本發(fā)明涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種微流控芯片對焦控制系統(tǒng)及微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

微流控芯片是利用微納加工方法把微納米尺度的流道制作在光學(xué)材料上、將光學(xué)材料與玻璃基板鍵合形成的內(nèi)有流道的結(jié)構(gòu)，可在微納米尺度里對流體進(jìn)行操控。微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)通過采用泵和閥等液流控制技術(shù)，可把微量的待檢測樣品注入到微流控芯片中，利用光誘導(dǎo)熒光、化學(xué)發(fā)光和生物化學(xué)等手段，可對待檢測樣品的生物和化學(xué)參數(shù)進(jìn)行檢測。

為準(zhǔn)確地對待檢測樣品進(jìn)行檢測，通常需要在檢測前調(diào)整微流控芯片的位置，使用于發(fā)射光的光源聚焦在微流控芯片的流道。傳統(tǒng)的微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)更換微流控芯片時(shí)，常常采用手動調(diào)整或相機(jī)拍照的方式進(jìn)行微流控芯片的對焦，尋找管道焦點(diǎn)。然而，手動調(diào)整存在人為調(diào)節(jié)誤差，準(zhǔn)確度低；利用相機(jī)拍照對焦定位，成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要針對傳統(tǒng)的對焦調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度低、成本高的問題，提供一種自動準(zhǔn)確對焦且成本低的微流控芯片對焦控制系統(tǒng)及微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)。

一種微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，包括光發(fā)射裝置、散射光檢測裝置、移動裝置和控制裝置，所述移動裝置上載有微流控芯片，所述散射光檢測裝置和所述移動裝置均連接所述控制裝置；

所述光發(fā)射裝置用于發(fā)射激發(fā)光至所述微流控芯片，所述散射光檢測裝置用于采集所述微流控芯片的散射光的光強(qiáng)度得到強(qiáng)度值并發(fā)送至所述控制裝置；

所述控制裝置發(fā)送移動指令至所述移動裝置，控制所述移動裝置帶動所述微流控芯片在固定平面內(nèi)沿預(yù)設(shè)方向移動，使所述激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離所述微流控芯片的流道，并獲取所述微流控芯片在所述預(yù)設(shè)方向的位移以及接收所述散射光檢測裝置采集的不同位移處的強(qiáng)度值；

所述控制裝置根據(jù)不同位移對應(yīng)的強(qiáng)度值生成所述固定平面對應(yīng)的強(qiáng)度曲線，根據(jù)所述強(qiáng)度曲線獲取所述微流控芯片的對焦位置點(diǎn)，發(fā)送對焦指令至所述移動裝置，控制所述移動裝置帶動所述微流控芯片移動至所述對焦位置點(diǎn)。

上述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，通過光發(fā)射裝置發(fā)射激發(fā)光至微流控芯片，控制裝置控制移動裝置帶動微流控芯片在固定平面的預(yù)設(shè)方向上移動，使激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離微流控芯片的流道，同時(shí)獲取微流控芯片的不同位移并接收散射光檢測裝置檢測的不同位移處的散射光對應(yīng)的強(qiáng)度值，根據(jù)強(qiáng)度值和位移生成強(qiáng)度曲線并獲取對焦位置點(diǎn)，以控制微流控芯片移動至對焦位置點(diǎn)。如此，通過控制微流控芯片移動、根據(jù)移動過程中的散射光進(jìn)行分析得到對焦位置點(diǎn)，一方面，可自動對微流控芯片進(jìn)行對焦，無需人工手動調(diào)整位置，對焦位置準(zhǔn)確度高；另一方面，采用光發(fā)射裝置、散射光檢測裝置、移動裝置和控制裝置組成，相比于傳統(tǒng)的采用相機(jī)進(jìn)行拍照對焦的方式，可降低對焦控制的成本。

一種微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)，包括微流控芯片、熒光檢測裝置和上述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，所述微流控芯片設(shè)置于所述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的移動裝置上，所述熒光檢測裝置連接所述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的控制裝置；

所述光發(fā)射裝置還用于收集流經(jīng)所述微流控芯片的流道的待檢測樣品的熒光，所述熒光檢測裝置用于采集所述光發(fā)射裝置收集的熒光得到光電信號并發(fā)送至所述控制裝置。

上述微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)，由于包含了上述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，同理可自動對微流控芯片進(jìn)行對焦，無需人工手動調(diào)整位置，對焦位置準(zhǔn)確度高，且對焦控制成本低。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為一實(shí)施例中微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)圖；

圖3為激發(fā)光照射微流控芯片的光學(xué)示意圖；

圖4為強(qiáng)度曲線示意圖；

圖5為一實(shí)施例中微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1和圖2，一實(shí)施例中的微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，包括光發(fā)射裝置110、散射光檢測裝置120、移動裝置130和控制裝置140，移動裝置130上載有微流控芯片200，散射光檢測裝置120和移動裝置130均連接控制裝置140。

光發(fā)射裝置110用于發(fā)射激發(fā)光至微流控芯片200，散射光檢測裝置120用于采集微流控芯片200的散射光的光強(qiáng)度得到強(qiáng)度值并發(fā)送至控制裝置140。

其中，微流控芯片200用于對待檢測樣品進(jìn)行檢測，待檢測樣品流經(jīng)微流控芯片200的流道。激發(fā)光為用于激發(fā)熒光的光。由于相鄰兩個介質(zhì)的折射率不同，激發(fā)光在微流控芯片200兩種介質(zhì)界面上發(fā)生多次折射與反射可引起散射，如圖3所示。垂直照射微流控芯片200的流道中心的激發(fā)光，大部分將穿透過待檢測樣品，只是在微流控芯片200的上下界面處發(fā)生反射而損失部分能量；而照射到微流控芯片200的流道邊緣的激發(fā)光，會有大部分偏離原來的直線軌跡，發(fā)生散射。散射光檢測裝置120采集微流控芯片200的散射光的光強(qiáng)度。

控制裝置140發(fā)送移動指令至移動裝置130，控制移動裝置130帶動微流控芯片200在固定平面內(nèi)沿預(yù)設(shè)方向移動，使激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離微流控芯片200的流道，并獲取微流控芯片200在預(yù)設(shè)方向的位移以及接收散射光檢測裝置120采集的不同位移處的強(qiáng)度值。

控制裝置140根據(jù)不同位移對應(yīng)的強(qiáng)度值生成固定平面對應(yīng)的強(qiáng)度曲線，根據(jù)強(qiáng)度曲線獲取微流控芯片200的對焦位置點(diǎn)，發(fā)送對焦指令至移動裝置130，控制移動裝置130帶動微流控芯片200移動至對焦位置點(diǎn)。

其中，固定平面為微流控芯片200朝向或背向光發(fā)射裝置110的一側(cè)所在的平面。具體地，激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離微流控芯片200的流道，指微流控芯片200的流道的從激發(fā)光的光束的一側(cè)移動至另一側(cè)，使流道的相對兩邊緣依次經(jīng)過激發(fā)光的照射后離開。例如，參考圖3，光發(fā)射裝置110在微流控芯片200的下方發(fā)射激發(fā)光，控制裝置140控制移動裝置130帶動微流控芯片200沿圖的左右方向移動，使流道從未被照射到被照射最后到未被照射。

具體地，微流控芯片200移動過程中，控制裝置140可以通過讀取移動裝置130的移動距離以獲取微流控芯片200的位移。微流控芯片200移動過程中，散射光檢測裝置120實(shí)時(shí)采集散射光的光強(qiáng)度，可得到對應(yīng)不同位移處的強(qiáng)度值并發(fā)送給控制裝置140。

上述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，通過光發(fā)射裝置110發(fā)射激發(fā)光至微流控芯片200，控制裝置140控制移動裝置130帶動微流控芯片200在固定平面的預(yù)設(shè)方向上移動，使激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離微流控芯片200的流道，同時(shí)獲取微流控芯片200的不同位移并接收散射光檢測裝置120檢測的不同位移處的散射光對應(yīng)的強(qiáng)度值，根據(jù)強(qiáng)度值和位移生成強(qiáng)度曲線并獲取對焦位置點(diǎn)，以控制微流控芯片200移動至對焦位置點(diǎn)。如此，通過控制微流控芯片200移動、根據(jù)移動過程中的散射光進(jìn)行分析得到對焦位置點(diǎn)，一方面，可自動對微流控芯片200進(jìn)行對焦，無需人工手動調(diào)整位置，對焦位置準(zhǔn)確度高；另一方面，采用光發(fā)射裝置110、散射光檢測裝置120、移動裝置130和控制裝置140組成，相比于傳統(tǒng)的采用相機(jī)進(jìn)行拍照對焦的方式，可降低對焦控制的成本。

移動裝置130可以調(diào)整微流控芯片200前后、左右和上下移動，具體地，移動裝置130的控制精度可以達(dá)到1um(微米)。

具體地，控制裝置140在發(fā)送移動指令至移動裝置130控制移動裝置130移動之前，預(yù)先將微流控芯片200的流道通入純水，從而激發(fā)光可照射流道內(nèi)的純水?？刂蒲b置140可以為上位機(jī)。

具體地，控制裝置140在接收不同位移處的強(qiáng)度值后，對各強(qiáng)度值進(jìn)行歸一化處理，根據(jù)不同位移處對應(yīng)的歸一化后的強(qiáng)度值進(jìn)行畫圖，得到強(qiáng)度曲線。通過對強(qiáng)度值歸一化，可簡化后續(xù)數(shù)據(jù)處理。

具體地，強(qiáng)度曲線為包括有兩個散射峰的曲線?？刂蒲b置140查找兩個散射峰的峰值之間的最小幅值，根據(jù)最小幅值對應(yīng)的位移獲取微流控芯片200在固定平面上的對焦位置點(diǎn)。

由于移動裝置130帶動微流控芯片200移動過程中，激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離微流控芯片200的流道，使得激發(fā)光依次從流道的橫截面一側(cè)邊緣照射到流道的橫截面另一側(cè)邊緣，對應(yīng)散射光檢測裝置120檢測到的散射光的光強(qiáng)度經(jīng)歷增大、減小、增大、減小的過程，從而對應(yīng)的強(qiáng)度曲線包括兩個散射峰。散射峰的頂點(diǎn)為峰值，對應(yīng)著微流控芯片200流道邊緣的位置，兩個峰值之間的最小幅值對應(yīng)為流道在移動的預(yù)設(shè)方向上的中心位置。通過查找最小幅值作為在固定平面上的對焦位置點(diǎn)，準(zhǔn)確性高。

進(jìn)一步地，參考圖2，散射光檢測裝置120的數(shù)量可以為兩個，控制裝置140根據(jù)兩個散射光檢測裝置120采集的不同位移處的強(qiáng)度值分別生成強(qiáng)度曲線。

控制裝置140分別查找兩個強(qiáng)度曲線的最小幅值，計(jì)算兩個最小幅值所在的位移的平均值，將位移的平均值對應(yīng)的位置點(diǎn)作為微流控芯片200在固定平面上的對焦位置點(diǎn)。

通過采用兩個散射光檢測裝置120進(jìn)行散射光的檢測，可提高散射光檢測的準(zhǔn)確性，從而提高對焦位置點(diǎn)的準(zhǔn)確性。

具體地，參考圖2，兩個散射光檢測裝置120設(shè)置在微流控芯片200同一側(cè)、對稱分布于流道的兩側(cè)。根據(jù)對稱性，控制裝置140根據(jù)兩個散射光檢測裝置120發(fā)送的強(qiáng)度值得到的強(qiáng)度曲線呈鏡像關(guān)系或近似鏡像關(guān)系。通過對稱設(shè)置兩個散射光檢測裝置120，便于利用對稱關(guān)系對兩個強(qiáng)度曲線進(jìn)行分析處理。

在一實(shí)施例中，固定平面到光發(fā)射裝置110的垂直距離為定值，固定平面的數(shù)量有多個且不同固定平面到光發(fā)射裝置110的垂直距離不同。此時(shí)，預(yù)設(shè)方向與激發(fā)光的發(fā)射方向垂直，強(qiáng)度曲線的兩個散射峰的峰值之間的最小幅值為峰值之間的對稱軸所在的位置，即控制裝置140根據(jù)兩個峰值之間的對稱軸對應(yīng)的位移獲取對焦位置點(diǎn)。

控制裝置140控制移動裝置130帶動微流控芯片200調(diào)整至不同的固定平面后，發(fā)送移動指令至移動裝置130，分別獲取微流控芯片200在不同的固定平面上的對焦位置點(diǎn)。即，控制裝置140控制移動裝置130調(diào)整至不同的固定平面后，都要重復(fù)執(zhí)行操作：發(fā)送移動指令至移動裝置130，控制移動裝置130帶動微流控芯片200在當(dāng)前的固定平面內(nèi)沿預(yù)設(shè)方向移動，使激發(fā)光依次靠近、照射、遠(yuǎn)離微流控芯片200的流道，并獲取微流控芯片200在預(yù)設(shè)方向的位移以及接收散射光檢測裝置120采集的不同位移處的強(qiáng)度值，根據(jù)不同位移對應(yīng)的強(qiáng)度值生成當(dāng)前的固定平面對應(yīng)的強(qiáng)度曲線，根據(jù)強(qiáng)度曲線獲取微流控芯片200對應(yīng)當(dāng)前的固定平面的對焦位置點(diǎn)。

控制裝置140分別獲取各固定平面對應(yīng)的兩個強(qiáng)度曲線中兩個散射峰在預(yù)設(shè)幅度處的峰寬度，分別計(jì)算各強(qiáng)度曲線的兩個峰寬度的平均值的得到強(qiáng)度曲線對應(yīng)的均值，再計(jì)算同一固定平面的兩個強(qiáng)度曲線對應(yīng)均值的平均值作為對應(yīng)固定平面的寬度平均值。

其中，以幅度為縱軸，峰寬度為散射峰的預(yù)設(shè)幅度處對應(yīng)的兩個橫軸的數(shù)值之差。一個固定平面對應(yīng)兩個強(qiáng)度曲線，同一個強(qiáng)度曲線有兩個散射峰，一個散射峰對應(yīng)一個峰寬度，因此，一個固定平面對應(yīng)可獲取四個峰寬度。通過先計(jì)算同一個強(qiáng)度曲線的兩個峰寬度的平均值得到均值，再計(jì)算兩個強(qiáng)度曲線對應(yīng)均值的平均值，作為對應(yīng)固定平面的寬度平均值；如此，可對固定平面對應(yīng)的四個峰寬度進(jìn)行求平均。

控制裝置140從各固定平面的寬度平均值中選取最小值，根據(jù)最小值對應(yīng)固定平面到光發(fā)射裝置110的垂直距離以及最小值對應(yīng)固定平面的對焦位置點(diǎn)確定最終的對焦位置點(diǎn)。

散射峰的峰寬度對應(yīng)微流控芯片200所在固定平面的激光束寬度，因此，寬度平均值越小，表示激光束照射的寬度越小，聚焦效果越好。在最終的對焦位置點(diǎn)上，微流控芯片200的流道的中心與激發(fā)光的聚焦光斑重合。由于不同的固定平面到光發(fā)射裝置110的垂直距離不同，最終的對焦位置點(diǎn)不僅需要確定平面內(nèi)的對焦位置點(diǎn)，還需確定所在的平面。對應(yīng)地，獲取最終的對焦位置后，控制裝置140發(fā)送對焦指令至移動裝置130，控制移動裝置130帶動微流控芯片200移動至最小值對應(yīng)的固定平面上的對焦位置點(diǎn)。

具體地，預(yù)設(shè)幅度為峰值的一半對應(yīng)的幅度，即獲取的峰寬度為散射峰的半高寬度。可以理解，在其他實(shí)施例中，也可以采用散射峰的其他幅值處的寬度進(jìn)行計(jì)算得到寬度平均值。

參考圖4，為一固定平面對應(yīng)的強(qiáng)度曲線示意圖，S1為根據(jù)第一個散射光檢測裝置120采集的強(qiáng)度值生成的強(qiáng)度曲線，S2為根據(jù)第二個散射光檢測裝置120采集的強(qiáng)度值生成的強(qiáng)度曲線，S3為對稱軸，兩個強(qiáng)度曲線的峰值之間的對稱軸重合。

在一實(shí)施例中，參考圖2，光發(fā)射裝置110包括光源111和發(fā)射光聚焦透鏡112，散射光檢測裝置120包括光電二極管121和接收光聚焦透鏡122，光電二極管121連接控制裝置140。

發(fā)射光聚焦透鏡112設(shè)于光源111與微流控芯片200之間且正對光源111，接收光聚焦透鏡122設(shè)于光電二極管121與微流控芯片200之間且正對光電二極管121，發(fā)射光聚焦透鏡112與接收光聚焦透鏡122的焦點(diǎn)重合。

光源111用于發(fā)射激發(fā)光，發(fā)射光聚焦透鏡112用于將光源111發(fā)射的激發(fā)光聚焦后照射到微流控芯片200。接收光聚焦透鏡122用于將散射光聚焦到光電二極管121，光電二極管121接收聚焦的散射光得到強(qiáng)度值發(fā)送給控制裝置140。一方面，發(fā)射光聚焦透鏡112可提高激發(fā)光的聚焦效果，接收光聚焦透鏡122可避免散射光發(fā)散而無法收集，提高散射光檢測準(zhǔn)確性；另一方面，發(fā)射光聚焦透鏡112與接收光聚焦透鏡122的焦點(diǎn)重合，可增強(qiáng)散射光收集的準(zhǔn)確性。

其中，光源111可以為激光光源，也可以為單色LED光源。采用激光光源時(shí)，激光光源的功率可調(diào)，以滿足光電二極管121不飽和的情況下有足夠高的信噪比。

具體地，光發(fā)射裝置110還包括發(fā)射光濾光片113，發(fā)射光濾光片113位于光源111和發(fā)射光聚焦透鏡112之間。通過設(shè)置發(fā)射光濾光片113，可濾除激發(fā)光的中心波長以外的雜散光。進(jìn)一步地，激發(fā)光為發(fā)射光濾光片113可以為窄帶濾光片。

具體地，光源111發(fā)射的激發(fā)光經(jīng)發(fā)射光聚焦透鏡112聚焦后，得到直徑小于微流控芯片200的流道的直徑的光斑。如此，可增強(qiáng)對微流控芯片200的檢測效果。

具體地，接收光聚焦透鏡122的垂直中心線與光源111發(fā)出的激發(fā)光的光線的夾角為10度至80度。夾角的具體數(shù)值可根據(jù)散射光強(qiáng)度情況而定。

參考圖5，一實(shí)施例中的微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)，包括微流控芯片200、熒光檢測裝置150和上述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，微流控芯片200設(shè)置于微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的移動裝置130上，熒光檢測裝置150連接微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的控制裝置140。

光發(fā)射裝置110還用于收集流經(jīng)微流控芯片200的流道的待檢測樣品的熒光，熒光檢測裝置150用于采集光發(fā)射裝置110收集的熒光得到光電信號并發(fā)送至控制裝置140。如此，控制裝置140可以根據(jù)光電信號進(jìn)行熒光檢測。

上述微流控芯片熒光檢測系統(tǒng)，由于包含了上述微流控芯片對焦控制系統(tǒng)，同理可自動對微流控芯片200進(jìn)行對焦，無需人工手動調(diào)整位置，對焦位置準(zhǔn)確度高，且對焦控制成本低。

在一實(shí)施例中，熒光檢測裝置150包括二向色鏡151、熒光濾光片152、熒光聚焦透鏡153和光電倍增管154，微流控芯片對焦控制系統(tǒng)的光發(fā)射裝置110包括光源111和發(fā)射光聚焦透鏡112，光電倍增管154連接控制裝置140。

發(fā)射光聚焦透鏡112收集待檢測樣品的熒光，二向色鏡151傾斜設(shè)置于光源111和發(fā)射光聚焦透鏡112之間，用于將發(fā)射光聚焦透鏡112收集的熒光反射到熒光濾光片152，反射的熒光通過熒光濾光片152的濾光和熒光聚焦透鏡153的聚焦后到達(dá)光電倍增管154，光電倍增管154根據(jù)接收的熒光發(fā)送光電信號至控制裝置140。

通過采用二向色鏡151、熒光濾光片152、熒光聚焦透鏡153和光電倍增管154構(gòu)成熒光檢測裝置150，可對待檢測樣品中的熒光進(jìn)行過濾和聚焦處理，增強(qiáng)熒光檢測效果。

具體地，二向色鏡151可以為低通高反二向色鏡，二向色鏡151的截止波長在激發(fā)光和熒光光譜峰值波長之間。

具體地，光電倍增管154的數(shù)量與待檢測樣品中包含熒光的種類相等。光源111的數(shù)量與待檢測樣品中包含熒光對應(yīng)的最佳激發(fā)波長的個數(shù)相等。進(jìn)一步地，光源111采用激光光源時(shí)，激光光源發(fā)射的激光的中心波長為熒光的最佳激發(fā)波長。如此，需要不同激發(fā)光的熒光采用不同的光源111，對不同的熒光采用不同的光電倍增管154，有針對性的進(jìn)行熒光激發(fā)和檢測，可進(jìn)一步增強(qiáng)熒光檢測效果。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。