專利名稱：一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及微流控分析檢測(cè)技術(shù)，尤其涉及一種用于微流控分析的高靈敏激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器。
技術(shù)背景自 1990 年 Manz 與 Widmer 等提出微全分析系統(tǒng)(miniaturized total analysis system, μ -TAS)概念以來(lái)，經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展，微流控芯片(microfluidic chip)或稱芯片實(shí)驗(yàn)室(Lab on a chip)為當(dāng)今生物、化學(xué)等領(lǐng)域的分析研究提供了一種新的技術(shù)平臺(tái)。微流控(芯片)分析是在多條微米級(jí)分離分析通道的微小芯片上、納升級(jí)至皮升級(jí)樣品規(guī)模上的快速分析，從而帶來(lái)許多優(yōu)點(diǎn)，例如不僅使樣品與試劑消耗降低到納升級(jí)至皮升級(jí)， 而且使分析速度成十倍、百倍地提高，最終降低了成本；多種分析功能集成于一個(gè)芯片向?qū)崿F(xiàn)維持一個(gè)完全閉合系統(tǒng)邁進(jìn)了一大步，從而可以實(shí)現(xiàn)完全的自動(dòng)化，減少污染，降低干擾和減少誤差。檢測(cè)技術(shù)作為對(duì)分析物定性和定量的手段，一直是微流控分析研究的熱點(diǎn)之一。然而，由于芯片通道和器件尺度的減小，其檢測(cè)池體積和檢測(cè)光程分別以尺度的3次方和1次方減小，再加上小的進(jìn)樣量(皮升級(jí)至納升級(jí))，因此，微流控芯片分析的檢測(cè)器與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室相比存在很大不同。以芯片毛細(xì)管電泳(MCE)為例，若芯片通道內(nèi)徑為50微米，進(jìn)樣量為1納升，檢測(cè)樣品濃度為10_9mOl/L，要求質(zhì)量檢測(cè)限為阿摩爾水平(I(T18m0I)。 另外，隨著微流控生化分析研究的不斷深入和發(fā)展，迫切需要高靈敏度的檢測(cè)儀器。目前，已發(fā)展的微流控芯片檢測(cè)器按其檢測(cè)原理分主要有光學(xué)檢測(cè)、電化學(xué)檢測(cè)、 質(zhì)譜聯(lián)用檢測(cè)等。其中光學(xué)檢測(cè)又分為激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器、紫外吸收檢測(cè)器、化學(xué)發(fā)光檢測(cè)器、折射率檢測(cè)器、發(fā)射光譜檢測(cè)器等。相對(duì)而言，激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器作為微流控分析的檢測(cè)手段有如下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)1)激光的單色性，易于校準(zhǔn)并減小光散射；幻激光光束的高匯集性可接近光的衍射極限，適合激發(fā)微米級(jí)通道內(nèi)一個(gè)非常小的樣品對(duì)象，從而可以大大提高檢測(cè)靈敏度；3)芯片的主要研究對(duì)象，諸如核酸、蛋白質(zhì)、小分子、乃至細(xì)胞內(nèi)含物等生物或者自身有熒光，或者可通過(guò)衍生化標(biāo)記使其具有熒光，利于檢測(cè)通用性的提高；4) 選擇恰當(dāng)?shù)募ぐl(fā)/發(fā)射波長(zhǎng)能達(dá)到很高的選擇性，利于獲得復(fù)雜生化組分的定性、定量信息。現(xiàn)有激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器的光路系統(tǒng)，按其結(jié)構(gòu)原理分為正交型和共焦型。正交型光路適合較大樣品池的分析。對(duì)于芯片等小尺度的檢測(cè)對(duì)象，則多采用共焦型光路設(shè)計(jì)。目前涉及到激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器的商品化微流控分析儀器，僅有安捷倫公司的Agilent 2100 生物芯片分析系統(tǒng)和加拿大Albert公司的微流控芯片分析儀。前者是由單一緊湊型儀器和專用芯片試劑盒集成的微流控分析平臺(tái)，使用時(shí)須配套固定結(jié)構(gòu)的芯片，且進(jìn)樣量應(yīng)在幾個(gè)微升(1_4μ 才能達(dá)到其應(yīng)有性能，對(duì)微流控分析研究來(lái)講通用性不強(qiáng)；后者采用 532nm激光器，雖定位在實(shí)驗(yàn)室研究，但沒(méi)有激光與芯片對(duì)中監(jiān)測(cè)功能，且檢測(cè)靈敏度、穩(wěn)定性等指標(biāo)有待進(jìn)一步提高。另外，上述二種商品化儀器的價(jià)格過(guò)于昂貴，也限制了其在微流控檢測(cè)中的應(yīng)用。迄今為止，用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器大多依靠研究者在普通光學(xué)平臺(tái)或熒光顯微鏡平臺(tái)上自行搭建，受光路優(yōu)化、背景光尤其是激光噪聲等因素的影響，當(dāng)前激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器存在的主要問(wèn)題是檢測(cè)靈敏度低、體積大、價(jià)格昂貴，難以滿足低濃度生物樣品的分析需要。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高靈敏度、高穩(wěn)定性和響應(yīng)速度快的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、操作簡(jiǎn)便的用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器。本實(shí)用新型的目的可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)該激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器的X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)連于機(jī)箱頂板上，連接激發(fā)模塊、 對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊、熒光信號(hào)處理模塊的熒光收集模塊連于機(jī)箱頂板內(nèi)，微流控芯片放置盒安裝在X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)上，且能實(shí)現(xiàn)與熒光收集模塊光軸線的相對(duì)位置的任意匹配。本實(shí)用新型的目的還可通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)所述的激發(fā)模塊包括激光器、激光濾光片的光軸線與熒光收集模塊包括聚焦物鏡、分色分光鏡、帶通濾光片、透鏡、針孔、發(fā)射濾光片組、光電倍增管的光軸線呈90度角， 其中分色分光鏡與激發(fā)模塊的光軸線呈45度角放置；所述的熒光收集模塊中的發(fā)射濾光片組、光電倍增管放置在一個(gè)光學(xué)暗室中所述的對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊包括CXD相機(jī)、長(zhǎng)筒物鏡、透反分光鏡、透光圓筒、推拉手柄的光軸線與熒光收集模塊的光軸線呈90度角，其中透反分光鏡與對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊的光軸線呈45度角放置；所述的熒光信號(hào)處理模塊包括順序連接的光電倍增管、I/V放大電路、低通濾波電路、數(shù)據(jù)采集卡。所述的激光器為473nm半導(dǎo)體固體激光器。所述的聚焦物鏡的上下調(diào)節(jié)為旋轉(zhuǎn)螺紋式，其焦平面與水平放置于微流控芯片放置盒內(nèi)的微流控芯片一致。所述的透反分光鏡的透反比率為20/80，透反分光鏡、透光圓筒、推拉手柄采用一體化固聯(lián)，且能通過(guò)推拉手柄作二位定位移動(dòng)，使透反分光鏡、透光圓筒分別移入、移出熒光收集模塊的光軸線。所述的發(fā)射濾光片組為500-700nm范圍內(nèi)四個(gè)不同波段的發(fā)射濾光片，且四個(gè)發(fā)射濾光片可以旋轉(zhuǎn)式切換。所述的微流控芯片放置盒為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其中，上蓋可以開(kāi)啟，左右兩側(cè)可以連接相應(yīng)的流體操縱接口，下底有一適合激發(fā)/發(fā)射光通過(guò)的通光孔，其內(nèi)部有消除雜散光的涂層。在上述技術(shù)措施中，所述的高靈敏激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其適配的微流控芯片的材質(zhì)為石英、玻璃、PDMS, PMMA。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)(1)本實(shí)用新型在光路及所有部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)之外，對(duì)影響檢測(cè)的雜散光和激光噪聲做了相應(yīng)處理，使得本實(shí)用新型具有很高的靈敏度、穩(wěn)定性和響應(yīng)速度，并利用本實(shí)用新型可以方便地開(kāi)展微流控芯片上生化樣品、尤其是低濃度生化樣品的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)的研究與應(yīng)用，以適應(yīng)微流控分析發(fā)展的需要。(2)本實(shí)用新型整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、操作簡(jiǎn)便，能夠和各類微流控芯片靈活配套。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的組成原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。本實(shí)用新型包括六個(gè)部分(附圖1)激發(fā)模塊1、熒光收集模塊2、對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊 3、微流控芯片放置盒4、X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)5及熒光信號(hào)處理模塊6。制造時(shí)上述六個(gè)部分依附一個(gè)機(jī)箱進(jìn)行相應(yīng)固定。其中，X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)5固定在機(jī)箱頂板上；微流控芯片放置盒4安裝在X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)5上，且能實(shí)現(xiàn)與熒光收集模塊2光軸線的相對(duì)位置的任意匹配；激發(fā)模塊1、熒光收集模塊2、對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊3和熒光信號(hào)處理模塊6，則按照各個(gè)器件實(shí)際工作時(shí)的設(shè)置順序(附圖2)固定與機(jī)箱內(nèi)部，熒光收集模塊2中的發(fā)射濾光片組206、光電倍增管207放置在一個(gè)光學(xué)暗室中。激發(fā)模塊1包括激光器101、激光濾光片102的光軸線與熒光收集模塊2包括聚焦物鏡201、分色分光鏡202、帶通濾光片203、透鏡204、針孔205、發(fā)射濾光片組206、光電倍增管207的光軸線呈90度角，其中分色分光鏡202與激發(fā)模塊1的光軸線呈45度角放置； 對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊3包括CXD相機(jī)301、長(zhǎng)筒物鏡302、透反分光鏡303、透光圓筒304、推拉手柄 305的光軸線與熒光收集模塊2的光軸線呈90度角，其中透反分光鏡303與對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊 3的光軸線呈45度角放置；熒光信號(hào)處理模塊6包括順序連接的光電倍增管207、I/V放大電路601、低通濾波電路602、數(shù)據(jù)采集卡603 ；激光器101為473nm半導(dǎo)體固體激光器；聚焦物鏡201的上下調(diào)節(jié)為旋轉(zhuǎn)螺紋式，其焦平面與水平放置于微流控芯片放置盒4內(nèi)的微流控芯片一致；所述的透反分光鏡303、透光圓筒304、推拉手柄305采用一體化固聯(lián)，且能通過(guò)推拉手柄305作二位定位移動(dòng)，使透反分光鏡303、透光圓筒304分別移入、移出熒光收集模塊2的光軸線；所述的發(fā)射濾光片組206為500-700nm范圍內(nèi)四個(gè)不同波段的發(fā)射濾光片，且四個(gè)發(fā)射濾光片可以旋轉(zhuǎn)式切換；所述的微流控芯片放置盒4為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其中，上蓋可以開(kāi)啟，左右兩側(cè)可以連接相應(yīng)的流體操縱接口，下底有一適合激發(fā)/發(fā)射光通過(guò)的通光孔，其內(nèi)部有消除雜散光的涂層。具體應(yīng)用時(shí)，首先通過(guò)微流控芯片放置盒4左右兩側(cè)的流體操縱接口，將微流控芯片放置盒4內(nèi)的微流控芯片與相應(yīng)的流體操縱連接。其次通過(guò)推拉手柄305將透反分光鏡303移入熒光收集模塊2的光軸線上，打開(kāi)激光器101，分色分光鏡202的反射激光通過(guò)透反分光鏡303入射到聚焦物鏡201，調(diào)節(jié)聚焦物鏡201 (結(jié)合X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)的調(diào)節(jié)) 將該激光聚焦照射到芯片分離通道內(nèi)，從而激發(fā)出熒光；同時(shí)，聚焦物鏡201收集的熒光經(jīng)過(guò)透反分光鏡303反射，進(jìn)入長(zhǎng)筒物鏡302、CXD相機(jī)301，由CXD相機(jī)301對(duì)芯片分離通道 (檢測(cè)點(diǎn))處成像，從而完成激發(fā)光斑與微流控芯片分離通道的對(duì)中調(diào)試。最后通過(guò)推拉手柄305將透光圓筒304移入熒光收集模塊2的光軸線上(透反分光鏡303則同步從熒光收集模塊2光軸線上移出，其目的是減少熒光的損耗)，閉合微流控芯片放置盒4的上蓋(目的是遮擋雜散光，聚焦物鏡201收集的熒光通過(guò)分色分光鏡202、帶通濾光片203 (目的是遮擋激光)、透鏡204、針孔205(目的是屏蔽激光或其它雜散光)、發(fā)射濾光片組206(目的是進(jìn)一步濾除背景激光)進(jìn)入光電倍增管207的探測(cè)窗口，光電倍增管207將收集的熒光變換為電流信號(hào)，該電流信號(hào)經(jīng)過(guò)I/V放大電路601、低通濾波電路602 (目的是進(jìn)一步抑制工頻干擾)、數(shù)據(jù)采集卡603，由PC機(jī)進(jìn)行熒光檢測(cè)譜圖的顯示/記錄。下面給出的實(shí)施例可以進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的應(yīng)用效果(參見(jiàn)附圖3)本實(shí)施例是在玻璃基質(zhì)的“十字”結(jié)構(gòu)芯片上，以IihllO為待測(cè)物，考察了本實(shí)用新型的靈敏度、信噪比、穩(wěn)定性、響應(yīng)速度等性能。芯片電泳模式區(qū)帶電泳電泳運(yùn)行介質(zhì)20mM BBS緩沖溶液(pH9. 2) λ ex/ λ em :473nm/525nm測(cè)量結(jié)果AhllO的檢測(cè)限(S/N = 3)為1. OX IO-11Hi0VL(質(zhì)量檢測(cè)限 1. 2X 10_2°mol)，峰高和遷移時(shí)間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSDs)分別為2. 6%和1.8% (n = 3)以上所述，僅為本實(shí)用新型其中的較佳實(shí)施案例而已，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型的實(shí)施范圍即凡根據(jù)本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所作的均等變化與修飾，皆為本實(shí)用新型權(quán)利要求的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求1.一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于該激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器的X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)( 連于機(jī)箱頂板上，連接激發(fā)模塊(1)、對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊(3)、熒光信號(hào)處理模塊(6)的熒光收集模塊(2)連于機(jī)箱頂板內(nèi)，微流控芯片放置盒(4)安裝在X-Y 軸二維移動(dòng)平臺(tái)( 上，且能實(shí)現(xiàn)與熒光收集模塊( 光軸線的相對(duì)位置的任意匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于所述的激發(fā)模塊(1)包括激光器(101)、激光濾光片(10 的光軸線與熒光收集模塊(2)包括聚焦物鏡(201)、分色分光鏡(202)、帶通濾光片(203)、透鏡(204)、針孔(205)、發(fā)射濾光片組006)、光電倍增管(207)的光軸線呈90度角，其中分色分光鏡(20 與激發(fā)模塊(1)的光軸線呈45度角放置；所述的熒光收集模塊( 中的發(fā)射濾光片組(206)、光電倍增管(207)放置在一個(gè)光學(xué)暗室中；所述的對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊C3)包括CCD相機(jī)(301)、長(zhǎng)筒物鏡(302)、透反分光鏡(303)、透光圓筒(304)、推拉手柄(305)的光軸線與熒光收集模塊(2)的光軸線呈90度角，其中透反分光鏡(303)與對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊(3)的光軸線呈45度角放置；所述的熒光信號(hào)處理模塊(6)包括順序連接的光電倍增管(207)、I/V放大電路(601)、 低通濾波電路(602)、數(shù)據(jù)采集卡(603)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于 所述的激光器(101)為473nm半導(dǎo)體固體激光器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于所述的聚焦物鏡O01)的上下調(diào)節(jié)為旋轉(zhuǎn)螺紋式，其焦平面與水平放置于微流控芯片放置盒內(nèi)的微流控芯片一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于 所述的透反分光鏡(303)、透光圓筒(304)、推拉手柄(30 采用一體化固聯(lián)，且能通過(guò)推拉手柄(30 作二位定位移動(dòng)，使透反分光鏡(30 、透光圓筒(304)分別移入、移出熒光收集模塊⑵的光軸線。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于 所述的發(fā)射濾光片組(206)為500-700nm范圍內(nèi)四個(gè)不同波段的發(fā)射濾光片，且四個(gè)發(fā)射濾光片可以旋轉(zhuǎn)式切換。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器，其特征在于 所述的微流控芯片放置盒(4)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，其中，上蓋可以開(kāi)啟，左右兩側(cè)可以連接相應(yīng)的流體操縱接口，下底有一適合激發(fā)/發(fā)射光通過(guò)的通光孔，其內(nèi)部有消除雜散光的涂層。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于微流控分析的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器。該激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器的X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)連于機(jī)箱頂板上，連接激發(fā)模塊、對(duì)中監(jiān)測(cè)模塊、熒光信號(hào)處理模塊的熒光收集模塊連于機(jī)箱頂板內(nèi)，微流控芯片放置盒安裝在X-Y軸二維移動(dòng)平臺(tái)上，且能實(shí)現(xiàn)與熒光收集模塊光軸線的相對(duì)位置的任意匹配，其中熒光收集模塊中的發(fā)射濾光片組、光電倍增管放置在一個(gè)光學(xué)暗室中。具有靈敏度高、性能穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、體積小、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。利用本實(shí)用新型可以方便地開(kāi)展微流控芯片上生化樣品、尤其是低濃度生化樣品的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)的研究與應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01N21/64GK202049111SQ20112002332
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月25日
發(fā)明者佟麗麗, 唐波, 李清嶺, 陳蓁蓁 申請(qǐng)人:山東師范大學(xué)