本發(fā)明涉及微流控?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置和方法。

背景技術(shù)：

目前微流控芯片在生物研究、藥物檢測(cè)、食品安全和化學(xué)分析領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在微流控芯片平臺(tái)上，誘導(dǎo)熒光檢測(cè)法以其成熟的技術(shù)以及極高的靈敏度，成為主流的檢測(cè)手段之一。傳統(tǒng)的廣泛用于微流控?zé)晒鈾z測(cè)的光電傳感器，主要有光電倍增管、雪崩二極管、光電二極管等，然而，它們均各自在制備成本、功耗、光電增益、與微流控芯片集成難度、多通道檢測(cè)適應(yīng)度等方面具有一定的局限性。因此，微流控?zé)晒鈾z測(cè)技術(shù)的發(fā)展，亟需一種制備難度及成本較低、功耗小、光電增益較高、易于與微流控芯片集成、且具有發(fā)展成多通道熒光檢測(cè)器之潛力的光電探測(cè)器，并以此為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)及制備集成化及微型化的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)系統(tǒng)，以在微流控系統(tǒng)上，同時(shí)對(duì)多種不同物質(zhì)或者同種物質(zhì)的不同濃度進(jìn)行熒光檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高通量和高效的熒光采集。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置和方法。

一種多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置，包括光源、微流控芯片及光電薄膜晶體管，所述光源與所述光電薄膜晶體管分別位于所述微流控芯片的兩側(cè)；其中，所述微流控芯片具有多個(gè)待測(cè)微流控通道；所述光源為光源陣列；所述光電薄膜晶體管具有多個(gè)檢測(cè)陣列，每個(gè)所述檢測(cè)陣列對(duì)應(yīng)一個(gè)所述待測(cè)微流控通道，每個(gè)所述檢測(cè)陣列具有多個(gè)由頂柵極、漏極、底柵極和源極構(gòu)成的雙柵極光電薄膜晶體管，且每個(gè)檢測(cè)陣列中的多個(gè)所述雙柵極光電薄膜晶體管呈陣列分布。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)所述光電薄膜晶體管中的多個(gè)所述雙柵極光電薄膜晶體管為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)所述檢測(cè)陣列中的多個(gè)所述雙柵極光電薄膜晶體管的源極短接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)所述檢測(cè)陣列中的頂柵極、漏極和底柵極分別短接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，相鄰的所述檢測(cè)陣列之間設(shè)有隔光板。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置還包括位于所述光源與所述微流控芯片之間的第一帶通濾光片。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置還包括位于所述微流控芯片與所述光電薄膜晶體管之間的第二帶通濾光片。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置還包括與所述源極電連接的信號(hào)處理電路。

一種多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)方法，使用上述任一實(shí)施例所述的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置，所述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)方法包括如下步驟：

打開(kāi)所述雙柵極光電薄膜晶體管的漏極、頂柵極和底柵極的偏壓vd、vtg和vbg，使雙柵極光電薄膜晶體管處于亞閾值區(qū)，開(kāi)啟所述led陣列光源，記錄源極輸出電流ids，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到結(jié)果。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)方法還包括如下建立源極輸出電流ids與不同的物質(zhì)或者同種物質(zhì)的不同濃度對(duì)應(yīng)關(guān)系的步驟：

打開(kāi)所述雙柵極光電薄膜晶體管的漏極、頂柵極和底柵極的偏壓vd、vtg和vbg，使雙柵極光電薄膜晶體管處于亞閾值區(qū)，開(kāi)啟所述led陣列光源，記錄沒(méi)有注入待測(cè)溶液時(shí)的源極輸出電流ids作為參考背景；

在使雙柵極光電薄膜晶體管處于亞閾值區(qū)時(shí)，在不同的待測(cè)微流控通道中注入不同的物質(zhì)或者同種物質(zhì)的不同濃度的溶液，在led陣列光源的激發(fā)下，產(chǎn)生熒光，與不同待測(cè)微流控通道對(duì)應(yīng)的雙柵極光電薄膜晶體管采集對(duì)應(yīng)的熒光，記錄各檢測(cè)陣列的源極輸出電流ids，用該數(shù)據(jù)減去參考背景的數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)即雙柵極光電薄膜晶體管對(duì)微流控芯片上不同待測(cè)微流控通道中溶液的熒光采集的結(jié)果，根據(jù)該結(jié)果與不同物質(zhì)或同種物質(zhì)的不同濃度之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。

上述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置和方法采用雙柵極光電薄膜晶體管進(jìn)行熒光信號(hào)收集和檢測(cè)，具有較高的光靈敏度和光電導(dǎo)增益，非常適用于熒光檢測(cè)，而且其制備難度和成本較低、功耗小、集成度高，適用于大面積制作，實(shí)現(xiàn)陣列化。上述陣列式分布的雙柵極光電薄膜晶體管作為熒光檢測(cè)器，將其和多通道微流控芯片集成，形成集成化和微型化的多通道的微流控?zé)晒獠杉到y(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。

附圖說(shuō)明

圖1為一實(shí)施方式的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中光電薄膜晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為實(shí)施例部分使用光譜儀替代雙柵極光電薄膜晶體管進(jìn)行熒光檢測(cè)得到的結(jié)果曲線；

圖4為使用圖1所示多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置檢測(cè)得到的結(jié)果曲線。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

請(qǐng)結(jié)合圖1和圖2，一實(shí)施方式的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10包括光源100、微流控芯片200及光電薄膜晶體管300。光源100與光電薄膜晶體管300分別位于微流控芯片200的兩側(cè)。

在本實(shí)施方式中，光源100具有l(wèi)ed陣列光源。led陣列光源作為熒光誘導(dǎo)光源。

微流控芯片200具有多個(gè)待測(cè)微流控通道210。該多個(gè)待測(cè)微流控通道210可以形成微通道陣列。待測(cè)微流控通道210用于供待測(cè)溶液注入。led陣列光源與多個(gè)待測(cè)微流控通道210對(duì)應(yīng)，待測(cè)微流控通道210內(nèi)的待測(cè)溶液會(huì)被熒光誘導(dǎo)光源的光激發(fā)，產(chǎn)生激發(fā)熒光。

光電薄膜晶體管300具有多個(gè)檢測(cè)陣列302。每個(gè)檢測(cè)陣列302對(duì)應(yīng)一個(gè)待測(cè)微流控通道210，用于收集各待測(cè)微流控通道210產(chǎn)生的激光熒光。每個(gè)檢測(cè)陣列302具有由頂柵極310、漏極320、底柵極330和源極340構(gòu)成的雙柵極光電薄膜晶體管350。由于激發(fā)熒光的光強(qiáng)度一般都比較弱，而且往往都是發(fā)散的，因而每個(gè)檢測(cè)陣列302中具有多個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管350，且多個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管350呈陣列分布，以便增加感光面積，充分采集熒光信號(hào)。頂柵極310用于吸收光子，頂柵極310、漏極320和底柵極330的輸入電壓vtg、vd和vbg作為驅(qū)動(dòng)和調(diào)節(jié)器件工作的偏置電壓。源極340作為輸出端，輸出電流ids。

雙柵極光電薄膜晶體管350四種工作狀態(tài)，分別是截止區(qū)、亞閾值區(qū)、線性區(qū)和飽和區(qū)，當(dāng)在亞閾值區(qū)時(shí)光的靈敏度最強(qiáng)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)偏置電壓，使器件工作出于亞閾值區(qū)。分別給漏極320、頂柵極310和底柵極330加偏壓vd、vtg和vbg，可以通過(guò)調(diào)節(jié)三個(gè)偏壓使所雙柵極光電薄膜晶體管350陣列工作在亞閾值區(qū)，此時(shí)器件對(duì)光靈敏度最強(qiáng)。當(dāng)檢測(cè)陣列302中雙柵極光電薄膜晶體管350采集到熒光時(shí)，源極340會(huì)輸出電流信號(hào)。

在一個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)光電薄膜晶體管300中的多個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管350為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，在其中一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)檢測(cè)陣列302中的多個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管350的源極340短接，因而每一個(gè)檢測(cè)陣列302只有一個(gè)源極340輸出，通過(guò)該源極匯總各雙柵極光電薄膜晶體管350源極產(chǎn)生的電流信號(hào)。更進(jìn)一步，在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)檢測(cè)陣列302中的頂柵極310、漏極320和底柵極330分別短接。通過(guò)將多個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管350為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個(gè)檢測(cè)陣列302中的多個(gè)雙柵極光電薄膜晶體管350的源極340短接，且多個(gè)檢測(cè)陣列302中的頂柵極310、漏極320和底柵極330分別短接，可以簡(jiǎn)化光電薄膜晶體管300的電路結(jié)構(gòu)，更易于大面積制作。

在一個(gè)實(shí)施例中，相鄰的檢測(cè)陣列302之間設(shè)有隔光板360。隔光板360由不透光的材料制作而成，以防止臨近的檢測(cè)陣列302之間發(fā)生熒光干擾。

在一個(gè)實(shí)施例中，多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10還包括位于光源100與微流控芯片200之間的第一帶通濾光片400。更進(jìn)一步，在另一個(gè)實(shí)施例中，該多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10還包括位于微流控芯片與200光電薄膜晶體管300之間的第二帶通濾光片500。多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10最頂層為led陣列光源，作為熒光誘導(dǎo)光源，通過(guò)第一帶通濾光片400濾除led光源的雜光，保證led光處于特定的波段，排除其他波段光的影響，下面微流控芯片200，用于供待測(cè)物質(zhì)注入待測(cè)微流控通道210中，由濾除雜光后的led光誘導(dǎo)激發(fā)產(chǎn)生熒光，經(jīng)過(guò)第二帶通濾光片500，濾除led光源波段的光，最后熒光照射到底層的光電薄膜晶體管300上，被檢測(cè)采集。

在一個(gè)實(shí)施例中，多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10還包括與源極340電連接的信號(hào)處理電路(圖未示)。信號(hào)處理電路中設(shè)有信號(hào)放大器、濾波器及模數(shù)轉(zhuǎn)換器等元件。由于源極340輸出的電流信號(hào)一般比較微小，通過(guò)設(shè)置信號(hào)處理電路對(duì)輸出的多路的電流信號(hào)分別進(jìn)行放大、濾波和模數(shù)轉(zhuǎn)換等處理，可以更為精確地得出最終的數(shù)據(jù)。

本實(shí)施方式還提供了一種多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)方法，其使用上述任一實(shí)施例的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10，該多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)方法包括如下步驟：打開(kāi)雙柵極光電薄膜晶體管350的漏極320、頂柵極310和底柵極330的偏壓vd、vtg和vbg，使雙柵極光電薄膜晶體管350處于亞閾值區(qū)，開(kāi)啟led陣列光源，記錄源極輸出電流ids，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到結(jié)果。

在一個(gè)實(shí)施例中，改多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)方法還包括如下建立源極輸出電流ids與物質(zhì)或濃度對(duì)應(yīng)關(guān)系的步驟：

打開(kāi)雙柵極光電薄膜晶體管350的漏極320、頂柵極310和底柵極320的偏壓vd、vtg和vbg，使雙柵極光電薄膜晶體管350處于亞閾值區(qū)，開(kāi)啟led陣列光源，記錄沒(méi)有注入待測(cè)溶液時(shí)的源極輸出電流ids作為參考背景；

在使雙柵極光電薄膜晶體管350處于亞閾值區(qū)時(shí)，在不同的待測(cè)微流控通道210中注入不同的物質(zhì)或者同種物質(zhì)的不同濃度的溶液，在led陣列光源的激發(fā)下，產(chǎn)生熒光，與不同待測(cè)微流控通道210對(duì)應(yīng)的雙柵極光電薄膜晶體管350采集對(duì)應(yīng)的熒光，記錄各檢測(cè)陣列的源極輸出電流ids，用該數(shù)據(jù)減去參考背景的數(shù)據(jù)，得到數(shù)據(jù)即雙柵極光電薄膜晶體管350對(duì)微流控芯片200上不同待測(cè)微流控通道210中溶液的熒光采集的結(jié)果，根據(jù)該結(jié)果與不同物質(zhì)或同種物質(zhì)的不同濃度之間建立對(duì)應(yīng)關(guān)系。

上述多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10和方法采用雙柵極光電薄膜晶體管350進(jìn)行熒光信號(hào)收集和檢測(cè)，具有較高的光靈敏度和光電導(dǎo)增益，非常適用于熒光檢測(cè)，而且其制備難度和成本較低、功耗小、集成度高，適用于大面積制作，實(shí)現(xiàn)陣列化。上述陣列式分布的雙柵極光電薄膜晶體管350作為熒光檢測(cè)器，將其和多通道微流控芯片200集成，形成集成化和微型化的多通道的微流控?zé)晒獠杉到y(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣。

以下為具體實(shí)施例部分，其使用如圖1和圖2所示的多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10。

多數(shù)物質(zhì)可以吸收一定波長(zhǎng)的光，并發(fā)射比吸收光波長(zhǎng)更高的光(激發(fā)熒光)，且在其它條件一致情況下，所發(fā)出的激發(fā)熒光的照度與生物化學(xué)物質(zhì)濃度成正相關(guān)關(guān)系。因此可以利用熒光現(xiàn)象，對(duì)這一類物質(zhì)的濃度含量進(jìn)行檢測(cè)。

一、裝置及待測(cè)溶液設(shè)計(jì)

光源波長(zhǎng)為405nm的led陣列光源。

第一帶通濾光片：中心波長(zhǎng)405nm，半波長(zhǎng)5nm。

微流控芯片的待測(cè)微流控通道中注入含有熒光素的量子點(diǎn)溶液，濃度分別為0mg/ml、0.05mg/ml、0.1mg/ml、0.2mg/ml、0.3mg/ml以及0.5mg/ml，其中0mg/ml即微流控通道中不注入任何溶液測(cè)得數(shù)據(jù)，即參考背景。量子點(diǎn)溶液由于其激發(fā)的熒光具有穩(wěn)定性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，常常被用于熒光標(biāo)記的應(yīng)用中，所以實(shí)驗(yàn)中選用的量子點(diǎn)溶液具有一定的實(shí)際意義，其在405nm的led光的激發(fā)下，會(huì)產(chǎn)生470nm的熒光。

第二帶通濾光片：中心波長(zhǎng)470nm，半波長(zhǎng)15nm。

光電薄膜晶體管中的每個(gè)檢測(cè)陣列中雙柵極光電薄膜晶體管為兩個(gè)2×2的陣列。

信號(hào)處理電路：進(jìn)行多路信號(hào)讀出，可以對(duì)雙柵極光電薄膜晶體管輸出的多路微小電流同時(shí)進(jìn)行放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)化等處理，最終得到對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。

二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析

(1).先用光譜儀替代圖1和圖2中的光電薄膜晶體管，在微流控芯片中注入濃度分別為0mg/ml、0.05mg/ml、0.1mg/ml、0.2mg/ml、0.3mg/ml以及0.5mg/ml的量子點(diǎn)溶液，用同樣強(qiáng)度的led光照射，測(cè)得在該系統(tǒng)下，量子點(diǎn)溶液激發(fā)產(chǎn)生的熒光輻照度隨溶液濃度的變化曲線，如圖3所示。

從圖3可以看到，隨著量子的濃度的變化，熒光的輻照度幾乎成線性增長(zhǎng)。

(2).在同(1)相同條件下，同樣在微流控芯片中注入濃度分別為0mg/ml、0.05mg/ml、0.1mg/ml、0.2mg/ml、0.3mg/ml以及0.5mg/ml的量子點(diǎn)溶液，用兩個(gè)通道雙柵極光電薄膜晶體管陣列同時(shí)對(duì)它們的熒光進(jìn)行采集，利用多路信號(hào)讀出系統(tǒng)得到不同濃度下的輸出數(shù)據(jù)，將輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，減去參考背景即0mg/ml時(shí)的輸出數(shù)據(jù)，此時(shí)得到的數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)，為多通道微流控?zé)晒鈾z測(cè)裝置10采集熒光增加的數(shù)據(jù)，最終可以分別得到兩個(gè)通道的輸出增量隨量子點(diǎn)濃度的變化曲線，如圖4所示。

從圖4可以看出，隨著量子點(diǎn)溶度的不斷增大，輸出增量也就越來(lái)越大，也就意味著，陣列式的雙柵極光電薄膜晶體管采集到的熒光光強(qiáng)也越來(lái)越大，這種變化趨勢(shì)同之前用光譜儀測(cè)得變化趨勢(shì)是一樣的，但是由于雙柵極光電薄膜晶體管的輸出電流并不會(huì)隨著光照的變化成線性變化，所以輸出增量隨量子點(diǎn)溶度變化也不會(huì)是線性的，所以數(shù)據(jù)結(jié)果符合預(yù)期，也就證明陣列式的雙柵極光電薄膜晶體管可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多通道微流控的熒光采集。

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(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)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(shuō)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(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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)。