CN108444541A - 基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，包括主节点计算机(10)，所述主节点计算机(10)与预设种类的多个传感器之间为无线信号连接；所述预设种类的多个传感器安装在地下空间(100)内铺设的热力管道(3)和供水管道(6)中以及地下空间的侧墙上；所述预设种类的多个传感器用于采集对应的地下空间的检测数据。本发明公开的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，尤其是能够对地下管网传输的水中银离子的含量进行有效检测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
Description
技术领域
本发明涉及地下空间环境监测技术领域，特别是涉及基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络。
背景技术
目前，地下管网是我国城市化建设进程中的重中之重，是发挥城市功能，确保城市经济、社会健康、协调发展的重要物质基础，呈现着错综复杂、相互交叠的立体特征，城市地下管网是城市基础设施建设的重要组成部分，是一座城市能量输送、物质传输、信息传递、排涝减灾和废物排弃的重要载体。
目前，当地下管网中的环境水体受到污染时，容易显著增加水体中的银离子的含量。银离子是剧毒物质，其具有的毒害作用主要包括：(1)使人体的蛋白质以及各种酶变性。(2)进入体内的银离子超过0.8g就会在皮肤上引起兰色的银斑沉淀。由于银离子具有很强的氧化性，所以进入人体内的银离子还会引起内脏器官水肿等症状。严重时致人死亡。人体没有有效的排银机制。所以一旦摄入银离子便主要在骨骼和肝脏积累。而且银离子中毒没有有效的解毒剂。因而，自然水体中的银离子含量在环境检测控制中是重中之重，为保障人类健康，迫切需要研发出快速、灵敏、选择好的方法来检测银离子。
但是，我国有相当一部分城市对地下管网没有进行统一的布局规划和管理，地下管网的管理工作各自为政、互相缺乏沟通，处于无序的管理状态，与城市建设速度相比。管理严重落后，事故经常发生。因事故造成的停水、停电、停气、通讯中断、火灾爆炸等后果，不仅严重地影响到人民的生活质量和生命安全，同时也影响到经济建设和国防建设的正常进行。
对于目前的地下管网，其主要存在的问题为：由于地下管网的空间结构复杂，无法对地下管网的环境进行全方位的监测，尤其是无法对地下管网传输的水中银离子的含量进行有效检测，从而无法减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用。
因此，目前迫切需要开发出一种技术，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，尤其是能够对地下管网传输的水中银离子的含量进行有效检测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，尤其是能够对地下管网传输的水中银离子的含量进行有效检测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
为此，本发明提供了基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，包括主节点计算机，所述主节点计算机与预设种类的多个传感器之间为无线信号连接；
所述预设种类的多个传感器安装在地下空间内铺设的热力管道和供水管道中以及地下空间的侧墙上；
所述预设种类的多个传感器用于采集对应的地下空间的检测数据。
其中，所述预设种类的多个传感器包括：第一温度传感器、第二流量传感器和表面增强拉曼SERS水质传感器；
所述第一温度传感器、第二流量传感器和表面增强拉曼SERS水质传感器安装在所述供水管道中，用于检测所述供水管道中水的温度、流量以及银离子含量，然后发送给主节点计算机。
其中，所述预设种类的多个传感器还包括：第一压力传感器、第一流量传感器和第二温度传感器；
所述第一压力传感器、第一流量传感器和第二温度传感器安装在所述热力管道中，用于检测所述热力管道中所传输介质的压力、流量和温度，然后发送给主节点计算机。
其中，所述预设种类的多个传感器还包括：氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、温湿度传感器和氮氧化物传感器；
所述氧气传感器、一氧化碳传感器、硫化氢传感器、温湿度传感器和氮氧化物传感器分别安装在地下空间的侧墙上，用于收集地下空间中的氧气气体浓度、一氧化碳气体浓度、硫化氢气体浓度、温度、湿度以及氮氧化物浓度，然后发送给主节点计算机。
其中，还包括：第一监控摄像头和第二监控摄像头；
所述第一监控摄像头位于第二监控摄像头的右上方；
所述第一监控摄像头和第二监控摄像头安装在地下空间的侧墙上，分别用于采集所覆盖区域的图像，然后发送给主节点计算机。
其中，所述主节点计算机，包括：数据存储模块、数据处理模块和无线数据传输模块，其中：
数据存储模块，用于将所述预设种类的多个传感器采集的地下空间的检测数据，实时进行存储；
数据处理模块，与数据存储模块相连接，用于将所述预设种类的多个传感器采集的地下空间的检测数据，分别与预设的、对应的正常取值范围进行比较，如果位于预设的、对应的正常取值范围之内，则判断相应的数据合格，否则，则判断相应的数据不合格，同时，实时将比较情况通过无线数据传输模块发送给地面基站的计算机；
数据处理模块还用于将所述第一监控摄像头和第二监控摄像头所采集的图像，通过无线数据传输模块发送给地面基站的计算机。
其中，还包括：巡检机器人，所述巡检机器人设置在热力管道和供水管道之间的地面上。
其中，所述表面增强拉曼SERS水质传感器包括试剂盒和检测开关，其中：
检测开关，安装在所述供水管道上；
所述试剂盒位于检测开关的下方，所述试剂盒的顶部具有多个孔洞；
所述试剂盒中插入有表面增强拉曼SERS芯片，所述表面增强拉曼SERS芯片包括二氧化硅基片，所述二氧化硅基片上间隔设置有多个经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域；
所述二氧化硅基片的表面喷涂有金纳米薄膜，所述金纳米薄膜上涂附有DNA；
每个经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域与一个孔洞对应设置并相连通；
所述试剂盒的正上方设置有一个光纤探头，所述光纤探头通过一根光纤与一个便携式拉曼检测仪相连接；
所述便携式拉曼检测仪上设置有天线。
其中，制备在表面喷涂有金纳米薄膜并且金纳米薄膜上还涂附有DNA的二氧化硅基片，具体的制备过程包括以下步骤：
首先，以预设尺寸的玻璃片作为基片，在食人鱼溶液中浸泡30分钟，使其表面羟基化。食人鱼溶液中硫酸和双氧水之间的体积比为7：3；
接着，将表面羟基化的、富含羟基的基片浸入含有5％质量溶度的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷APTMS的甲醇溶液中，在室温下反应12h；
接着，继续将基片浸入质量浓度为2.5％的戊二醛溶液4小时，使得戊二醛溶液与基片表面修饰的APTMS发生氨基反应，生成醛基表面；
接着，用超纯水清洗基片的底物并用氮气流干燥。然后将5端修饰氨基的DNA(CCCCCACCTCCCACCCACC)溶液涂点到处理过后的基片表面上，在室温下反应4小时；
用摩尔体积浓度为0.1M的磷酸缓冲溶液溶液清洗对基片进行三次清洗除去其中非特异性结合的DNA链；
最后，用质量浓度为2.5％的牛血清白蛋白溶液包裹DNA上的斑点并阻断DNA上的活性位点，然后用超纯水清洗，并用干燥箱干燥，最终获得表面喷涂有金纳米薄膜并且金纳米薄膜上还涂附有DNA的二氧化硅基片。
其中，所述表面增强拉曼SERS芯片的制备包括以下步骤：
第一步、将质量浓度为0.01％的氯金酸溶液在剧烈搅拌下加热沸腾，在搅拌状态下迅速加入1％的柠檬酸三钠水溶液，所述氯金酸溶液和柠檬酸三钠水溶液的体积比为100:3；
第二步、继续加热煮沸15分钟，使浅黄色的溶液逐渐变成稳定的深红色，然后将制成的液体冷却至室温，得到金胶体；
第三步、将摩尔体积浓度为0.01mM的2-萘硫酚加入至金胶体溶液混合，轻轻搅拌10分钟，获得2-萘硫酚标记的金纳米粒子分离液，然后按照8000转/每分钟的速度离心转动10分钟，除去上清液，其中，所述2-萘硫酚与金胶体溶液的体积比为1:100；
第四步、再用1mL浓度为10mM的磷酸盐缓冲液悬浮，获得悬浮后的金胶体溶液，其中，磷酸盐缓冲液和金胶体溶液的体积比为1：1；
第五步、将预设的DNA溶液加入悬浮后的金胶体溶液中，反应十二小时，然后加入摩尔体积浓度为0.1M的氯化钠溶液盐化30分钟，再置于4摄氏度的温度中继续盐化6小时，获得混合物，其中，2-萘硫酚与氯化钠溶液的体积比为1:2；
第六步、将混合物在8000转每分钟的转速下离心30分钟，除去上清液，然后置于摩尔体积浓度为10mM的磷酸盐缓冲液中悬浮，获得经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒溶液；
第七步、将经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒涂覆在二氧化硅基片上，再置于干燥箱中干燥处理，最终在二氧化硅基片上形成经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域，制备获得表面增强拉曼SERS芯片；
在第五步中，所述预设的DNA溶液的具体制备步骤如下：
将摩尔体积浓度为100uM的DNA(CCCCCACCTCCCTCCCACCT)溶液与摩尔体积浓度为10mM的三(2-羧乙基)膦盐酸盐溶液混合，其中DNA溶液与三(2-羧乙基)膦盐酸盐溶液的体积比为20:3，并且DNA溶液与第三步中的2-萘硫酚的体积比为1:1，常温静置活化1小时，获得预设的DNA溶液。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，尤其是能够对地下管网传输的水中银离子的含量进行有效检测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络的结构示意图；
图2为本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络基于紫蜂ZigBee无线通信技术形成的数据传输示意图；
图3为本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络中表面增强拉曼(SERS)水质传感器与供水管道的配合工作状态示意简图；
图4为本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络中表面增强拉曼(SERS)芯片的结构示意简图；
图5为本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络中金纳米颗粒与DNA链之间的连接结构示意图；
图6为本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络中表面增强拉曼(SERS)芯片对液体进行检测时获得的拉曼信号示意图；
图中，1为第一监控摄像头；2为第二监控摄像头；3为热力管道；4为第一压力传感器；5为第一温度传感器；6为供水管道；7为巡检机器人；8为第一流量传感器；9为第二流量传感器；10为主节点计算机；11为第二温度传感器；12为表面增强拉曼(SERS)水质传感器；13为氧气传感器；14为一氧化碳传感器；15为硫化氢传感器；16为温湿度传感器；17为氮氧化物传感器；
18为检测开关；19为表面增强拉曼(SERS)芯片；20为试剂盒；21为便携式拉曼检测仪；22为天线；23为光纤探头；24为经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域；25为二氧化硅基片；26为金纳米颗粒；27为DNA链。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更换地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1至图6，本发明提供了基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，包括主节点计算机10，所述主节点计算机10与预设种类的多个传感器(即作为次节点)之间为无线信号(具体通过紫蜂ZigBee无线通信技术)连接；
所述预设种类的多个传感器安装在地下空间100(即地下管网空间)内铺设的热力管道3和供水管道6中以及地下空间的侧墙上；
所述预设种类的多个传感器用于采集对应的地下空间的检测数据，例如，温度传感器用于检测所安装位置的温度数据。
在本发明中，具体实现上，所述预设种类的多个传感器包括：第一温度传感器5、第二流量传感器9和表面增强拉曼SERS水质传感器12；
所述第一温度传感器5、第二流量传感器9和表面增强拉曼SERS水质传感器12安装在所述供水管道6中，用于检测所述供水管道6中水的温度、流量以及银离子含量，然后发送给主节点计算机10(具体通过紫蜂ZigBee无线通信技术)。
在本发明中，具体实现上，所述预设种类的多个传感器还包括：第一压力传感器4、第一流量传感器8和第二温度传感器11；
所述第一压力传感器4、第一流量传感器8和第二温度传感器11安装在所述热力管道3中，用于检测所述热力管道3中所传输介质(例如热水或者蒸汽)的压力、流量和温度，然后发送给主节点计算机10(具体通过紫蜂ZigBee无线通信技术，如ZigBee自组网)。
需要说明的是，热力管道是高温气体或者高温液体的传输管道，例如城市中的暖气管道。
在本发明中，具体实现上，所述预设种类的多个传感器还包括：氧气传感器13、一氧化碳传感器14、硫化氢传感器15、温湿度传感器16和氮氧化物传感器17；
所述氧气传感器13、一氧化碳传感器14、硫化氢传感器15、温湿度传感器16和氮氧化物传感器17分别安装在地下空间的侧墙上，用于对地下空间的整体环境信息进行收集，具体用于收集地下空间中的氧气气体浓度、一氧化碳气体浓度、硫化氢气体浓度、温度、湿度以及氮氧化物浓度，然后发送给主节点计算机10(具体通过紫蜂ZigBee无线通信技术，如ZigBee自组网)。
在本发明中，具体实现上，本发明提供的地下空间环境监控网络，还包括：第一监控摄像头1和第二监控摄像头2；
所述第一监控摄像头位于第二监控摄像头2的右上方；
所述第一监控摄像头1和第二监控摄像头2安装在地下空间的侧墙上，分别用于采集所覆盖区域的图像，然后发送给主节点计算机10(具体通过紫蜂ZigBee无线通信技术，如ZigBee自组网)，从而实现实时对所覆盖区域进行监视。
具体实现上，所述第一监控摄像头1和第二监控摄像头2可以为监控枪机。
需要说明的是，具体实现上，所述第一监控摄像头1可以位于地下管网入口15米处吊顶，支持360度的红外实时监控。所述第二监控摄像头2位于地下管网入口的18米处侧墙，可实时监视所覆盖区域。
需要说明的是，对于本发明，在所述预设种类的多个传感器中，每个传感器都包括供电模块、中央控制模块、环境采集模块和无线通信模块。
对于本发明，所述主节点计算机10，包括：数据存储模块、数据处理模块和无线数据传输模块，其中：
数据存储模块，用于将所述预设种类的多个传感器(即作为次节点)采集的地下空间的检测数据，实时进行存储，以形成数据库；
数据处理模块，与数据存储模块相连接，用于将所述预设种类的多个传感器(即作为次节点)采集的地下空间的检测数据，分别与预设的、对应的正常取值范围(例如预设的温度数值范围、预设的湿度数值范围)进行比较，如果位于预设的、对应的正常取值范围之内，则判断相应的数据合格，否则，则判断相应的数据不合格，同时，实时将比较情况通过无线数据传输模块发送给地面基站的计算机，使得地面上的工作人员可以了解到地下空间的各项环境参数情况，获得地下空间的环境信息，实现地下管网的实时监控。此外，数据处理模块还用于将所述第一监控摄像头1和第二监控摄像头2所采集的图像，通过无线数据传输模块发送给地面基站的计算机。
对于本发明，为了更好地对地下空间进行监控，本发明提供的地下空间环境网络还包括：巡检机器人7，所述巡检机器人7设置在热力管道3和供水管道6之间的地面上。
需要说明的是，所述巡检机器人7主要用于进行地下管线的安全信息监控，收集地下管线的安全信息。所述巡检机器人的底部具有车轮，其上可以安装有红外热成像仪、可见光摄像头和激光导航模块(现有的激光导航模块即可)；
其中，通过红外热成像仪，可以检测温度变化，从而可以实时监测热力管道3和供水管道6等地下管线的泄漏问题；
可见光摄像头，用于对地下空间的图像进行实时监控，对于保障管线运行安全有着重要的作用。
激光导航模块，用于保障巡检机器人7的路线规划与智能探测。
需要说明的是，所述巡检机器人7用于移动和进行环境监测的主体结构，为现有的巡检机器人的结构，在此与现有技术类似，在此不展开描述。
具体实现上，所述数据存储模块、数据处理模块和无线数据传输模块位于主节点计算机10的下部。
需要说明的是，对于本发明，所有次节点的数据均可以通过zigbee网络传输至主节点计算机中，通过主节点计算机的各个数据模块对数据进行收集、处理、对比和检索，最后将得出的环境信息，可以通过zigbee无线通讯模块传输出去。通过整个系统的数据采集、存储、处理和传输，实现了地下管廊信息的综合利用，为地下空间的统筹规划和综合调度提供强有力的数据支撑。
如图3所示，对于本发明，所述表面增强拉曼(SERS)水质传感器12包括试剂盒20和检测开关18，其中：
检测开关18，安装在所述供水管道6上；具体可以为一个电磁开关阀；
所述试剂盒20位于检测开关18的下方，所述试剂盒20的顶部具有多个孔洞；
所述试剂盒20中插入有表面增强拉曼(SERS)芯片19，所述表面增强拉曼(SERS)芯片19包括二氧化硅基片25，所述二氧化硅基片25上间隔设置有多个经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域24；
所述二氧化硅基片25的表面喷涂有金纳米薄膜，所述金纳米薄膜上涂附有(具体为：按点涂上)DNA；
每个经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域24与一个孔洞对应设置并相连通，即能够接到从孔洞流入的液体；
所述试剂盒20的正上方设置有一个光纤探头23，所述光纤探头23通过一根光纤与一个便携式拉曼检测仪21相连接；
所述便携式拉曼检测仪21上设置有天线22(具体可以为紫蜂ZigBee天线)。
具体实现上，所述便携式拉曼检测仪21可以为现有的一种便携式拉曼检测仪。例如，可以参见申请号为CN201621206981.6的、在2016年11月9日公布的中国实用新型专利申请《一种便携式多功能拉曼检测仪》公开说明书记载的便携式拉曼检测仪。
因此，对于本发明，由于在供水管道6下方安装检测开关18，当开始检测时，打开检测开关18，从供水管道6流出的一滴液滴将滴入试剂盒20中的SERS检测芯片19上，从而发生反应，不同污染物检测将滴入不同孔洞中进行检测。光纤探头23能够发出532nm的激光进行拉曼检测并在便携式拉曼检测仪21中进行处理，最后将便携式拉曼检测仪21检测获得的水中银离子含量数据通过天线22来无线传输给主节点计算机10。
对于本发明，需要说明的是，表面增强拉曼(SERS)水质传感器12主要用于水中银离子的检测，利用的原理是银离子能够和DNA中的C碱基形成“C-Ag2+-C”结构，通过SERS间接检测银离子的存在。
为了制备在表面喷涂有金纳米薄膜并且金纳米薄膜上还涂附有(具体为：按点涂上)DNA的二氧化硅基片25，具体的制备过程包括以下步骤：
首先，以预设尺寸的玻璃片作为基片，在食人鱼溶液(其中硫酸和双氧水之间的体积比为7：3)中浸泡30分钟，使其表面羟基化；
接着，将表面羟基化的、富含羟基的基片浸入含有5％质量溶度的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷(APTMS)的甲醇溶液中，在室温下反应12h；
接着，继续将基片浸入质量浓度为2.5％的戊二醛溶液4小时，使得戊二醛溶液与基片表面修饰的APTMS发生氨基反应，生成醛基表面；
接着，用超纯水清洗基片的底物并用氮气流干燥。然后将5端修饰氨基的DNA(DNA序列为CCCCCACCTCCCACCCACC)溶液涂点到处理过后的基片表面上，在室温下反应4小时；
用摩尔体积浓度为0.1M的磷酸缓冲溶液(PBS)溶液清洗对基片进行三次清洗除去其中非特异性结合的DNA链；
最后，用质量浓度为2.5％的牛血清白蛋白(BSA)溶液包裹DNA上的斑点并阻断DNA上的活性位点，然后用超纯水(又称UP水)清洗，并用干燥箱干燥，最终获得表面喷涂有金纳米薄膜并且金纳米薄膜上还涂附有(具体为：按点涂上)DNA的二氧化硅基片25。这时候，可以继续保存至4度环境中备用。
为了在二氧化硅基片25上形成经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域24，制备获得表面增强拉曼(SERS)芯片19，具体进行的金纳米颗粒修饰过程包括以下步骤：
第一步、将质量浓度为0.01％的氯金酸溶液在剧烈搅拌下加热沸腾，在搅拌状态下迅速加入1％的柠檬酸三钠水溶液，所述氯金酸溶液和柠檬酸三钠水溶液的体积比为100:3；
第二步、继续加热煮沸15分钟，使浅黄色的溶液逐渐变成稳定的深红色，然后将制成的液体冷却至室温，得到金胶体溶液。这时候，可以在4℃下将金胶体保存在黑色瓶子中备用。
具体实现上，所述氯金酸溶液为50mL时，对应的柠檬酸三钠水溶液为1.5mL，对应的金胶体溶液的直径可以为30nm。
第三步、将摩尔体积浓度为0.01mM(即毫摩尔每升)的2-萘硫酚(2NT)加入至金胶体溶液混合，轻轻搅拌10分钟，获得2-萘硫酚标记的金纳米粒子分离液，然后按照8000转/每分钟的速度离心转动10分钟，除去上清液，其中，所述2-萘硫酚(2NT)与金胶体溶液的体积比为1:100；
具体实现上，所述2-萘硫酚(2NT)的体积为10uL时，对应的金胶体溶液需要1mL。
第四步、再用摩尔体积浓度为10mM的磷酸盐缓冲液(即PBS，pH值为7)悬浮，获得悬浮后的金胶体溶液，其中，磷酸盐缓冲液和金胶体溶液的体积比为1：1；
具体实现上，当金胶体溶液为1mL时，所选用的磷酸盐缓冲液也为1mL。
第五步、将预设的DNA溶液加入悬浮后的金胶体溶液中，反应十二小时，然后加入摩尔体积浓度为0.1M(即摩尔每升)的氯化钠溶液盐化30分钟，再置于4摄氏度的温度中继续盐化6小时，获得混合物，其中，2-萘硫酚(2NT)与氯化钠溶液的体积比为1:2；
在第五步中，具体实现上，当所述2-萘硫酚(2NT)的体积为10uL时，氯化钠溶液的体积为20uL。
具体实现上，所述预设的DNA溶液的具体制备步骤如下：
将摩尔体积浓度为100uM的DNA(DNA序列为(CCCCCACCTCCCTCCCACCT)溶液与摩尔体积浓度为10mM的三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)溶液混合，其中DNA溶液与三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)溶液的体积比为20:3，并且DNA溶液与第三步中的2-萘硫酚(2NT)的体积比为1:1，然后常温静置活化1小时，获得预设的DNA溶液。例如，当DNA溶液为10uL时，三(2-羧乙基)膦盐酸盐(TCEP)溶液为1.5uL。
第六步、将混合物在8000转每分钟的转速下离心30分钟，除去上清液，然后置于摩尔体积浓度为10mM的磷酸盐缓冲液(pH值为7)中悬浮，获得经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒溶液；
第七步、将经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒涂覆在二氧化硅基片上，再置于干燥箱中干燥处理，最终在二氧化硅基片25上形成经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域24，制备获得表面增强拉曼(SERS)芯片19。
如图5所示，经过上述方法制备，任意一个金纳米颗粒26通过DNA链27、一个CHO酸基与二氧化硅基片25紧密连接在一起，该二氧化硅基片25的表面喷涂有金纳米薄膜，所述金纳米薄膜上涂附有(具体为：按点涂上)DNA。
如图6所示，横坐标是拉曼位移，就是散射光相对于入射光的波数差，纵坐标是光子计数，就是散射光的强度。当所滴入的液滴中有银离子存在时，金纳米颗粒通过“C-Ag2+-C”结构将金纳米颗粒吸附到SERS芯片表面，产生强烈的拉曼信号，其特征峰主要位于1380cm-1处，通过信号的强弱得出银离子浓度，并将信号传输给主节点7进行处理。本发明能够实现银离子的特异性且高精度测量，并且能够实现实时原位测量，因此对于推动地下空间监测信息化发展有着深远的影响。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，其可以安全、可靠地对地下管网的环境进行全方位的监测，尤其是能够对地下管网传输的水中银离子的含量进行有效检测，能够减少地下管网的安全隐患，保证地下管网的安全使用，有利于广泛地应用，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于醛基芯片和金纳米颗粒检测银离子含量的环境网络，其特征在于，包括主节点计算机(10)，所述主节点计算机(10)与预设种类的多个传感器之间为无线信号连接；
所述预设种类的多个传感器安装在地下空间(100)内铺设的热力管道(3)和供水管道(6)中以及地下空间的侧墙上；
所述预设种类的多个传感器用于采集对应的地下空间的检测数据。
2.如权利要求1所述的环境网络，其特征在于，所述预设种类的多个传感器包括：第一温度传感器(5)、第二流量传感器(9)和表面增强拉曼SERS水质传感器(12)；
所述第一温度传感器(5)、第二流量传感器(9)和表面增强拉曼SERS水质传感器(12)安装在所述供水管道(6)中，用于检测所述供水管道(6)中水的温度、流量以及银离子含量，然后发送给主节点计算机(10)。
3.如权利要求2所述的环境网络，其特征在于，所述预设种类的多个传感器还包括：第一压力传感器(4)、第一流量传感器(8)和第二温度传感器(11)；
所述第一压力传感器(4)、第一流量传感器(8)和第二温度传感器(11)安装在所述热力管道(3)中，用于检测所述热力管道(3)中所传输介质的压力、流量和温度，然后发送给主节点计算机(10)。
4.如权利要求3所述的环境网络，其特征在于，所述预设种类的多个传感器还包括：氧气传感器(13)、一氧化碳传感器(14)、硫化氢传感器(15)、温湿度传感器(16)和氮氧化物传感器(17)；
所述氧气传感器(13)、一氧化碳传感器(14)、硫化氢传感器(15)、温湿度传感器(16)和氮氧化物传感器(17)分别安装在地下空间的侧墙上，用于收集地下空间中的氧气气体浓度、一氧化碳气体浓度、硫化氢气体浓度、温度、湿度以及氮氧化物浓度，然后发送给主节点计算机(10)。
5.如权利要求4所述的环境网络，其特征在于，还包括：第一监控摄像头(1)和第二监控摄像头(2)；
所述第一监控摄像头位于第二监控摄像头(2)的右上方；
所述第一监控摄像头(1)和第二监控摄像头(2)安装在地下空间的侧墙上，分别用于采集所覆盖区域的图像，然后发送给主节点计算机(10)。
6.如权利要求5所述的环境网络，其特征在于，所述主节点计算机(10)，包括：数据存储模块、数据处理模块和无线数据传输模块，其中：
数据存储模块，用于将所述预设种类的多个传感器采集的地下空间的检测数据，实时进行存储；
数据处理模块，与数据存储模块相连接，用于将所述预设种类的多个传感器采集的地下空间的检测数据，分别与预设的、对应的正常取值范围进行比较，如果位于预设的、对应的正常取值范围之内，则判断相应的数据合格，否则，则判断相应的数据不合格，同时，实时将比较情况通过无线数据传输模块发送给地面基站的计算机；
数据处理模块还用于将所述第一监控摄像头(1)和第二监控摄像头(2)所采集的图像，通过无线数据传输模块发送给地面基站的计算机。
7.如权利要求1至6中任一项所述的环境网络，其特征在于，还包括：巡检机器人(7)，所述巡检机器人(7)设置在热力管道(3)和供水管道(6)之间的地面上。
8.如权利要求2所述的环境网络，其特征在于，所述表面增强拉曼SERS水质传感器(12)包括试剂盒(20)和检测开关(18)，其中：
检测开关(18)，安装在所述供水管道(6)上；
所述试剂盒(20)位于检测开关(18)的下方，所述试剂盒(20)的顶部具有多个孔洞；
所述试剂盒(20)中插入有表面增强拉曼SERS芯片(19)，所述表面增强拉曼SERS芯片(19)包括二氧化硅基片(25)，所述二氧化硅基片(25)上间隔设置有多个经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域(24)；
所述二氧化硅基片(25)的表面喷涂有金纳米薄膜，所述金纳米薄膜上涂附有DNA；
每个经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域(24)与一个孔洞对应设置并相连通；
所述试剂盒(20)的正上方设置有一个光纤探头(23)，所述光纤探头(23)通过一根光纤与一个便携式拉曼检测仪(21)相连接；
所述便携式拉曼检测仪(21)上设置有天线(22)。
9.如权利要求8所述的环境网络，其特征在于，制备在表面喷涂有金纳米薄膜并且金纳米薄膜上还涂附有DNA的二氧化硅基片，具体的制备过程包括以下步骤：
首先，以预设尺寸的玻璃片作为基片，在食人鱼溶液中浸泡30分钟，使其表面羟基化。食人鱼溶液中硫酸和双氧水之间的体积比为7：3；
接着，将表面羟基化的、富含羟基的基片浸入含有5％质量溶度的3-氨丙基三甲氧基硅氧烷APTMS的甲醇溶液中，在室温下反应12h；
接着，继续将基片浸入质量浓度为2.5％的戊二醛溶液4小时，使得戊二醛溶液与基片表面修饰的APTMS发生氨基反应，生成醛基表面；
接着，用超纯水清洗基片的底物并用氮气流干燥。然后将5端修饰氨基的DNA(CCCCCACCTCCCACCCACC)溶液涂点到处理过后的基片表面上，在室温下反应4小时；
用摩尔体积浓度为0.1M的磷酸缓冲溶液溶液清洗对基片进行三次清洗除去其中非特异性结合的DNA链；
最后，用质量浓度为2.5％的牛血清白蛋白溶液包裹DNA上的斑点并阻断DNA上的活性位点，然后用超纯水清洗，并用干燥箱干燥，最终获得表面喷涂有金纳米薄膜并且金纳米薄膜上还涂附有DNA的二氧化硅基片。
10.如权利要求8所述的环境网络，其特征在于，所述表面增强拉曼SERS芯片19的制备包括以下步骤：
第一步、将质量浓度为0.01％的氯金酸溶液在剧烈搅拌下加热沸腾，在搅拌状态下迅速加入1％的柠檬酸三钠水溶液，所述氯金酸溶液和柠檬酸三钠水溶液的体积比为100:3；
第二步、继续加热煮沸15分钟，使浅黄色的溶液逐渐变成稳定的深红色，然后将制成的液体冷却至室温，得到金胶体；
第三步、将摩尔体积浓度为0.01mM的2-萘硫酚加入至金胶体溶液混合，轻轻搅拌10分钟，获得2-萘硫酚标记的金纳米粒子分离液，然后按照8000转/每分钟的速度离心转动10分钟，除去上清液，其中，所述2-萘硫酚与金胶体溶液的体积比为1:100；
第四步、再用1mL浓度为10mM的磷酸盐缓冲液悬浮，获得悬浮后的金胶体溶液，其中，磷酸盐缓冲液和金胶体溶液的体积比为1：1；
第五步、将预设的DNA溶液加入悬浮后的金胶体溶液中，反应十二小时，然后加入摩尔体积浓度为0.1M的氯化钠溶液盐化30分钟，再置于4摄氏度的温度中继续盐化6小时，获得混合物，其中，2-萘硫酚与氯化钠溶液的体积比为1:2；
第六步、将混合物在8000转每分钟的转速下离心30分钟，除去上清液，然后置于摩尔体积浓度为10mM的磷酸盐缓冲液中悬浮，获得经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒溶液；
第七步、将经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒涂覆在二氧化硅基片上，再置于干燥箱中干燥处理，最终在二氧化硅基片上形成经过DNA和2-萘硫酚修饰的金纳米颗粒分布区域，制备获得表面增强拉曼SERS芯片；
在第五步中，所述预设的DNA溶液的具体制备步骤如下：
将摩尔体积浓度为100uM的DNA(CCCCCACCTCCCTCCCACCT)溶液与摩尔体积浓度为10mM的三(2-羧乙基)膦盐酸盐溶液混合，其中DNA溶液与三(2-羧乙基)膦盐酸盐溶液的体积比为20:3，并且DNA溶液与第三步中的2-萘硫酚的体积比为1:1，常温静置活化1小时，获得预设的DNA溶液。
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