图 1 拉线转盘玩具(来源：淘宝)

其原理如下：

首先将棉线进行缠绕 (此时棉线存储有势能)，然后拉动缠绕后的棉线，棉线会解缠绕，转盘开始转动 (此时转盘存储有动能)，转盘转动时再次使棉线缠绕 (动能转化成势能)，继续拉动棉线，转盘再次转动 (势能转换成动能)。

在不断拉扯棉线时，势能与动能不断转换，两者此消彼长，从而使转盘不断转动。

玩法视频如下(视频来自淘宝)

视频 1

正文

研究发现拉线转盘产生的离心力可以高达 30,000 g，因此拉线转盘可以作为一种便携化的离心装置。

本文将拉线转盘转动时产生的离心力应用到微流控芯片流体的驱动中，制作了手动供能的离心微流控芯片装置用于马拉硫磷的检测。

图 2 手动供能离心芯片检测马拉硫磷图 

该手动供能的离心微流控装置由两部分组成：PDMS 芯片和 PMMA 转盘。

PDMS 芯片用来加入样品溶液并作为显色反应和液体流动的平台，PMMA 圆盘上装有可以插入 PDMS 芯片的卡套。 

检测装置的制作 

(1) 将普鲁兰多糖溶液分别与 AChE 和 IDA 混合，滴在聚苯乙烯塑料片上，室温干燥过夜后形成 AChE 薄膜和 IDA 薄膜。

(2) 通过软光刻制作 PDMS 芯片，分别将 AChE 薄膜和 IDA 薄膜置于 PDMS的酶抑制区和显色区，然后与 PMMA 进行芯片的键合封装。

(3) 在直径为 12 cm 的 PMMA 圆盘中心对称打两个小孔，从小孔中穿过棉线制成拉线转盘。

(4) 通过折纸制备卡套，通过透明胶将卡套固定在拉线转盘上。

检测流程 

(1) 将 10  μL 样品溶液通过移液枪加到 PDMS 芯片的酶抑制区，溶液使酶抑制区中的 AChE 薄膜复溶，复溶后的 AChE 与样品反应 10 min。

(2) 将 PDMS 芯片插入拉线转盘的卡套。

(3) 来回拉扯棉线，使拉线转盘高速转动，转盘转动产生的离心力将酶抑制区的溶液转移至显色区，显色区中的溶液使 IDA 薄膜复溶，复溶后的 IDA与 AChE 反应 30 min。

(4) 通过肉眼观察显色区中溶液的颜色定性判断是否存在马拉硫磷污染，或者通过手机拍照并用 Image J 分析定量马拉硫磷浓度。 

图 3 操作流程 （1）PDMS 芯片图；（2）PMMA 转盘图；（3）PMMA 转盘转动过程中棉线收紧图；（4）PMMA 转盘转动中棉线拉开图；

为使芯片中的溶液在顺利转移的同时避免溶液甩出芯片，本文设计了两种结构来考察其溶液流动情况。

图 4 酶抑制区与显色区的形状大小相同，便于转盘转动时流体的流动

图 4 中芯片酶抑制区和显色区的形状与大小相同，设计成液滴状是为了便于转盘转动时流体的流动，减少溶液产生的死体积。

图 5 设计了一个半圆通道作为缓冲区域，防止液体被甩出

考虑到转盘转动时产生的离心力较大，在实验过程中会出现溶液被甩出芯片通道的情况，设计了如图 5 所示芯片，在酶抑制区和显色区之间增加了一个半径为 8 mm 的半圆通道作为缓冲区域。

[1] 手动供能的 POCT 装置用于农药马拉硫磷检测的研究

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