專利名稱：具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微流控檢測裝置，特別是設(shè)計(jì)了一種具有自動定位聚 焦功能的高靈敏度微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其能用于微流控芯片的激 光誘導(dǎo)熒光檢測。
背景技術(shù)：
微流控芯片(Microfluidics， Lab-on-a-chip)是一個跨學(xué)科的新領(lǐng)域， 指的是把生化領(lǐng)域中所涉及的樣品制備、反應(yīng)、分離、檢測等基本操作單 元集成或基本集成到一塊幾平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成網(wǎng) 絡(luò)，以可控流體貫穿整個系統(tǒng)，用以取代常規(guī)生物或化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的各種功 能的一種技術(shù)。它是微納米技術(shù)的重要組成部分，也是系統(tǒng)生物學(xué)研究的 主要技術(shù)平臺之一。
芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)所涉及到的微通道的寬度一般介于幾十至幾百微米， 如此小的尺寸不僅保證了微流控芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)極小的試劑消耗量(~10'9 升)，還使在小面積芯片上集成高密度流路成為可能。微流控芯片的發(fā)展使 測試靈敏度的顯著提高和成本大幅降低，更為深遠(yuǎn)的意義則在于，它極有 可能使疾病診斷設(shè)備小型化，家庭化，從而大幅提高人類的健康水平，改 善生活質(zhì)量。
微流控芯片的檢測裝置是微流控芯片的結(jié)果輸出單元，當(dāng)前由于激光 誘導(dǎo)熒光的高靈敏度(已達(dá)單分子水平)成為當(dāng)前最廣泛的檢測方式。從 當(dāng)前已經(jīng)報(bào)道的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測裝置來看，如何將激光定位、聚焦在微米級別的通道上，獲取最高靈敏度是當(dāng)前存在的主要問題之一。 解決聚焦問題的主要方法是采用顯微鏡聚焦系統(tǒng)，通過對現(xiàn)有顯微鏡裝置 進(jìn)行改裝，進(jìn)行激光在微流控通道的定位、聚焦。通道對顯微鏡的調(diào)節(jié)使 激光斑點(diǎn)定位、聚焦于微流控通道，然后將光路切換到檢測部分，進(jìn)行檢 測。但是構(gòu)架存在如下問題1、存在激光傷害問題，激光對測試者的眼睛 存在傷害危險(xiǎn)；2、手動調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)復(fù)雜，聚焦靠人主觀判斷，重現(xiàn)性差。 在最新的報(bào)道中，采用光路分光系統(tǒng)，分出一束光，外接CCD來進(jìn)行焦點(diǎn) 的判定。這種方式避免了激光對人眼的傷害，但是帶來了光路設(shè)計(jì)的復(fù)雜 和光強(qiáng)的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有自動定位、聚焦功能的激光誘導(dǎo)熒光微流控檢測 儀，其能用于微流控芯片的激光誘導(dǎo)熒光檢測。
本發(fā)明提供一種具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測 儀，主要由激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)l、電控三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、激光聚焦專用 微流控芯片3、信號檢測處理系統(tǒng)4組成；其中
激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)1采用共聚焦構(gòu)架分別由物鏡，半反半透鏡， 激光器，濾光片，光電倍增管組成；
電控三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)2由三個電控調(diào)節(jié)平臺和芯片平臺組成，芯片平臺 在電控調(diào)節(jié)平臺的控制下，進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的分辨率0.1 1微米，X軸的 電控平臺主要用于調(diào)節(jié)檢測點(diǎn)的位置，Y軸的電控平臺用于激光點(diǎn)聚焦到 通道上，Z軸的電控平臺用于將激光斑點(diǎn)聚焦到熒光強(qiáng)度最大。
激光聚焦專用微流控芯片3由聚焦輔助通道和微流控芯片電泳分離通道組成，聚焦輔助通道用于微流控芯片的通道找尋和聚焦。
信號檢測處理系統(tǒng)4由高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器、步進(jìn)電機(jī)控制器、高壓 電源板等組成，其中步進(jìn)電機(jī)用于控制電控調(diào)節(jié)平臺。
本發(fā)明提供的具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀， 激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)1的所有光學(xué)元件均置于表面發(fā)黑的鋁盒中，物鏡 采用10 40倍熒光顯微鏡，用于激光的聚焦和熒光信號的收集，半反半透 鏡用于反射激光透過熒光。濾光片可調(diào)換，根據(jù)所選擇的熒光選擇相應(yīng)的 濾光片，光電倍增管用于將熒光信號轉(zhuǎn)為電信號。
本發(fā)明提供的具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀， 激光聚焦專用微流控芯片3的芯片材料可以是石英、玻璃、PMMA、 PDMS 等微流控芯片材料。
本發(fā)明提供的具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀， 信號檢測處理系統(tǒng)4的高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器為24bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換 器用于將PMT信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行處理、顯示。高 壓電源板提供六路1 6000V直流高壓，用于提供微流控芯片電泳分離所需 高壓。
與常規(guī)微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測器相比，本發(fā)明具有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)
1、 光路構(gòu)架簡單，去除了復(fù)雜的分光光路，提高了檢測靈敏度。
2、 采用三維電控聚焦，實(shí)現(xiàn)聚焦的自動化，減少人為因素的影響，實(shí)現(xiàn) 高重復(fù)性的微流控芯片聚焦，同時最大可能的降低了激光對人眼的傷 害。


圖1自動定位、聚焦激光誘導(dǎo)熒光檢測儀構(gòu)架圖。其中1是激光誘導(dǎo)
熒光光路系統(tǒng)，2電控三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)(芯片平臺處于三維電控平臺上，三維 電控平臺沒有畫出)，4是信號檢測處理系統(tǒng)。
圖2激光聚焦專用微流控芯片3構(gòu)架示意圖。1為聚焦輔助通道，2 為樣品分離通道，3為聚焦輔助通道到電泳分離通道的距離。
圖3自動定位、聚焦微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀測定熒光素鈉的結(jié)果 圖。(分析條件輔助通道灌入10々MFITC， pH9,2硼砂緩沖液，熒光素鈉 濃度lxl()4M。進(jìn)樣條件500V , 40s;分離條件1200V ， 500s)。
圖4自動定位、聚焦微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀測定DNA片段的結(jié) 果圖。(分析條件輔助通道染料及濃度10'6 M熒光素鈉；緩沖體系 0.1% PVP， 0.5% HPMC and 6% mannitol in TBE緩沖液中.進(jìn)樣條件 500V ， 40s;分離條件1200V and 500s。)
具體實(shí)施例方式
按圖1所示構(gòu)架，搭建自動定位、聚焦激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，設(shè)計(jì)如 圖2所示芯片。在聚焦輔助通道內(nèi)灌入熒光染料，在電泳通道灌入緩沖液 加工和在樣品池灌入待檢測樣品，在其他液池中灌入緩沖液。然后將芯片 置于芯片平臺上，移動X軸，將激光斑點(diǎn)移到預(yù)測定的位置。啟動Y軸平 臺，使激光斑點(diǎn)在微流控芯片上沿Y軸方向掃描，PMT收集到的信號，經(jīng) 模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳入電腦，當(dāng)激光斑點(diǎn)掃過輔助通道是，信號增加，當(dāng)信號增 加到最強(qiáng)時，激光斑點(diǎn)掃描到輔助通道的中央。啟動Z軸，使激光斑點(diǎn)在 微流控芯片輔助通道上下移動，當(dāng)?shù)竭_(dá)信號最強(qiáng)時便達(dá)到最好的聚焦位置 (由于芯片厚度一致，Z軸聚焦并不需要每次都進(jìn)行， 一類芯片只需進(jìn)行一次z軸聚焦)。然后移動設(shè)定的距離(芯片電泳通道和輔助聚焦通道的距離)，
便到達(dá)需要的檢測點(diǎn)。然后啟動高壓，進(jìn)行電泳分離。圖3是自動定位、 聚焦微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀測定熒光素鈉的結(jié)果圖。圖4是自動定位、 聚焦微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀測定DNA片段的結(jié)果圖。
權(quán)利要求
1、具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，其特征在于主要由激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)(1)、電控三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)、激光聚焦專用微流控芯片(3)、信號檢測處理系統(tǒng)(4)組成；其中激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)(1)采用共聚焦構(gòu)架分別由物鏡，半反半透鏡，激光器，濾光片，光電倍增管組成；電控三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)(2)由三個電控調(diào)節(jié)平臺和芯片平臺組成，芯片平臺在電控調(diào)節(jié)平臺的控制下，進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的分辨率0.1～1微米，X軸的電控平臺主要用于調(diào)節(jié)檢測點(diǎn)的位置，Y軸的電控平臺用于激光點(diǎn)聚焦到通道上，Z軸的電控平臺用于將激光斑點(diǎn)聚焦到熒光強(qiáng)度最大。激光聚焦專用微流控芯片(3)由聚焦輔助通道和微流控芯片電泳分離通道組成，聚焦輔助通道用于微流控芯片的通道找尋和聚焦。信號檢測處理系統(tǒng)(4)由高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器、步進(jìn)電機(jī)控制器、高壓電源板等組成，其中步進(jìn)電機(jī)用于控制電控調(diào)節(jié)平臺。
2、 按照權(quán)利要求1所述的具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒 光檢測儀，其特征在于激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)(1)的所有光學(xué)元件均置 于表面發(fā)黑的鋁盒中，物鏡采用10 40倍熒光顯微鏡。
3、 按照權(quán)利要求1所述的具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒 光檢測儀，其特征在于激光聚焦專用微流控芯片(3)的芯片材料可以是 石英、玻璃、PMMA或PDMS。
4、 按照權(quán)利要求1所述的具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒 光檢測儀，其特征在于信號檢測處理系統(tǒng)(4)的高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器為轉(zhuǎn)換器為24bit模數(shù)轉(zhuǎn)換器，高壓電源板提供六路1 6000V直流高壓，用 于提供微流控芯片電泳分離所需高壓。
全文摘要
具有自動定位聚焦功能的微流控激光誘導(dǎo)熒光檢測儀，主要由激光誘導(dǎo)熒光光路系統(tǒng)1、電控三維調(diào)節(jié)系統(tǒng)2、激光聚焦專用微流控芯片3、信號檢測處理系統(tǒng)4組成。本發(fā)明具有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)光路構(gòu)架簡單，去除了復(fù)雜的分光光路，提高了檢測靈敏度。采用三維電控聚焦，實(shí)現(xiàn)聚焦的自動化，減少人為因素的影響，實(shí)現(xiàn)高重復(fù)性的微流控芯片聚焦，同時最大可能的降低了激光對人眼的傷害。
文檔編號G01N21/64GK101520415SQ20081001050
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者雷 姜, 林炳承, 秦建華, 高興華 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所