專利名稱：微流控芯片熒光檢測光學裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控芯片的熒光檢測，特別是一種具有自動對焦功能的微流控芯片熒光檢測光學裝置。
背景技術(shù)：
目前微流控芯片廣泛應用在各個領(lǐng)域，包括醫(yī)療診斷、環(huán)境保護、藥物篩選、基因測序等，用于對DNA、多肽、蛋白質(zhì)等生物大分子進行高速、高效分離或處理。熒光檢測是測定微流控芯片經(jīng)系統(tǒng)處理后有關(guān)組分的組成及其含量的重要手段之一。
現(xiàn)有微流控芯片熒光檢測光學裝置的基本原理是激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)過一個濾光片變成近似單色光；此單色光經(jīng)過半透半反鏡、物鏡照射到芯片的微管道中；該管道中的熒光物質(zhì)在激光的照射下獲得能量后激發(fā)出一定波長的熒光。所激發(fā)的熒光再經(jīng)過物鏡、半透半反鏡，透射后經(jīng)濾光片將非激發(fā)光波長的光過濾掉，激發(fā)光再經(jīng)光闌由光電倍增管收集，經(jīng)放大后將光信號轉(zhuǎn)變成電信號，由計算機處理。
現(xiàn)有的用于微流控芯片熒光檢測裝置，如加拿大Albert公司生產(chǎn)的微流控芯片分析儀、安吉倫公司生產(chǎn)的2100型生物分析儀等，其基本原理同上所述。存在的主要缺點有(1)為了使芯片微管道中的熒光染料經(jīng)激光激發(fā)后，激發(fā)光能經(jīng)過光路被光電倍增管收集，被檢測芯片的微管道必須處在物鏡的焦點上。為了適應不同類型的芯片，現(xiàn)有微流控芯片熒光檢測儀微管道定位采用手動方式，通過手工來移動芯片，這要求操作者有一定的經(jīng)驗，需要花費很長的時間；(2)用于激發(fā)光的激光波長固定在一個波長，不能自由更換，限制了熒光染料的選擇；(3)光路系統(tǒng)中物鏡組位置固定，不能根據(jù)激發(fā)光波長調(diào)整物鏡組的工作距離，限制了檢測的靈敏度；(4)光闌大小固定，不能根據(jù)需要調(diào)整光闌大小，限制了檢測的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述缺點，方便儀器的使用，提高儀器的靈敏度，本發(fā)明提供一種具備自動對焦功能的微流控芯片熒光檢測光學裝置，本發(fā)明還提供了用于這種熒光檢測光學裝置的信息處理系統(tǒng)。本發(fā)明提供的檢測裝置包括檢測光路、信號采集接口和控制接口。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種微流控芯片熒光檢測光學裝置，包括光源、濾光片、半透半反鏡、物鏡組、光電倍增管，特征在于其構(gòu)成包括①檢測光路沿光源發(fā)出光束的前進方向同軸地依次是第一透鏡組、第一濾光片、第二透鏡組、半透半反鏡，該半透半反鏡與上述光束成45°放置，在該半透半反鏡的反射光束方向是物鏡組和供微流控芯片放置的芯片平臺，由微流控芯片反射的光束激發(fā)熒光光束透過所述半透半反鏡對該透射光方向是具有切換開關(guān)的反射鏡和CCD探測器，在所述反射鏡的反射光路上依次是第二濾光片，第三透鏡組，光闌和光電倍增管；
②信息采集接口所述光電倍增管的輸出端經(jīng)放大電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和RS232接口與計算機相連，所述的CCD探測器經(jīng)圖像采集卡與所述的計算機相連；③控制接口所述計算機的輸出端經(jīng)RS232接口、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、伺服電機驅(qū)動芯片平臺運動，實施待測微流控芯片的微管道與激發(fā)光束的自動對焦。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置中的光源是由同光軸的白光光源和激光光源組成，而且該激光光源可輸出多種波長的激光。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的檢測光路1所有光學元件都安置在相應的卡槽中，該卡槽具有相應光學元件的裝卸構(gòu)件。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的物鏡組與其支架通過螺紋連接，依靠螺紋旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)物鏡組的焦距。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的反射鏡的轉(zhuǎn)換開關(guān)為繞軸旋轉(zhuǎn)撥動開關(guān)或平行移動式開關(guān)，可將反射鏡移入、移出光路，實現(xiàn)反射鏡的切換。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的光闌的光闌孔徑是可根據(jù)需要進行調(diào)整。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的芯片平臺的移動精度優(yōu)于1μm。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置中采用的計算機具有數(shù)據(jù)采集處理程序和芯片自動對焦程序。
本發(fā)明微流控芯片熒光檢測光學裝置的特點和優(yōu)點1.本發(fā)明裝置的光源是多波長激光光源，必要時還可以更換，可以根據(jù)待測定的微流控芯片所需要的激光波長來選定，本發(fā)明裝置的波長使用范圍更寬廣，使用靈活；2.本發(fā)明裝置的檢測光路中所有的光學鏡片都安置在相應的卡槽里，可隨時根據(jù)需要來更換，位置也是可調(diào)的，因而提高了裝置檢測的靈活性；3.所述的物鏡組的焦距是可調(diào)的，光電倍增管和CCD的位置也是可調(diào)的，光闌的孔徑是可調(diào)的，微調(diào)范圍為2μm～28μm；4.本發(fā)明微流控芯片微管道與物鏡組的對焦空徑由計算機控制伺服電機驅(qū)動芯片平臺來實現(xiàn)，克服了手動對焦的人為因素的影響，而且速度快，精度高，誤差＜1μm。
總之，本發(fā)明裝置適用范圍廣，調(diào)整靈活，物鏡組與微流控芯片的微管道自動對焦，數(shù)據(jù)處理都由計算機自動完成。


圖1是本發(fā)明微流控芯片熒光檢測光學裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本發(fā)明裝置檢測光路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明裝置計算機控制芯片平臺驅(qū)動示意圖；圖4是本發(fā)明微流控芯片微管道與物鏡組自動對焦定位的流程圖。
1-檢測光路 101-激光光源 102-第一透鏡組103-第一濾光片 104-第二透鏡組105-半透半反鏡106-物鏡組 107-反射鏡108-第二濾光片109-第三透鏡組 110-光闌 111-光電倍增管112-CCD探測器
2-放大電路 3-模數(shù)轉(zhuǎn)換器 4-計算機41-圖象采集卡42-RS232接口 5-數(shù)模轉(zhuǎn)換器6-伺服電機 7-芯片平臺61-伺服電機驅(qū)動器62-芯片平臺移動機構(gòu)具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
先請參閱圖1和圖2，本發(fā)明是一種微流控芯片熒光檢測光學裝置，其構(gòu)成包括①檢測光路1沿光源101發(fā)出光束的前進方向同光軸O1O1’的依次是第一透鏡組102、第一濾光片103、第二透鏡組104、半透半反鏡105，該半透半反鏡105與上述光束成45°放置，在該半透半反鏡105的反射光束方向是物鏡組106和供微流控芯片8放置的芯片平臺7，由微流控芯片8反射的光束透過所述半透半反鏡105，在該透射光方向是具有切換開關(guān)的反射鏡107和CCD探測器112，在所述反射鏡107的反射光路上依次是第二濾光片108、第三透鏡組109、光闌110和光電倍增管111，且同光軸O2O2；②信息采集接口所述光電倍增管111的輸出端經(jīng)放大電路2、模數(shù)轉(zhuǎn)換器3和RS232接口42與計算機4相連，所述的CCD112經(jīng)圖像采集卡41與所述的計算機4相連；③控制接口所述計算機4的輸出端經(jīng)RS232接口42、數(shù)模轉(zhuǎn)換器5、伺服電機6驅(qū)動芯片平臺7運動，實施待測微流控芯片8的微管道與物鏡組106的自動對焦。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置中的激光光源是一多波長激光器并根據(jù)需要選擇波長或進行更換。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的檢測光路1所有光學元件都安置在相應的卡槽中，該卡槽具有相應的裝卸構(gòu)件。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的物鏡組106與其支架通過螺紋連接，該物鏡組106的焦距是可調(diào)的。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的反射鏡107的轉(zhuǎn)換開關(guān)為繞軸旋轉(zhuǎn)撥動開關(guān)或平行移動式開關(guān)。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的光闌110的光闌孔大小是可調(diào)的。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置的芯片平臺7的移動精度優(yōu)于1μm。
所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置中采用的計算機4具有數(shù)據(jù)采集處理程序和芯片自動對焦程序。
本發(fā)明裝置的工作過程包括1.根據(jù)需要調(diào)整本發(fā)明裝置的各元部件；2.自動對焦利用轉(zhuǎn)換開關(guān)將反光鏡107移開，光源101的白光光源發(fā)出白光，經(jīng)第一透鏡組102、濾光片103、第二透鏡組104、半透半反鏡105反射后，通過物鏡組106照射位于芯片平臺7上的微流控芯片8的微管道，其反射光經(jīng)物鏡組106，半透半反鏡105進入CCD探測器112，該CCD探測器112獲得微流控的圖像，再經(jīng)圖像采集卡41輸入計算機4，由計算機4進行數(shù)據(jù)處理圖象識別，由計算機控制的芯片微管道自動對焦定位的流程如圖4所示，在此不再贅述，計算機4根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，發(fā)出指令，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器5，產(chǎn)生脈沖信號控制伺服電機驅(qū)動器61，驅(qū)動伺服電機6的運動，通過芯片平臺移動機構(gòu)62驅(qū)動芯片平臺7運動，以實現(xiàn)微流控芯片8的微管道與物鏡組106的自動對焦定位；3.光學檢測反射鏡107復位，光源101的激光光源發(fā)出特定波長的激光，或通過染料激光產(chǎn)生所需要波長的激光，經(jīng)第一透鏡組102，濾光片103，第二透鏡組104，半透半反鏡105反射經(jīng)物鏡組106照射位于芯片平臺7上的微控流芯片8的微管道中，該微管道中的物質(zhì)在激發(fā)光的作用下，產(chǎn)生熒光，該熒光經(jīng)物鏡組106，反射鏡107反射，經(jīng)第三濾光片108濾光，消除熒光外的雜散光，熒光再經(jīng)第三透鏡組109，光闌110，由光電倍增管111接收，產(chǎn)生的電信號經(jīng)進入放大電路2放大，放大的信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器3轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過RS232接口42送入計算機4，計算機4運行數(shù)據(jù)采集處理程序，完成對待測微控流芯片8中該微管道的熒光檢查。
權(quán)利要求
1.一種微流控芯片熒光檢測光學裝置，包括光源(101)、濾光片(103)、半透半反境(105)、物鏡組(106)、光電倍增管(111)，特征在于其構(gòu)成是①檢測光路(1)沿光源(101)發(fā)出光束的前進方向同軸地依次是第一透鏡組(102)、第一濾光片(103)、第二透鏡組(104)、半透半反境(105)，該半透半反境(105)與上述光束成45°放置，在該半透半反境(105)的反射光束方向是物鏡組(106)和供微流控芯片(8)放置的芯片平臺(7)，由微流控芯片(8)反射的光束透過所述半透半反境(105)，在該透射光方向是具有切換開關(guān)的反射鏡(107)和CCD探測器(112)，在所述反射鏡(107)的反射光路上依次是第二濾光片(108)，第三透鏡組(109)，光闌(110)和光電倍增管(111)；②信息采集接口所述光電倍增管(111)的輸出端經(jīng)放大電路(2)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(3)和RS232接口(42)與計算機(4)相連，所述的CCD探測器(112)經(jīng)圖像采集卡(41)與所述的計算機(4)相連；③控制接口所述計算機(4)的輸出端經(jīng)RS232接口(42)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(5)、伺服電機(6)驅(qū)動芯片平臺(7)運動，實施待測微流控芯片(8)的微管道與激發(fā)光束的自動對焦。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的光源(101)由同光軸的白光光源和激發(fā)光源組成，而且所述的激光光源可輸出多種波長的激光。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的檢測光路(1)所有光學元件都安置在相應的卡槽中，該卡槽具有相應的光學元件的裝卸構(gòu)件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的物鏡組(106)與其支架通過螺紋連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的反射鏡(107)的轉(zhuǎn)換開關(guān)為一繞軸旋轉(zhuǎn)撥動開關(guān)或平行移動式開關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的光闌(110)的光闌孔大小是可調(diào)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的芯片平臺(7)的移動精度優(yōu)于1μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項所述的微流控芯片熒光檢測光學裝置，其特征在于所述的計算機(4)具有數(shù)據(jù)采集處理程序和芯片自動對焦程序。
全文摘要
一種微流控芯片熒光檢測光學裝置，包括光源、濾光片、半透半反境、物鏡組、光電倍增管，該檢測光學裝置的構(gòu)成包括檢測光路、信息采集接口和控制接口。本發(fā)明裝置適用范圍廣，調(diào)整靈活，物鏡組與微流控芯片的微管道自動對焦，數(shù)據(jù)處理都由計算機自動完成，速度快、精度高。
文檔編號G01N21/64GK1724997SQ200510027678
公開日2006年1月25日 申請日期2005年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月12日
發(fā)明者丁永生, 李汪根 申請人:東華大學