專利名稱：一種集成微透鏡陣列裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及生物技術(shù)檢測領(lǐng)域，通過在微透鏡表面固定靶標分子構(gòu)建微分析系統(tǒng)，特別涉及一種集成微透鏡陣列裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，微陣列技術(shù)是一種平面載體，它上面規(guī)則地、特異性地吸附著基因或蛋白質(zhì)分子，微陣列上按照行和列整齊地排列著許多單元；一個分析裝置被稱為微陣列，必須符合以下標準有規(guī)則的、顯微尺度的以及平面的要求；顯微尺度在反應(yīng)動力學上使反應(yīng)快速發(fā)生，實現(xiàn)大量指標的檢測。目前微陣列芯片通常使用標準玻璃載片(I英寸*3英寸)，玻璃載片存在如下問題I)玻璃載片易碎，不利于操作；2)玻璃表面不易于做化學處理，另外玻璃的背景信號高，不利于高靈敏度的檢測；3)當玻璃載片上進行多樣品反應(yīng)時，樣品之間容易交叉污染；4)玻璃載片的平面結(jié)構(gòu)導致熒光收集效率低，不利于檢測靈敏度的提高；5)需要外圍裝置控制反應(yīng)過程中樣品的蒸發(fā).現(xiàn)有技術(shù)實際應(yīng)用中存在缺陷，所以有待改進。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是，針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供了一種集成微透鏡陣列裝置，實現(xiàn)了無蒸發(fā)、免交叉污染和檢測靈敏度高的目的。本實用新型的技術(shù)方案如下一種集成微透鏡陣列裝置，其特征在于包括至少一芯片本體和覆蓋體，所述覆蓋體適配于所述芯片本體上端面并與其緊密配合形成密閉反應(yīng)腔，所述芯片本體至少具有一個上開口部，所述上開口部沿芯片本體中心軸線向下延伸形成一表面為平面的凹槽，所述凹槽外表面等間距分布有若干凸起，所述凸起為微透鏡，所述微透鏡從所述凹槽外表面縱向貫穿所述凹槽底面形成微透鏡陣列。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述芯片本體還包括一下開口部，所述下開口部為沿所述芯片本體中心軸線朝所述上開口部方向縮徑、截面呈梯形的錐形空間，所述錐形空間傾斜角度相對于所述芯片本體中心軸線至少為20度。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述芯片本體采用高分子聚合物材料、呈一體注塑成型件。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述覆蓋體為密封蓋，所述密封蓋為金屬材料，其包括蓋本體以及固化在所述蓋本體內(nèi)側(cè)邊緣的密封圈。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述密封蓋為聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯其中之一材料，其包括蓋本體、內(nèi)嵌在蓋本體內(nèi)側(cè)的金屬片以及固化在所述金屬片邊緣的密封圈。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述芯片本體凹槽四周壁或芯片本體外周壁為磨砂表面。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述微透鏡為轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)，或轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)和聚光結(jié)構(gòu)集合而成。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)為圓臺結(jié)構(gòu)、圓柱結(jié)構(gòu)、方柱結(jié)構(gòu)、六面柱結(jié)構(gòu)或八面柱結(jié)構(gòu)。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)外表面鍍有反射膜，所述反射膜為金屬反射膜，電介質(zhì)反射膜，金屬電介質(zhì)反射膜其中之一，所述轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)上表面呈平面或淺凹槽。所述的集成微透鏡陣列裝置，其中，所述聚光結(jié)構(gòu)為凸透鏡、菲涅爾透鏡其中之一，所述聚光結(jié)構(gòu)置于轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的底部集合為一體成型結(jié)構(gòu)。本實用新型的有益效果為采用上述技術(shù)方案后，使熒光收集效率與現(xiàn)有技術(shù)中無透鏡結(jié)構(gòu)相比，熒光收集率高近10-20倍，而且檢測靈敏度較高，覆蓋體與集成微透鏡陣列的芯片所形成完全的密閉反應(yīng)腔，有效地解決了生物醫(yī)學檢測過程中樣本的蒸發(fā)問題。

圖1為本實用新型集成微透鏡陣列裝置剖面示意圖；圖2為本實用新型密封蓋結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3為本實用新型密封蓋另一結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖4A-4D為本實用新型微透鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本實用新型集成微透鏡陣列裝置另一實施例剖面示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種集成微透鏡陣列裝置，為使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對本實用新型進一步詳細說明。本實用新型提供了一種集成微透鏡陣列的芯片，其創(chuàng)新點在于通過在芯片本體上端部開有沿中心軸線向下延伸的凹陷區(qū)域(即形成一表面為平面的凹槽)，在凹陷區(qū)域的上表面均勻設(shè)置有能夠提高熒光收集效率的若干微透鏡，每個微透鏡分布在凹陷區(qū)域的外表面并貫穿芯片本體的內(nèi)腔層(即凹槽底面)形成微透鏡陣列，由于微透鏡設(shè)計為具有轉(zhuǎn)光和/或聚光結(jié)構(gòu)，當來自于芯片本體下部的激發(fā)光照射到具有探針分子的微透鏡時，微透鏡改變發(fā)散熒光方向，通過轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的反射作用將熒光轉(zhuǎn)向至芯片本體下部的熒光探測器上進行探測并以圖像形式顯示出來；本實用新型為了實現(xiàn)了檢測樣本的零蒸發(fā)，還具有一和芯片本體上端部相適配并緊密配合的覆蓋體，覆蓋體與集成微透鏡陣列的芯片形成完全密閉的反應(yīng)腔空間，有效地解決了生物醫(yī)學檢測過程中樣本的蒸發(fā)問題。附圖1所示，本實用新型集成微透鏡陣列裝置包括芯片本體100、覆蓋體200，覆蓋體200 (即密封蓋)蓋合在芯片本體100上面、并與芯片本體100外周壁相適配，緊密配合形成密閉反應(yīng)腔；其中芯片本體100上端部具有開口部、開口部為沿中心軸線向下延伸的凹陷區(qū)域110 (也就是圓形凹臺，開口向上，其軸向截面呈凹形，徑向截面為圓形);凹陷區(qū)域Iio的上表面等間距地分布有若干凸起，該凸起為微透鏡120，微透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計為具有轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)和/或聚光結(jié)構(gòu)，這樣使熒光收集效率比現(xiàn)有技術(shù)中無透鏡結(jié)構(gòu)的熒光收集率高10-20倍，微透鏡120的數(shù)量及其間距根據(jù)需要可調(diào)整，芯片本體100的下端部還具有一下開口部、該下開口部為沿中心軸線朝上開口方向縮徑的錐臺空間130 (底部開口所形成的錐形空間130，開口向下，其軸向截面呈梯形，徑向截面為圓形)，在芯片本體向下的開口設(shè)計為具有一定錐形結(jié)構(gòu)目的就是為了減少分布在凹陷區(qū)域110邊沿位置的微透鏡熒光損失，夾角A的角度應(yīng)至少為20度，該傾斜角度A是相對于芯片本體中心軸線為基準；所述芯片本體采用高分子聚合物材料，可以是聚苯乙烯，聚氯乙烯，環(huán)烯烴聚合物等材料之一，芯片本體所形成的具有上下開口、若干等間距地分布的微透鏡陣列為一體注塑成型件；當然芯片本體100的上端部開口并不局限于圓形凹槽，也可以設(shè)計為方形、矩形等結(jié)構(gòu)凹槽，相對應(yīng)的下開口也需設(shè)計為方形或矩形錐臺，即下開口縱向截面呈梯形，橫向截面為方形或矩形。芯片本體100上端開口所形成的凹陷區(qū)域110 (可為圓形凹臺)和下端開口所形成的錐形空間130之間形成凹槽底面140，微透鏡120從凹陷區(qū)域110的外表面從上往下布置縱向貫穿凹槽底面140 ;凹陷區(qū)域110的外表面分布若干微透鏡，例如每個芯片可設(shè)計60個微透鏡，每個微透鏡120表面可固定一種靶標分子(例如基因，蛋白分子等)，這樣便可實現(xiàn)多指標檢測，如有60個微透鏡即可做60個指標檢測；根據(jù)對熒光斑入射界面能量分析，本實用新型設(shè)計的具有熒光收集效果的微透鏡，理論上其熒光收集效率可達到63. 4%，而無透鏡結(jié)構(gòu)的熒光收集率為1. 8%。為了避免檢測時芯片與芯片之間熒光信號的干擾，在芯片本體外周表面制作為磨砂表面150，該磨砂表面使用電火花加工工藝在芯片模具的內(nèi)壁加工出細密的火花紋，使注塑出的芯片外表面具有磨砂效果。結(jié)合圖2和圖3所示為本實用新型適配于芯片本體上的密封蓋示意圖，密封蓋200包括蓋本體210和置于蓋本體210內(nèi)壁的密封圈220，蓋本體210可采用金屬材料制造，例如鋁、不銹鋼等具有高反射率的金屬，見圖2所示；蓋本體210通過沖壓工藝制造，沖壓成形后，將一定量的特殊硅膠加入蓋本體210內(nèi)側(cè)，靜置數(shù)分鐘，由于蓋的結(jié)構(gòu)及金屬表面的性質(zhì)，硅膠將分布在蓋本體210的邊緣，然后在一定溫度下對其加熱一段時間后固化在蓋本體210上即形成了密封圈220 ;密封蓋也可以使用高分子材料、由注塑工藝制造，例如聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯等材料制備密封蓋200，該密封蓋包括蓋本體210、密封圈220以及內(nèi)嵌在蓋本體210凹槽內(nèi)的金屬片230，密封圈220置于金屬片230上，見圖3所示。密封蓋形狀和大小根據(jù)芯片本體的形狀和大小而定，在檢測過程中，采用從密封蓋上部加熱的方式對芯片內(nèi)的樣本進行加熱，實現(xiàn)了檢測樣本的零蒸發(fā)，有效地解決了生物醫(yī)學檢測過程中樣本的蒸發(fā)問題，這對于昂貴的生物試劑具有重大意義，且在生物、醫(yī)學檢測過程中，該密封蓋能對激發(fā)光或發(fā)射光起到高反射作用，能有效地增強激發(fā)光的作用效果和發(fā)射光的收集效果。在密封蓋上部加熱板的壓力下，密封蓋200與集成微透鏡陣列的芯片本體100形成完全密閉的反應(yīng)空間，反應(yīng)過程中芯片內(nèi)的樣本充滿整個反應(yīng)空間，此密封結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)5ul樣本在95度下維持三個小時的零蒸發(fā)，且反應(yīng)空間的體積可根據(jù)需要調(diào)整。[0035]上面描述的芯片本體和密封蓋均為單個體，通常使用的是一次成型的多個芯片的連接結(jié)構(gòu)，例如八個，十二個，九十六個；相應(yīng)的密封蓋為與多芯片連接結(jié)構(gòu)相適配安裝的一體成型結(jié)構(gòu)，圖中未示出省略。為了能夠提高熒光收集效率，本實用新型微透鏡120結(jié)構(gòu)可設(shè)計為圓臺結(jié)構(gòu)、圓柱結(jié)構(gòu)、方柱結(jié)構(gòu)、六面柱結(jié)構(gòu)或八面柱結(jié)構(gòu)等轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)，通過該轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)來改變發(fā)散熒光的方向，使其能夠被置于芯片本體下方的熒光探測器探測到；另外，微透鏡結(jié)構(gòu)也可以由轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)和聚光結(jié)構(gòu)集合而成，即在轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的底部集成聚光結(jié)構(gòu)，如凸透鏡結(jié)構(gòu)、菲涅爾透鏡等；由于轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)主要依靠反射作用將熒光轉(zhuǎn)向，因此可在微透鏡轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的反射面(即外表面)上鍍反射膜增加熒光反射率，減少熒光透射損失，例如金屬反射膜，電介質(zhì)反射膜，金屬電介質(zhì)反射膜等。如圖4A-4D所示，所述的轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)為圓臺結(jié)構(gòu)，而集成在轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)下方為聚光結(jié)構(gòu)；圖4八中，微透鏡120由圓臺結(jié)構(gòu)121與菲涅爾透鏡122組成，菲涅爾透鏡122為聚光結(jié)構(gòu)，圓臺結(jié)構(gòu)121的底面與側(cè)面的夾角設(shè)計為一固定值0 (該角度設(shè)計為45-70度)，此夾角根據(jù)其采用的材料而定；其中圓臺界面I為鍍反射膜表面(即轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的外表面)，分布在圓臺上表面121a的熒光分子層121b所產(chǎn)生的一定角度范圍內(nèi)的光線在界面I發(fā)生全反射，反射出的光線在聚光界面II發(fā)生反射，然后光線在聚光界面III發(fā)生折射，最后光線在聚光界面IV發(fā)生反射至位于芯片本體正下方的探測器接收。圖4B由圓臺結(jié)構(gòu) 121與凸透鏡123結(jié)構(gòu)組成，分布在圓臺上表面121a的熒光分子層121b所產(chǎn)生的一定角度范圍內(nèi)的光線在圓臺界面I發(fā)生全反射，最后反射出的光線在聚光界面V發(fā)生折射位于芯片本體正下方的探測器接收。圖4C由帶有凹槽的圓臺結(jié)構(gòu)121與凸透鏡123組成，分布在圓臺上端面內(nèi)陷凹槽121c上的熒光分子層121b所產(chǎn)生的熒光光路圖與圖4B的熒光光路相同，此處省略。圖4D由帶有凹槽的圓臺結(jié)構(gòu)121與菲涅爾透鏡122組成，分布圓臺上端面內(nèi)陷凹槽121c上熒光分子層121b所產(chǎn)生的熒光光路圖與圖4A的熒光光路相同，此處省略。其中微透鏡120上表面(S卩轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的圓臺表面121a)設(shè)計為平面結(jié)構(gòu)主要用于尺寸較小的微透鏡，例如圓臺上表面121a直徑為100um-500um時，可通過點樣儀將靶標分子的溶液點樣于圓臺上表面121a上。但將圓臺上端面設(shè)計為內(nèi)陷凹槽121c的微透鏡表面結(jié)構(gòu)則可用于尺寸較大的微透鏡儲存微量液體，例如當圓臺上端面內(nèi)陷凹槽121c表面直徑大于移液吸頭頭部直徑時(約為0.8_)時，可不使用價格昂貴的點樣儀點樣，而可以通過微量移液槍將靶標分子的溶液分配在內(nèi)陷凹槽121c的表面上，這種結(jié)構(gòu)適用于對指標數(shù)量要求不高，且缺乏點樣設(shè)備的檢測機構(gòu)。本實用新型集成微透鏡陣列裝置還可以設(shè)計為圖5所示結(jié)構(gòu)，包括芯片本體100、覆蓋體200，覆蓋體200覆蓋在芯片本體100上面、并與芯片本體100外周壁相適配，緊密配合形成密閉反應(yīng)腔；其中芯片本體100上端部開口向下延伸一凹陷區(qū)域110 (該凹陷區(qū)域110可以是圓形凹臺，方形凹臺、矩形凹臺等結(jié)構(gòu)，并不受該實施例的限制，其開口向上、橫截面呈凹形槽)，凹陷區(qū)域110上表面等間距地分布有若干凸起，該凸起為微透鏡120，微透鏡的結(jié)構(gòu)設(shè)計為上面描述的微透鏡任一種結(jié)構(gòu)，此處不做詳述；芯片本體100可以設(shè)計為圓臺、方形臺或長方形等結(jié)構(gòu)，每個微透鏡分布在凹陷區(qū)域110的外表面并貫穿芯片本體凹槽底面140形成微透鏡陣列，而凹陷區(qū)域110的四周側(cè)壁表面130為磨砂表面，為了避免芯片與芯片之間的熒光干擾；覆蓋體200為粘性封膜，粘性封膜可以是高分子材料封膜，例如PET膜、PP膜等，也可以是金屬封膜，例如鋁膜，粘性封膜要有足夠的粘合力。本實用新型兩種結(jié)構(gòu)芯片一個采用封膜密封，其優(yōu)點在于芯片在封膜以后便實現(xiàn)了密封，無需外部作用；芯片本體結(jié)構(gòu)的高度較低，這樣底部不用開口也不會使邊緣微透鏡熒光信號損失；而另一個采用密封蓋形式密封的芯片，密封蓋能對激發(fā)光或發(fā)射光起到高反射作用，為了能采用蓋密封，芯片的高度就需要提高，利于封裝，該結(jié)構(gòu)的芯片底部開有一定錐形結(jié)構(gòu)目的就是為了減少分布在凹臺邊沿位置的微透鏡熒光損失。本實用新型所提供的分析方法步驟為I)在微透鏡的圓臺上表面上固定靶標分子，例如DNA片段，抗原，抗體等，每個圓臺表面可固定一種靶標分子，那么在單個芯片內(nèi)便可實現(xiàn)單樣品的多指標檢測，指標的數(shù)目與微透鏡的數(shù)目成正比；2)使圓臺表面靶標分子與待檢測樣品中的分析物在合適的條件下反應(yīng)結(jié)合；3)通過標記物與靶標分子-分析物的復(fù)合物的反應(yīng)對所述待檢測樣品中的分析物與靶標分子的反應(yīng)狀況作定性或定量檢測；4)檢測過程中，使用激光器或者白色光源作為激發(fā)光源從下方垂直照射芯片中的微透鏡，熒光分子所發(fā)射的熒光用PMT、CCD或者CMOS等作為探測器來檢測。應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
權(quán)利要求1.一種集成微透鏡陣列裝置，其特征在于包括至少一芯片本體和覆蓋體，所述覆蓋體適配于所述芯片本體上端面并與其緊密配合形成密閉反應(yīng)腔，所述芯片本體至少具有一個上開口部，所述上開口部沿所述芯片本體中心軸線向下延伸形成一表面為平面的凹槽，所述凹槽外表面等間距分布有若干凸起，所述凸起為微透鏡，所述微透鏡從所述凹槽外表面縱向貫穿所述凹槽底面形成微透鏡陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述芯片本體還包括一下開口部，所述下開口部為沿所述芯片本體中心軸線朝所述上開口部方向縮徑、截面呈梯形的錐形空間，所述錐形空間傾斜角度相對于所述芯片本體中心軸線至少為20度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述覆蓋體為密封蓋，所述密封蓋為金屬材料，其包括蓋本體以及固化在所述蓋本體內(nèi)側(cè)邊緣的密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述覆蓋體為密封蓋，所述密封蓋為聚丙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯其中之一材料，其包括蓋本體、內(nèi)嵌在蓋本體內(nèi)側(cè)的金屬片以及固化在所述金屬片邊緣的密封圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述芯片本體凹槽四周壁或芯片本體外周壁為磨砂表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述微透鏡為轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)，或轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)和聚光結(jié)構(gòu)集合而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)為圓臺結(jié)構(gòu)、圓柱結(jié)構(gòu)、方柱結(jié)構(gòu)、六面柱結(jié)構(gòu)或八面柱結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)外表面鍍有反射膜，所述轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)上表面呈平面或淺凹槽。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成微透鏡陣列裝置，其特征在于，所述聚光結(jié)構(gòu)為凸透鏡、菲涅爾透鏡其中之一，所述聚光結(jié)構(gòu)置于轉(zhuǎn)光結(jié)構(gòu)的底部集合為一體成型結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型提出了一種集成微透鏡陣列裝置，其特征在于包括至少一芯片本體和覆蓋體，所述覆蓋體適配于所述芯片本體上端面并與其緊密配合形成密閉反應(yīng)腔，所述芯片本體至少具有一個上開口部，所述上開口部沿芯片本體中心軸線向下延伸形成一表面為平面的凹槽，所述凹槽外表面等間距分布有若干微透鏡，微透鏡從所述凹槽外表面縱向貫穿所述凹槽底面形成微透鏡陣列，這種結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列裝置使熒光收集效率率高、而且檢測靈敏度也較高，覆蓋體與集成微透鏡陣列的芯片所形成完全的密閉反應(yīng)腔，有效地解決了生物醫(yī)學檢測過程中樣本的蒸發(fā)問題。
文檔編號G01N33/544GK202886259SQ20122014556
公開日2013年4月17日 申請日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者王振宇, 董凌志, 梁銀針, 戴良 申請人:無錫國盛精密模具有限公司