CN101520415B - 具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪 - Google Patents

Abstract

具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，主要由激光诱导荧光光路***(1)、电控三维调节***(2)、激光聚焦专用微流控芯片(3)、信号检测处理***(4)组成。本发明具有如下独特优点：光路构架简单，去除了复杂的分光光路，提高了检测灵敏度。采用三维电控聚焦，实现聚焦的自动化，减少人为因素的影响，实现高重复性的微流控芯片聚焦，同时最大可能的降低了激光对人眼的伤害。

Description

具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪 

技术领域

本发明涉及一种微流控检测装置，特别是设计了一种具有自动定位聚焦功能的高灵敏度微流控激光诱导荧光检测仪，其能用于微流控芯片的激光诱导荧光检测。 

背景技术

微流控芯片(Microfluidics，Lab-on-a-chip)是一个跨学科的新领域，指的是把生化领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成或基本集成到一块几平方厘米(甚至更小)的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个***，用以取代常规生物或化学实验室的各种功能的一种技术。它是微纳米技术的重要组成部分，也是***生物学研究的主要技术平台之一。 

芯片实验室技术所涉及到的微通道的宽度一般介于几十至几百微米，如此小的尺寸不仅保证了微流控芯片实验室技术极小的试剂消耗量(～10^-9 升)，还使在小面积芯片上集成高密度流路成为可能。微流控芯片的发展使测试灵敏度的显著提高和成本大幅降低，更为深远的意义则在于，它极有可能使疾病诊断设备小型化，家庭化，从而大幅提高人类的健康水平，改善生活质量。 

微流控芯片的检测装置是微流控芯片的结果输出单元，当前由于激光诱导荧光的高灵敏度(已达单分子水平)成为当前最广泛的检测方式。从当前已经报道的微流控芯片激光诱导荧光检测装置来看，如何将激光定位、 聚焦在微米级别的通道上，获取最高灵敏度是当前存在的主要问题之一。解决聚焦问题的主要方法是采用显微镜聚焦***，通过对现有显微镜装置进行改装，进行激光在微流控通道的定位、聚焦。通道对显微镜的调节使激光斑点定位、聚焦于微流控通道，然后将光路切换到检测部分，进行检测。但是构架存在如下问题：1、存在激光伤害问题，激光对测试者的眼睛存在伤害危险；2、手动调节，调节复杂，聚焦靠人主观判断，重现性差。在最新的报道中，采用光路分光***，分出一束光，外接CCD来进行焦点的判定。这种方式避免了激光对人眼的伤害，但是带来了光路设计的复杂和光强的损失。 

发明内容

本发明提供了一种具有自动定位、聚焦功能的激光诱导荧光微流控检测仪，其能用于微流控芯片的激光诱导荧光检测。 

本发明提供一种具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，主要由激光诱导荧光光路***1、电控三维调节***2、激光聚焦专用微流控芯片3、信号检测处理***4组成；其中： 

激光诱导荧光光路***1采用共聚焦构架分别由物镜，半反半透镜，激光器，滤光片，光电倍增管组成； 

电控三维调节***2由三个电控调节平台和芯片平台组成，芯片平台在电控调节平台的控制下，进行调节，调节的分辨率0.1～1微米，X轴的电控平台主要用于调节检测点的位置，Y轴的电控平台用于激光点聚焦到通道上，Z轴的电控平台用于将激光斑点聚焦到荧光强度最大。 

激光聚焦专用微流控芯片3由聚焦辅助通道和微流控芯片电泳分离通 道组成，聚焦辅助通道用于微流控芯片的通道找寻和聚焦。 

信号检测处理***4由高分辨率模数转换器、步进电机控制器、高压电源板等组成，其中步进电机用于控制电控调节平台。 

本发明提供的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，激光诱导荧光光路***1的所有光学元件均置于表面发黑的铝盒中，物镜采用10～40倍荧光显微镜，用于激光的聚焦和荧光信号的收集，半反半透镜用于反射激光透过荧光。滤光片可调换，根据所选择的荧光选择相应的滤光片，光电倍增管用于将荧光信号转为电信号。 

本发明提供的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，激光聚焦专用微流控芯片3的芯片材料可以是石英、玻璃、PMMA、PDMS等微流控芯片材料。 

本发明提供的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，信号检测处理***4的高分辨率模数转换器为24bit模数转换器，数模转换器用于将PMT信号转换成数字信号，并传输到上位机进行处理、显示。高压电源板提供六路1～6000V直流高压，用于提供微流控芯片电泳分离所需高压。 

与常规微流控激光诱导荧光检测器相比，本发明具有如下独特优点： 

1、光路构架简单，去除了复杂的分光光路，提高了检测灵敏度。 

2、采用三维电控聚焦，实现聚焦的自动化，减少人为因素的影响，实现高重复性的微流控芯片聚焦，同时最大可能的降低了激光对人眼的伤害。 

附图说明

图1自动定位、聚焦激光诱导荧光检测仪构架图。其中1是激光诱导荧光光路***，2电控三维调节***(芯片平台处于三维电控平台上，三维电控平台没有画出)，4是信号检测处理***。 

图2激光聚焦专用微流控芯片3构架示意图。1为聚焦辅助通道，2为电泳分离通道，3为聚焦辅助通道到电泳分离通道的距离。 

图3自动定位、聚焦微流控激光诱导荧光检测仪测定荧光素钠的结果图。(分析条件：辅助通道灌10^-7M FITC，pH9.2硼砂缓冲液，荧光素钠浓度1×10^-4M。进样条件500V，40s；分离条件1200V，500s)。 

图4自动定位、聚焦微流控激光诱导荧光检测仪测定DNA片段的结果图。(分析条件：辅助通道染料及浓度：10^-6M荧光素钠；缓冲体系：0.1％PVP，0.5％HPMC and 6％mannitol in TBE缓冲液中.进样条件：500V，40s；分离条件1200V and 500s。) 

具体实施方式

按图1所示构架，搭建自动定位、聚焦激光诱导荧光检测仪，设计如图2所示芯片。在聚焦辅助通道内灌入荧光染料，在电泳通道灌入缓冲液加工和在样品池灌入待检测样品，在其他液池中灌入缓冲液。然后将芯片置于芯片平台上，移动X轴，将激光斑点移到预测定的位置。启动Y轴平台，使激光斑点在微流控芯片上沿Y轴方向扫描，PMT收集到的信号，经模数转换后传入电脑，当激光斑点扫过辅助通道是，信号增加，当信号增加到最强时，激光斑点扫描到辅助通道的中央。启动Z轴，使激光斑点在微流控芯片辅助通道上下移动，当到达信号最强时便达到最好的聚焦位置(由于芯片厚度一致，Z轴聚焦并不需要每次都进行，一类芯片只需进行一 次Z轴聚焦)。然后移动设定的距离(芯片电泳通道和辅助聚焦通道的距离)，便到达需要的检测点。然后启动高压，进行电泳分离。图3是自动定位、聚焦微流控激光诱导荧光检测仪测定荧光素钠的结果图。图4是自动定位、聚焦微流控激光诱导荧光检测仪测定DNA片段的结果图。 

Claims (5)

1.具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，其特征在于：主要由激光诱导荧光光路***(1)、电控三维调节***(2)、激光聚焦专用微流控芯片(3)、信号检测处理***(4)组成；其中：

激光诱导荧光光路***(1)采用共聚焦构架分别由物镜，半反半透镜，激光器，滤光片，光电倍增管组成；

电控三维调节***(2)由三个电控调节平台和芯片平台组成，芯片平台在电控调节平台的控制下，进行调节，调节的分辨率0.1～1微米，X轴的电控调节平台主要用于调节检测点的位置，Y轴的电控调节平台用于将激光斑点聚焦到通道上，Z轴的电控调节平台用于将激光斑点聚焦到荧光强度最大；

激光聚焦专用微流控芯片(3)由聚焦辅助通道和微流控芯片电泳分离通道组成，聚焦辅助通道用于微流控芯片的通道找寻和聚焦；

信号检测处理***(4)由高分辨率模数转换器、步进电机控制器、高压电源板组成，其中步进电机用于控制电控调节平台。

2.按照权利要求1所述的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，其特征在于：激光诱导荧光光路***(1)的所有光学元件均置于表面发黑的铝盒中，物镜采用10～40倍荧光显微镜。

3.按照权利要求1所述的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，其特征在于：激光聚焦专用微流控芯片(3)的芯片材料是玻璃。

4.按照权利要求1所述的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，其特征在于：激光聚焦专用微流控芯片(3)的芯片材料是石英、PMMA或PDMS。

5.按照权利要求1所述的具有自动定位聚焦功能的微流控激光诱导荧光检测仪，其特征在于：信号检测处理***(4)的高分辨率模数转换器为24bit模数转换器，高压电源板提供六路1～6000V直流高压，用于提供微流控芯片电泳分离所需高压。

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