机函数R(1)个元素插入到矩阵A中得到矩阵
B＝{bst}bh×bw，
其中，bh是矩阵B的高度，bw是矩阵B的高度，第一随机函数
R(1)＝CT1S％64，CY1S为从第一噪声数据序列CT1中依次取得的数；
噪声数据的位数使得s为i的32倍，t为j的32倍；
第三噪声模块，实时地记录钥匙端无线装置监控预设频率的短波得到
的幅值的最末位按偶数取位构成第三噪声数据序列CT3；
第三加扰模块，用于将矩阵B与第三噪声数据序列CT3进行异或运算，
得到加密数据：矩阵C＝{cst}ch×cw，ch是矩阵C的高度，cw是矩阵C
的高度；
除草机端无线装置和钥匙端无线装置均用于监测相同预设频率的无
线短波，以得到第一噪声序列CT1和第三噪声序列CT3；
解密装置用于以来自除草机端无线装置的噪声数据和来自除草机端
预存的第二噪声序列CT2，对来自加密装置的加密数据执行上述加密装置
的加密运算的逆运算；
验证装置用于将解密装置对来自加密装置的加密数据进行逆运算得
到的数据与除草机端的原始数据进行比对，如果比对符合率超过预设值，
则确认为验证通过。
使用者预先用自己的唾液在加密装置中的微流控芯片检测模块注册
自己的身份信息，以后在日常使用过程中，当使用者靠近除草机时，使用
者只需使用钥匙端采集少量自身唾液，钥匙端的微流控芯片效验身份信息
后向除草机端发送验证信息，经过比对确认后，即可确认身份，正常启动
除草机，即采用该方案的除草机能够根据使用者DNA唯一确定使用者身
份，具有很大的安全性。
本申请的实施例提供的技术方案采用了微流控芯片来校验身份信息，
采用硬件机制来获取随机数，采用了图像机制来进行加密，从而既有非常
高的安全性，又有很快的运算速度，而且还能容许一定的误码。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面
的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的
一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本
发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种具有无钥匙启动系统的除草机
的装置框图；
图2是根据一示例性实施例示出的加密装置的装置框图；
图3是根据另一示例性实施例示出的加密装置的装置框图；
图4为基于氧化石墨烯的纳米生物传感器对基因的特异检测的基因原
理：当修饰有荧光基团FAM的单链DNA分子探针与氧化石墨烯接触后，
氧化石墨烯吸附单链DNA，并造成FAM荧光的猝灭；当加入目标基因后，
由于碱基互补配对原则，形成双链DNA，并从氧化石墨烯表面脱落，恢
复荧光，从而达到检测目标基因的目的；
图5为本发明自动化微流控芯片的工作过程示意图；
图6为本发明自动化微流控芯片的结构示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面
的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相
似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一
致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本
发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同
结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。
当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以
在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，
其本身不只是所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供
了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其
他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第
二特征值“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，
也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和
第二特征可能不是直接接触。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安
装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也
可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接
相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语
的具体含义。
图1是根据一示例性实施例示出的一种具有无钥匙启动系统的除草机
的装置框图，无钥匙点火系统具有除草机端100和钥匙端200，特征在于，
除草机端100包括验证装置130、解密装置120和除草机端无线装置110，
钥匙端200包括加密装置220和钥匙端无线装置210。
图2是根据一示例性实施例示出的加密装置220的装置框图，加密装
置220包括：
微流控芯片检测模块12，用于获取原始数据串A0＝{an}，其中，a
是原始数据串A0中的字符，n是a的位数；
微流控芯片检测模块是一种DNA检测模块，包括：传感信号检测区、
传感信号混合区和传感信号输出区。
传感信号检测区主要用来获取使用者的原始样品，传感信号混合区主
要用于纳米传感器检测与样品的充分混合，混合完全后进入到传感信号检
测区；传感信号检测区主要用于纳米传感器检测到目标基因后产生的荧光
信号的检测；检测完毕的数据得到原始数据串A0，
所述微流控芯片，整体尺寸为：宽30mm、高20mm、深90μm，结构核
心区宽24mm、高16mm；微流控芯片由4层组成，第一层基片：玻璃，第
二、三层：紫外固化胶，第四层：掩膜，各层间粘合剂：NOA81光胶，采
用等离子氧化键合法使基片与第一层结构封接，各层的芯片结构由光刻法
制成；
矩阵化模块14，用于将原始数据串A0矩阵化得到矩阵A＝{aij}ah×
aw，具体包括：对{an}从队首依次取i‐1个字符，在第奇数次取字符时，
在取得的字符串的串首补1个0，补足为一行ai，在第偶数次取字符时，
在取得的字符串的串尾补1个1，补足为一行ai，对于最后一次取得的字
符串，则从串首开始每隔一个字符补1个0，直至补足为一行ai，将所有
得到的ai按照预设的伪随机顺序排列得到矩阵A＝{aij}ah×aw，其中，
ah是矩阵A的高度，aw是矩阵A的高度；
第一噪声模块22，实时地记录钥匙端无线装置210监控预设频率的
短波得到的幅值的最末位按奇数取位构成第一噪声数据序列CT1；
第一加扰模块24，用于从矩阵A的第一个元素开始，从第一噪声数
据序列CT1中依次取第一随机函数R(1)个元素插入到矩阵A中得到矩阵
B＝{bst}bh×bw，
其中，bh是矩阵B的高度，bw是矩阵B的高度，第一随机函数
R(1)＝CT1S％64，CT1S为从第一噪声数据序列CT1中依次取得的数；
噪声数据的位数使得s为i的32倍，t为j的32倍；
第三噪声模块52，实时地记录钥匙端无线装置210监控预设频率的
短波得到的幅值的最末位按偶数取位构成第三噪声数据序列CT3；
第三加扰模块54，用于将矩阵B与第三噪声数据序列CT3进行异或运
算，得到加密数据：矩阵C＝{cst}ch×cw，ch是矩阵C的高度，cw是矩
阵C的高度。
除草机端无线装置110和钥匙端无线装置210均用于监测相同预设频
率的无线短波，以得到第一噪声序列CT1和第三噪声序列CT3；
解密装置120用于以来自除草机端无线装置110的噪声数据和来自除
草机端预存的第二噪声序列CT2，对来自加密装置220的加密数据执行上
述加密装置220的加密运算的逆运算；
验证装置130用于将解密装置120对来自加密装置220的加密数据进
行逆运算得到的数据与除草机端的原始数据进行比对，如果比对符合率超
过预设值，则确认为验证通过。
本发明的加密机制比较复杂，由硬件来实现随机序列，因此有高度的
安全性。
DNA作为生物的基本遗传物质，DNA的检测在生物技术、环保、生
命科学等领域都有重大应用价值。DNA传感器的研究在国内外受到广泛
的关注。表面等离激元共振传感器(SurfacePlasmonResonance,SPR)是金
属表面的等离激元波耦合照射光产生的一种共振现象，金属薄膜表面介电
常数和厚度的变化会影响SPR共振曲线的变化，从而实现金属表面介质环
境变化的传感。具有实时、原位和免标记检测、检测快速、灵敏度高，检
测极限(limitedofdetection,LOD)低等特点，目前主要用于医药、生物、
化学、食品等领域的研究应用，可免标记检测蛋白质，DNA等物质。但
是，由于传统检测单链DNA的方法是在SPR芯片表面固定探针单链DNA
(ssDNA)分子，利用碱基序列匹配方法捕获样品溶液中的目标单链DNA，
从而实现检测目的。
石墨烯是2004年发现并迅速发展的一种新型材料，广泛应用于医药、
生物、化学、电子、物理等领域。石墨烯被氧化可以形成氧化石墨烯
(GrapheneOxide,GO)，表面带有羧基、羟基等含氧官能团，可以溶于水，
与ssDNA能够由氢键和π-π键相互作用而稳定结合，结合力远大于双链
DNA(dsDNA)与GO的结合力。
本发明微流控芯片的设计主要出于对以下几点的考虑：
生物传感器是以生物材料或其衍生物作为分子识别元件的分析器件，
具有专一性强、灵敏度高、分析过程简便等优势；微流控芯片实验室是在
数平方厘米的芯片上构建的具有混合、分离、反应、检测等实验室操作综
合功能的一体化平台，具有微型化、集成化、自动化、试剂能源低耗化等
优势。
微流控芯片实验室，又称为微流控芯片(MicrofluidicChip)或芯片
实验室(LabonaChip)，是指在几平方厘米或更小的芯片上构建的微型化、
集成化、自动化的化学、生物学实验平台图。微流控芯片在微升或纳升尺
度操控流体，使物质之间相互作用，从而实现物质、能量、信息的传递，
达到所需的物理、化学或生物学效应。
DNA生物传感器
是指将生物材料及其衍生物作为分子识别元件，通过换能元件将规定
的被测量转换成可用输出信号的器件或装置A生物传感器。
DNA生物传感器就是以分子作为生物传感器的分子识别元件，换能元件
将分子识别行为转变为光学、电化学等可检测的信号的器件。根据分子识
别过程的不同，将通过碱基互补配对原理进行识别的称之为狭义上的生物
传感器，主要用于基因分子的检测；将通过空间立体构象进行特异识别的
寡核苷酸链(核酸适配体)称之为核酸适配体生物传感器，能用于化学小
分子、蛋白质等生物大分子、甚至细胞的检测。
FRET技术
荧光共振能量转移(Fluorescenceresonanceenergytransfer,FRET)
是一种依赖距离的荧光猝灭现象，原因是在两个不同的荧光分子中，其中
一个荧光分子的发射谱与另一个荧光分子的吸收谱的波长存在重叠现象，
当二者之间达到合适的距离时，处于激发态的供能量发光团，通过非辐射
的偶极相互作用，将能量传递给合适的受能量基团。荧光共振能量转移主
要存在两种作用机理：一、在供能量体的单重态与受能量体的单重态之间
的共振能量转移，是的主要作用机理，在二者相距1nm到10nm的距离中
起主导作用；二、在供能量体的三重态与受能量体的单重态之间的共振能
量转移，有效范围为1nm到1.5nm。
FRET发生需要满足四个条件：一、能量供体基团与能量受体基团距离
不超过10nm；二、能量供体基团的发射谱波长范围与能量受体基团的激发
谱波长范围能够有效重叠；三、能量供体的荧光量子产率要足够高；四、
能量供体基团与受体团的偶极具有合适的相对方位取向。
纳米生物传感器
广义上，在纳米尺度上发挥生物传感功能的天然或人工器件都可归为
纳米生物传感器，如生物体内的各种纳米级结构的天然传感器及分子机器、
人工设计的分子信标、各种纳米材料参与的生物传感过程等。狭义上，纳
米生物传感器是指纳米材料与生物材料共同完成识别、换能、信号定量输
出过程的分析器件。
核酸适配体
核酸适配体(Aptamer)是指利用指数富集配体系统进化
(SystematicEvolutionofLigandsbyExponentialenrichment,SELEX)技
术，从人工合成的寡核苷酸文库中筛选得到的能够与靶分子特异结合的寡
核苷酸链。核酸适配体可以通过G-C、A-T(或A-U)碱基配对而形成茎环、
发夹、口袋、G-四链体等多种空间结构。与靶分子相互作用时，可以通过
自适应的诱导契合变化和折叠，与靶分子形成稳定的复合物。核酸适配体
与靶分子的识别结合作用包含了构象形状的互补作用、芳香化合物的堆砌
作用、带电基团的静电作用及氢键作用等.
图4示意了基于氧化石墨烯的纳米生物传感器对基因的特异检测的基
因原理：当修饰有荧光基团FAM的单链DNA分子探针与氧化石墨烯接触后，
氧化石墨烯吸附单链DNA，并造成FAM荧光的猝灭；当加入目标基因后，
由于碱基互补配对原则，形成双链DNA，并从氧化石墨烯表面脱落，恢复
荧光，从而达到检测目标基因的目的。
这个过程的分子机制是基于氧化石墨烯的独特的电子结构与化学性质：
一、氧化石墨烯对单链DNA有强烈的吸附作用，但是对双链的吸附却很弱。
这是因为氧化石墨烯π-π共轭效应对碱基和芳香族化合物具有强烈的吸
附作用，进而对单链DNA产生吸附；与之相反的是，互补DNA链的加入会
改变单链的构象，而且由于双链DNA表面具有大量的负电荷，与同样覆盖
负电荷的氧化石墨烯产生排斥，从而不利于氧化石墨烯对DNA双链的吸附。
二、氧化石墨烯对荧光分子的猝灭作用。氧化石墨烯由于具有sp2杂化的
晶域，当其与荧光分子结合时，发生荧光共振能量转移(FRET)，从而猝
灭荧光。
原始样品主要是取自使用者的体液，例如唾液等。本实施例将DNA
技术和石墨烯技术利用到加密当中，实现了身份验证，在加强安全性方面
取得了意料不到的效果，并且在加密效率上也让人意料不到。
本发明第一噪声序列和第三噪声序列都来自于硬件接口，基本不需要
运算生成，所以非常节省运算能力，使得加密解密具有很快的运算速度。
对于图2的实施例，发明人做了改进，并设计了以下更优选的实施例。
优选的，所述微流控芯片由4层组成，第一层为基片，防止漏液；第
二层由混合区，进液区，出液区组成，第三层为检测区和连接各区域的梯
形形连接口，第四层为掩膜；采用等离子氧化键合法使基片与第一层结构
封接；各层的芯片结构由光刻法制成。
优选的，所述微混合器区具有微混合器通道，其被设计成为W形通
道；所述W形通道的宽度为350μm，拐角的角度为90度，共6个拐角
单元；凸脊的宽度为50μm，拐角的角度为120度，在Z形通道中每个直
通道部分有5个平行的凸脊，在相邻通道的凸脊交错排列。
优选的，将检测液与样品液从不同进样口通过微流泵同时加入到微流
控芯片进样区；两种溶液通过微混合器进行充分的混合，孵育20min后进
行检测；检测完毕后废液通过出样口排出，完成整个检测过程；利用荧光
显微镜CCD感光设备进行荧光信号的采集与记录，经图像处理软件Image
J处理后得到荧光的光强度定量数据。
优选的，所述检测液包括氨基化氧化石墨烯浓度和DNA分子探针，
还包括POSSFF；进一步优选，还包括0.5g/L的苹果酸；所述DNA分子
探针为：目标遗传片段特异性引物通过基因克隆技术合成dsDNA,dsDNA
片段，用sybergreen非共价标记藻红蛋白(PE)。在本发明的实际应用当
中，为了方便验证使用者的身份，可以预先以使用者的体液(例如唾液)
进行DNA检测来实现身份登记，也可以预先登记多名用户的DNA信息，
从而方便多名用户共用除草机。
以上优选实施例对微流控芯片的结构和制作工艺都进行了改进，从而
制得的微流控芯片检测系统灵敏度非常高。
图3是根据一示例性实施例示出的加密装置220的装置框图，加密装
置220包括：
微流控芯片检测模块12，用于获取原始数据串A0＝{an}，其中，a
是原始数据串A0中的字符，n是a的位数；
微流控芯片检测模块是一种DNA检测模块，包括：传感信号检测区、
传感信号混合区和传感信号输出区。
传感信号检测区主要用来获取使用者的原始样品，传感信号混合器区
主要用于纳米传感器检测与样品的充分混合，混合完全后进入到传感信号
检测区；传感信号检测区主要用于纳米传感器检测到目标基因后产生的荧
光信号的检测；检测完毕的数据得到原始数据串A0，
所述微流控芯片，整体尺寸为：宽30mm、高20mm、深90μm，结构核
心区宽24mm、高16mm；微流控芯片由4层组成，第一层基片：玻璃，第
二、三层：紫外固化胶，第四层：掩膜，各层间粘合剂：NOA81光胶，采
用等离子氧化键合法使基片与第一层结构封接，各层的芯片结构由光刻法
制成；
矩阵化模块14，用于将原始数据串A0矩阵化得到矩阵A＝{aij}ah×
aw，具体包括：对{an}从队首依次取i‐1个字符，在第奇数次取字符时，
在取得的字符串的串首补1个0，补足为一行ai，在第偶数次取字符时，
在取得的字符串的串尾补1个1，补足为一行ai，对于最后一次取得的字
符串，则从串首开始每隔一个字符补1个0，直至补足为一行ai，将所有
得到的ai按照预设的伪随机顺序排列得到矩阵A＝{aij}ah×aw，其中，
ah是矩阵A的高度，aw是矩阵A的高度；
第一噪声模块22，实时地记录钥匙端无线装置210监控预设频率的
短波得到的幅值的最末位按奇数取位构成第一噪声数据序列CT1；
第一加扰模块24，用于从矩阵A的第一个元素开始，从第一噪声数
据序列CT1中依次取第一随机函数R(1)个元素插入到矩阵A中得到矩阵
B＝{bst}bh×bw，
其中，bh是矩阵B的高度，bw是矩阵B的高度，第一随机函数
R(1)＝CT1S％64，CT1S为从第一噪声数据序列CT1中依次取得的数；
噪声数据的位数使得s为i的32倍，t为j的32倍；
分色模块32，用于将矩阵B视为8位YMG颜色空间的位图数据，分
解得到Y空间的灰度图矩阵Y，M空间的灰度图矩阵M，G空间的灰度图
矩阵G；
第二噪声模块42，用于读取钥匙端预存的第二噪声序列CT2；
第二加扰模块44，用于分别对矩阵Y、M、G执行以下的加扰操作，
(1)对于矩阵Y，如果bin1(i)＝1，则执行
Ex1(u,v)＝(mod((a+u),M)+1,v)，否则保持不变，
得到矩阵Y’；
(2)对于矩阵M，如果bin2(i)＝1，则执行
Ex2(v,u)＝(u,mod((b+v),N)+1)，否则保持不变，
得到矩阵M’；
(3)对于矩阵G，先将其分成多个子块并予以编号，如果bin3(i)＝1，
则执行
Ex3(w)＝mod((c+w),M×N/t)+1，否则保持不变，
得到矩阵G’；
其中，
u，v分别是矩阵Y、M中像素的横坐标和纵坐标，矩阵G被均匀地分
成多个子块，w是各子块的编号，t是各子块的大小，M和N分别是矩阵
Y、M、G的宽和高，a和b是预设的参数，i是矩阵Y、M中当前像素的
编号，bink(i)是从第二噪声序列CT2中取得的第i个数，k＝1,2,3；
合并模块34，用于将矩阵Y’按照预设的第二随机函数R(2)插入到矩
阵M’中得到矩阵Y’M’，然后将矩阵G’按照预设的第三随机函数R(3)插入
到矩阵Y’M’中得到矩阵S，其中，
第二随机函数R(2)＝CT2S，CT2S为从矩阵Y’中依次取得的数，如果
CT2S＝0，则将CT2S插入到矩阵M’中CT2S对应位置的数之前，如果
CT2S＝1，则将CT2S插入到矩阵M’中CT2S对应位置的数之后，
第三随机函数R(3)＝CT3S，CT3S为从矩阵G’中依次取得的数，如果
CT3S＝0，则将CT3S插入到矩阵Y’M’中CT3S对应位置×2的数之后，如果
CT3S＝1，则将CT3S插入到矩阵M’中CT3S对应位置×2的数之前；
第三噪声模块52，实时地记录钥匙端无线装置210监控预设频率的
短波得到的幅值的最末位按偶数取位构成第三噪声数据序列CT3；
第三加扰模块54，用于将矩阵S与第三噪声数据序列CT3进行异或运
算，得到加密数据：矩阵C＝{cst}ch×cw，ch是矩阵C的高度，cw是矩
阵C的高度。
除草机端无线装置110和钥匙端无线装置210均用于监测相同预设频
率的无线短波，以得到第一噪声序列CT1和第三噪声序列CT3；
解密装置120用于以来自除草机端无线装置110的噪声数据和来自除
草机端预存的第二噪声序列CT2，对来自加密装置220的加密数据执行上
述加密装置220的加密运算的逆运算；
验证装置130用于将解密装置120对来自加密装置220的加密数据进
行逆运算得到的数据与除草机端的原始数据进行比对，如果比对符合率超
过预设值，则确认为验证通过。
对于图3的实施例，发明人做了改进，并设计了以下更优选的实施例。
优选的，所述微流控芯片由4层组成，第一层为基片，防止漏液；第
二层由混合区，进液区，出液区组成，第三层为检测区和连接各区域的梯
形形连接口，第四层为掩膜；采用等离子氧化键合法使基片与第一层结构
封接；各层的芯片结构由光刻法制成。
优选的，所述微混合器区具有微混合器通道，其被设计成为W形通
道；所述W形通道的宽度为350μm，拐角的角度为90度，共6个拐角
单元；凸脊的宽度为50μm，拐角的角度为120度，在Z形通道中每个直
通道部分有5个平行的凸脊，在相邻通道的凸脊交错排列。
优选的，将检测液与样品液从不同进样口通过微流泵同时加入到微流
控芯片进样区；两种溶液通过微混合器进行充分的混合，孵育20min后进
行检测；检测完毕后废液通过出样口排出，完成整个检测过程；利用荧光
显微镜CCD感光设备进行荧光信号的采集与记录，经图像处理软件Image
J处理后得到荧光的光强度定量数据。
优选的，所述检测液包括氨基化氧化石墨烯浓度和DNA分子探针，
还包括POSSFF；进一步优选，还包括0.5g/L的苹果酸；所述DNA分子
探针为：目标遗传片段特异性引物通过基因克隆技术合成dsDNA,dsDNA
片段，用sybergreen非共价标记藻红蛋白(PE)。
以上优选实施例对微流控芯片的结构和制作工艺都进行了改进，从而
制得的微流控芯片检测系统灵敏度非常高。
发明人在微流控芯片的设计中还设计实践了以下实施例。
实施例1构建微流控芯片检测系统：
微流控芯片检测系统，该系统检测装置为微流控芯片，其包括：
八通道自动注射泵混合器区、传感信号检测区和出液区；
将纳米传感器检测液及样品液在微流控芯片上的加入，以八通道自动
注射泵为进液动力经过微通道进入到微混合器区；
微混合器区主要用于纳米传感器检测液与样品的充分混合，混合完全
后进入到传感信号检测区；
传感信号检测区主要用于纳米传感器检测到目标基因后产生的荧光
信号的检测，检测完成后进入出液区；
检测完毕的样品与检测液废液从出样区排出微流控芯片，至此整个检
测过程结束；
微流控芯片整体尺寸较小，宽30mm、高20mm、深90μm，结构核
心区宽24mm、高16mm，进样口出样口直径为700μm，进样区、微混
合区及出样区的微通道宽度为350μm，检测区微通道宽度为230μm。
所述微流控芯片由4层组成，第一层为基片，防止漏液；第二层由混
合区，进液区，出液区组成，第三层为检测区和连接各区域的梯形形连接
口，第四层为掩膜；
第一层基片：玻璃
第二、三层：紫外固化胶
第四层：掩膜
各层间粘合剂：NOA81光胶
采用等离子氧化键合法使基片与第一层结构封接
各层的芯片结构由光刻法制成；
所述微混合器通道设计成为W形通道，这种构型的通道由于存在很
多拐角，会增加也留沿着为通道方向的回流影响，回流液横向流后促进溶
液的混合，增强微流控芯片溶液的混合效率；
所述W形通道的宽度为350μm，拐角的角度为90度，共6个拐角
单元；凸脊的宽度为50μm，拐角的角度为120度，在Z形通道中每个
直通道部分有5个平行的凸脊，在相邻通道的凸脊交错排列；
实施例2制备本系统检测区所用的检测液以及分子探针：
本系统检测区所用的检测液包括氨基化氧化石墨烯浓度和分子探针，
还包括POSSFF；进一步优选，还包括0.5g/L的苹果酸。
本发明确定了纳米生物传感器氨基化氧化石墨烯与荧光分子探针的
最优组成，增加氨基基团，从而增加有机载体的水溶性，并增加载体表面
负电荷量，使单链DNA分子探针与载体结合更稳定，增加反应的灵敏度
和稳定性。
检测液中利用POSSFF提高检测液的检测限，POSSFF
(Blue‐fluorescentconjugated‐oligomersubstitutedpolyhedraloligomericsi
lsesquioxane)是以POSS(多面齐聚倍半硅烷)为核，茐二聚体为臂的臂
星型化合物。
POSSFF在水溶液中具有很强的荧光，其荧光量子产率约为0.85，能
够作为信号放大器，通过荧光共振能量转移(FRET)效应对RNA和DNA
进行区分，可以将标记有荧光基团的dsDNA或ssRNA的萤光信号放大52
倍。其优势为有利于高校FRET过程的发生，从而提高检测灵敏度；其次，
增强氨基氧化石墨烯的水溶性。包括标记有荧光分子的单链DNA探针和
能够与单链DNA探针发生荧光共振能量转移的液态共轭化合物氨基氧化
石墨烯；检测液和被检测液通过自动注射泵注入微流控芯片中，经过孵育，
进行荧光检测，从而对被检测液中的生物遗传物种类进行定性定量分析。
本发明制备了6个样本的检测液，具有配方如下表1所示：
表1
其制备方法为：在避光条件下，将氨基化氧化石墨烯与荧光探针混合
均因，共同孵育3min，(再加入苹果酸孵育5min，)这样制得传感器检测
液。
所述DNA分子探针为：
目标遗传片段(16s或18sDNA)特异性引物通过基因克隆技术合成
dsDNA,dsDNA片段，用sybergreen非共价标记藻红蛋白(PE)。
实施例3基于微流控芯片对基因的检测过程：
将检测液与样品液从不同进样口通过微流泵同时加入到微流控芯片
进样区；两种溶液通过微混合器进行充分的混合，孵育20min后进行检测；
检测完毕后废液通过出样口排出，完成整个检测过程。利用荧光显微镜
CCD感光设备进行荧光信号的采集与记录，经图像处理软件ImageJ处理
后得到荧光的光强度定量数据。
用所述系统进行常规的唾液、汗液、血液检测，其检测极限如下表2
所示：
表2
唾液
汗液
血液
|
样本1
8
10
10
样本3
10
11
9
样本4
3
2
5
样本5
9
9
11
样本6
9
10
10
本发明的加密机制比较复杂，由硬件来实现随机序列，因此有高度的
安全性。
本发明第一噪声序列和第三噪声序列都来自于硬件接口，第二噪声序
列来自于存储器，基本不需要运算生成，所以非常节省运算能力，使得加
密解密具有很快地运算速度。
本发明将数据转换成图像数据来处理，在验证过程中，只要求对比符
合率超过预设值即可，这使得钥匙端与除草机端之间的数据传输不要求非
常精确，噪声序列也可以不是很精确，从而容许一定的误码，这进一步降
低了硬件成本，且适合于无线环境很复杂的场所。
综上所述，本申请的实施例提供的技术方案采用了硬件机制来获取随
机数，采用了图像机制来进行加密，从而既有非常高的安全性，又有很快
的运算速度，而且还能容许一定的误码。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到
本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适
应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包
括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实
施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精
确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅
由所附的权利要求来限制。