CN1869662A - 一种多通道柱成像荧光检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多通道柱成像荧光检测器，它包括依序设置的激发光源、微流控芯片、发射光滤光片、高压电源和计算机控制***，其特征在于：所述激发光源采用小分子有机发光二极管，通过外接电路控制光源的多电极，使其按照要求发射单条或多条不同长度的线型光源。在所述激发光源与微流控芯片之间设置超薄的激发光滤光片，在所述发射光滤光片的顶部设置透镜和电荷耦合检测器。本发明可以方便地实现柱成像检测模式，不需要光纤、柱面棱镜等复杂光学器件，进一步缩小了仪器的体积，降低成本，同时通过超薄滤光片将激发光中覆盖荧光区域的杂散光滤掉，有效地提高了仪器的检测灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测器，特别是关于一种用于微流控芯片等电聚焦电泳***，采用有机发光二极管(OLED)作为光源的可实现多通道检测的柱成像荧光检测器。
背景技术
蛋白质是一种两性电解质分子，在大于其等电点的pH环境中，会解离成带负电的离子，在电场中电泳到正极；而在小于其等电点的pH环境中，解离成带正电荷的离子，向负极泳动，直到等于其等电点的pH环境中，即净电荷为零时(即等电点，pI)才停止，此时带电分子在电场作用下的迁移运动与扩散运动达到平衡。如果在一个pH梯度的环境中进行这种电泳，由于各种蛋白质的等电点不同，就能把不同蛋白质的分子按他们的等电点集中和分离在不同的区带中。等电聚焦电泳(isoelectric focusing，IEF)技术就是根据蛋白质的这一特性，以聚丙烯酰胺(或其它介质)为电泳支持物，并在其中加入两性电解质载体(carrier ampholytes)，在电场作用下，蛋白质在pH梯度凝胶中泳动，当迁移至pI的pH处，则不再泳动，而浓缩成狭窄的区带，从而实现蛋白质样品的浓缩和分离。该方法已经被广泛地用于蛋白组学研究中的双向电泳技术。
毛细管等电聚焦(capillary isoelectric focusing，cIEF)是在传统的平板IEF基础之上发展起来的，该技术克服了平板IEF的对流问题，可以得到较高的分离效率，因此近年来逐渐被广泛应用。
与其它电泳模式不同，IEF是一种平衡技术，即蛋白质电泳到各自的等电点位置后就不再移动，体系达到平衡，样品区带不会在电场作用下继续经过检测器，因此存在一个如何进行检测的问题。目前cIEF技术采用的检测方法主要有三种：单点检测、柱扫描检测和柱成像检测。所谓的单点检测就是采用压力、化学或不消除电渗流等方法，推动样品区带经过检测器进行检测。该方法可以在普通商品毛细管电泳仪器上面进行cIEF分离模式，不必进行***改造。但是也存在需要较长的分析时间(30～45min)、容易引起蛋白样品沉淀和损失分离效率等问题。柱扫描检测是在IEF结束后通过机械装置移动整个毛细管通过检测点的方法，该技术原则上避免了样品区带在毛细管内的移动，解决了上面的问题。但是，由于毛细管移动的同时会引起背景噪音大幅提高，同时由于检测过程中撤掉高压也会引起样品区带的展宽。柱成像检测一般是采用一束光纤将光源引出，排列成线型经过柱面透镜汇聚至毛细管，然后采用电荷耦合检测器(CCD)或者光电二极管阵列实现柱成像。该技术不需移动毛细管或样品区带，不牺牲分离效率，同时将分析时间缩短至5min内，但是这种***一般结构比较复杂，存在背景光不均匀的问题。为此，Pawliszyn等人发展了一种基于轴向入射成像的技术，该技术采用激光(氩离子激光器和半导体激光器)作为光源，通过透镜或狭缝以及校准装置，使光源从毛细管轴向入射，由CCD从垂直于毛细管方向接收荧光信号。这种设计省去了光纤导出***，降低了因毛细管壁散射光导致的背景，提高了***的灵敏度。但是轴向入射对毛细管和激光的光学校准***要求非常严格，不易实现，而且由于激光通过毛细管过程中会因荧光样品带的吸收及散射引起光源强度发生一定程度的衰减，限制了该***用于定量检测。
上述柱成像技术的关键在于如何将点光源转换成均匀的具有足够强度的线型光源。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种新型的用于cIEF或芯片IEF的简单实用的柱成像荧光检测器，本发明体积小、成本低，方便实用，并且可以实现多通道同时IEF分离并检测的功能。
为达到上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多通道柱成像荧光检测器，它包括依序设置的激发光源、微流控芯片、发射光滤光片、高压电源和计算机控制***，其特征在于：所述激发光源采用小分子有机发光二极管，在所述激发光源与所述微流控芯片之间设置超薄的激发光滤光片，在所述发射光滤光片的顶部设置透镜和电荷耦合检测器。
上述本发明的技术方案中，所述激发光源包括一玻璃基片，在所述玻璃基片的表面设置有多个铟-锡氧化物阳极，在所述阳极表面设置有两层采用真空镀膜技术镀上的有机物镀层，构成纳米级空穴传入层和电子传输层，在所述电子传输层表面镀设有多个金属阴极，所述阴极表面设置与所述玻璃基片封装的玻璃盖片，各所述铟-锡氧化物阳极与金属阴极之间连接有OLED控制电源。
以上所述本发明的技术方案中，所述OLED控制电源为0～15伏可调直流电源，以控制各所述铟-锡氧化物阳极与金属阴极发射单条或多条不同长度的线型光源。
以上所述本发明的技术方案中，所述激发光滤光片的厚度小于400μm。
以上所述本发明的技术方案中，所述激发光滤光片的厚度为300μm。
以上所述本发明的技术方案中，所述光源到所述微流控芯片上通道的距离为1mm。
以上所述本发明的技术方案中，所述微流控芯片底片的厚度为100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明采用小分子OLED作为激发光源，代替原来的氩离子激光器和半导体激光器，使仪器体积大大减小。不必采用二向棱镜、透镜组等光学器件和结构，大大简化了仪器结构。2、与现有的柱成像***相比，本发明通过设计外部电路控制OLED电极阵列得到单条/多条发光光源，结构简单，易于实现。3、本发明采用厚度仅为300μm左右的超薄激发滤光片，一方面将激发光中覆盖荧光区域的杂散光滤掉，有效地提高了仪器的检测灵敏度；另一方面尽量缩小光源与微通道之间的距离，进一步缩小了仪器的体积。4、由于本发明采用了超薄激发滤光片，而不必采用锁相放大器这类价格昂贵的信号放大处理***，使本发明的成本得到进一步降低。因此本发明以有机发光二极管(OLED)作为光源的荧光检测器，大大降低了仪器的成本和体积，简化了结构。OLED作为一种光源，具有形状多样可调的特性，即可以作为一个线型光源使用，方便简单，不需任何光纤和透镜***，有效地弥补了现有柱成像设计中存在的一些不足。
附图说明
图1是本发明的结构分解示意图
图2是本发明OLED结构示意图
图3是激发滤光片对OLED发射谱线的影响效果图
图4a～图4c是本发明第一实施例的检测结果图
图5a～图5c是本发明第二实施例的检测结果图
具体实施方法
下面结合实施例并配合附图对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明包括光源1、激发光滤光片2、微流控芯片3、发射光滤光片4、镜头5、电荷耦合检测器6、高压电源7、计算机8和OLED控制电源9。
如图2所示，本发明采用小分子OLED作为光源1，其包括一采用常规标准光刻技术制成的玻璃基片15，在玻璃基片15上设置有多个ITO(铟-锡氧化物)阳极10，在各ITO阳极10上设置有两层采用真空镀膜技术镀上的有机物镀层，构成纳米级空穴传入层11和电子传输层12，在电子传输层12的上表面还镀有多个金属阴极13，OLED控制电源9接设于各金属阴极13与各ITO阳极10之间。OLED控制电源9为0～15伏可调直流电源，可从市场上购买得到，也可向生产电源的厂家定制。当ITO阳极10和金属阴极13注入的空穴和电子在空穴传入层11和电子传输层12相遇，激子去激复合时，便产生了可见光。通过调节OLED控制电源9的输出电压，便可使OLED光源1的多个ITO阳极10与金属阴极13根据需要发射出不同尺度的单条或多条线型光源。最后用一玻璃盖片14进行封装，构成OLED平板式光源1。
如图1所示，光源1的体积大小与微流控芯片3相当，并且呈平板状易于与微流控芯片3进行集成化。当OLED控制电源9输出的4.5～12V直流电压加在ITO阳极10和金属阴极13之间时，光源1即可发出相应波长和一定强度的激发光，用于荧光检测。根据光源1的ITO阳极10上镀设的不同的有机物，可以制成发出绿光、红光、蓝光和紫外光的光源1。本发明用小分子OLED平板光源1代替原来的氩离子激光器和半导体激光器，可以使仪器体积大大减小。由于本发明采用的小分子OLED光源容易得到，且价格较为低廉，所以本发明利于推广使用，具有较好的实用性。
本发明在光源1与微流控芯片3之间设有300μm厚的超薄的激发光滤光片2，激发光滤光片2可以将光源1发出的激发光中覆盖检测区域的杂散光滤掉。微流控芯片3的底片厚度仅为100μm，可以采用任何透明基质材料构成，如玻璃或PDMS(聚二甲氧基硅烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等高聚物材料，并采用标准光刻和软刻蚀技术加工制成。微流控芯片3的上方依次设置发射光滤光片4、透镜5和电荷耦合检测器6，OLED光源1通过微流控芯片3的通道激发样品带产生的荧光信号直接经过发射滤光片4过滤后，由透镜5接收，经电荷耦合检测器6成像，最后传输至计算机8，由计算机8记录并进行数据处理。高压电源7的输出端口分别与微流控芯片3上的各个样品池连接，高压电源7另一端的COM接口与计算机8连接，用来控制微流控芯片3上的电泳进样及分离操作。
本发明设置了厚度仅为300μm厚的超薄激发光滤光片2来去除激发光源1中的杂散光，如图3所示，图中左侧纵坐标为光源1的发射光强，右侧纵坐标为滤光片透过率。激发光滤光片2的透射光谱a从555nm处开始截止，而发射光滤光片8的透射光谱b约从560nm处开始通过。光源1不经任何滤光处理的发射谱线为c，其中约1/4光谱覆盖发射区域，可以通过发射光滤光片4对荧光检测结果产生干扰。在光源1与微流控芯片5之间加上激发光滤光片2可以将这部分杂散光滤掉，激发光滤光片2的厚度在400μm以下，越薄越好。由图中经激发光滤光片2过滤后的激发光发射谱线d可知，增加激发光滤光片2可以提高***的灵敏度。因此，激发光滤光片2一方面可以将激发光中覆盖荧光区域的杂散光滤掉，另一方面尽量缩小光源与微通道的距离，提高***的检测灵敏度，使得从光源1到微流控芯片3上通道的距离约为1mm。
下面以绿光光源为例对进行详细说明。
实例1：以荧光藻红蛋白(R-phycoerythrin)作为样品，配置于含有2％两性电解质(ampholyte)和1％羟丙基甲基纤维素(HPMC)的缓冲溶液中，充入微流控芯片中进行等电聚焦分离，采用本发明进行检测。操作前将微流控芯片通道用去离子水反复冲洗干净，充满经超声去气的缓冲溶液，向图1样品池加5μL上述溶液，施加压力使其充满微通道，然后用移液枪吸出剩余溶液。接着分别向阳极和阴极样品池中加入5μL 10mMH3PO4和20mMNaOH溶液。施加700V/cm电场强度于阳极和阴极之间，进行等电聚焦电泳。分别在等电聚焦过程中的不同时间段得到的电泳谱图如图4所示，其中图4中a、b、c的时间分别是施加电场后4.53s、5.20s和5.87s所记录的谱图。
实例2：通过控制OLED光源得到三条线型光源，在具有三条平行通道的微流控芯片中进行等电聚焦电泳，其余电泳条件同实例1，得到的结果如图5所示，其中图5中a、b、c分别是相同浓度样品在三条通道中等电聚焦后得到的谱图。
通过上述实例，说明将OLED作为光源可以非常方便地用于微流控芯片等电聚焦电泳***，与传统检测器相比具有体积小、成本低、结构简单等特点，并且容易实现多通道同时检测的目的。
Claims (11)
1、一种多通道柱成像荧光检测器，它包括依序设置的激发光源、微流控芯片、发射光滤光片、高压电源和计算机控制***，其特征在于：所述激发光源采用小分子有机发光二极管，在所述激发光源与所述微流控芯片之间设置超薄的激发光滤光片，在所述发射光滤光片的顶部设置透镜和电荷耦合检测器。
2、如权利要求1所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述激发光源包括一玻璃基片，在所述玻璃基片的表面设置有多个铟-锡氧化物阳极，在所述阳极表面设置有两层采用真空镀膜技术镀上的有机物镀层，构成纳米级空穴传入层和电子传输层，在所述电子传输层表面镀设有多个金属阴极，所述阴极表面设置与所述玻璃基片封装的玻璃盖片，各所述铟-锡氧化物阳极与金属阴极之间连接有OLED控制电源。
3、如权利要求1所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述OLED控制电源为0～15伏可调直流电源，以控制各所述铟-锡氧化物阳极与金属阴极发射单条或多条不同长度的线型光源。
3、如权利要求1所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述激发光滤光片的厚度小于400μm。
4、如权利要求2所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述激发光滤光片的厚度小于400μm。
5、如权利要求3或4所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述激发光滤光片的厚度为300μm。
6、如权利要求1或2或3或4所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述光源到所述微流控芯片上通道的距离为1mm。
7、如权利要求5所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述光源到所述微流控芯片通道的距离为1mm。
8、如权利要求1或2或3或4或7所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述微流控芯片底片的厚度为100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
9、如权利要求5所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述微流控芯片底片的厚度为100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
10、如权利要求6所述的一种多通道柱成像荧光检测器，其特征在于：所述微流控芯片底片的厚度为100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种。
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