一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置及其檢測方法，所述的裝置包括光源聚光組件、微流控芯片承載平臺、微流控芯片、熒光收集組件、光檢測器件、信號處理組件和顯示組件；微流控芯片固定在微流控芯片承載平臺中，光源聚光組件位于微流控芯片承載平臺之上，熒光收集組件固定在微流控芯片承載平臺的下面，光檢測器件固定在熒光收集組件的底部，光檢測器件、信號處理組件和顯示組件通過信號電纜順序串聯連接。本發明檢測靈敏度高，能夠檢測到大小為2.06μm的熒光顆粒的熒光信號，在非常微弱的熒光信號檢測方面具有獨特的優勢。本發明具有體積小、重量輕、便于攜帶和價格便宜的優點，可以手持，特別適用于現場檢測。
【專利說明】一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置及其檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種熒光樣品的檢測技術，特別是一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置及其檢測方法。
【背景技術】
[0002]目前,流式細胞儀(flowcytometry, FCM)是對高速直線流動的細胞或生物微粒進行快速定量測定和分析的儀器，也適用于熒光樣品的檢測和分析，主要包括樣品的流動技術、細胞的計數和分選技術，計算機對數據的采集和分析技術等。流式細胞儀以流式細胞術為理論基礎，是流體力學、激光技術、電子工程學、分子免疫學、細胞熒光學和計算機等學科知識綜合應用的結晶。其特點是:測量速度快、被測群體大、可進行多參數測量，在生物、醫學領域應用廣泛。但是該儀器體積龐大、價格昂貴，不能集成便攜，也不利于廣泛應用。
[0003]針對以上缺點，人們提出了一種基于微流控芯片的便攜式流式細胞儀，微流控芯片(microfIuidicchip)技術將預處理、反應、分離和檢測等單元集成到單個芯片內，具有集成度高、體積小等特點，代表了微型化儀器發展的方向。采用的檢測技術為光學檢測，具體的光源為LED光源，隨著技術的成熟和性能的改善，已經能夠提供高功率、短波長、單色性及穩定性良好的LED。采用LED作為激發光源能夠降低成本，減小體積更利于便攜集成。光檢測器件和顯示器件也選用微型化設備。基于微流控芯片的便攜式流式細胞儀具有集成度高，成本低，適應于現場檢測的優點。但是該儀器的缺點是檢測靈敏度不高，對于熒光非常微弱的樣品無法進行檢測和分析，比如對大小為3.75 μ m及3.75 μ m以下熒光微粒無法進行檢測。

【發明內容】

[0004]為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種具有更高的檢測靈敏度并能檢測出更微弱熒光信號的基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置及其檢測方法。
[0005]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0006]一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置，包括光源聚光組件、微流控芯片承載平臺、微流控芯片、熒光收集組件、光檢測器件、信號處理組件和顯示組件；所述微流控芯片固定在微流控芯片承載平臺中，所述光源聚光組件位于微流控芯片承載平臺之上，所述熒光收集組件固定在微流控芯片承載平臺的下面，所述的光檢測器件固定在熒光收集組件的底部，所述的光檢測器件、信號處理組件和顯示組件通過信號電纜順序串聯連接；
[0007]所述光源聚光組件包括LED光源、聚光透鏡A、濾光片A和聚光透鏡B,所述的LED光源下方依次為聚光透鏡A、濾光片A和聚光透鏡B，所述的LED光源帶準直器，所述的聚光透鏡A的直徑略大于LED光源的直徑；
[0008]所述微流控芯片由基片和蓋片組成，二者封接到一起形成微通道，所述的基片是聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯，所述的蓋片是玻璃片；
[0009]所述熒光收集組件包括在微流控承載平臺上的檢測狹縫、濾光片B、聚光透鏡C，所述的檢測狹縫下方依次安裝有濾光片B和聚光透鏡C，所述的檢測狹縫為熒光透過的區域，所述聚光透鏡C的直徑比光檢測器件的直徑大；
[0010]所述的信號處理組件采用移相差分電路，包括移相電路、差分電路和濾波放大電路；輸入信號分為兩路，一路直接進入到差分電路的正輸入端，另一路經過移相電路延時很短的時間后進入差分電路的負輸入端，然后經過濾波放大電路后得到輸出信號。
[0011]一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置的檢測方法，包括以下步驟:
[0012]A、聚光透鏡A收集從LED光源準直器射出來的平行光，然后匯聚到聚光透鏡B上，通過調節聚光透鏡A聚光透鏡B之間的距離，得到合適的焦距，濾光片A放在激發光發射之前，提供單色性更好的激發光；
[0013]B、光源聚光組件發射的激發光束照射在檢測狹縫上，當微流控芯片的微通道中的樣品流經檢測狹縫時，被激發出熒光，檢測狹縫使全部熒光通過，而擋住大量的激發光，起到空間濾波的作用；濾光片B將透過檢測狹縫的光進一步濾除，最后照射到聚光透鏡C上；
[0014]C、光檢測器件將聚光透鏡C匯聚的熒光轉化為對應的電信號；
[0015]D、信號處理組件對電信號進行濾波放大處理，抑制噪聲放大信號，提高信噪比；
[0016]E、顯示組件將經過信號處理組件處理后的信號顯示出來。
[0017]與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
[0018]1、本發明通過采用LED作為激發光源，微流控芯片作為熒光檢測的微平臺，相關的光電檢測設備和顯示設備亦可采用體積較小的結構形式，使檢測設備具有體積小、重量輕、便于攜帶、價格便宜，能夠進行手持，用于現場檢測的優點。
[0019]2、本發明通過采用光學聚光、空間濾波和移相差分濾波放大電路的方法，提高了檢測靈敏度，能夠檢測到大小為2.06 μ m熒光顆粒的熒光信號，在微弱熒光信號檢測方面具有獨特的優勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發明共有附圖6張，其中:
[0021]圖1是便攜式高靈敏度熒光檢測裝置的結構示意圖；
[0022]圖2是光源聚光組件的結構示意圖；
[0023]圖3是熒光收集組件的結構側視圖；
[0024]圖4是熒光收集組件的結構俯視圖；
[0025]圖5是移相差分電路的結構示意圖；
[0026]圖6是檢測2.06 μ m的標準熒光顆粒的結果圖。
[0027]圖中:1、光源聚光組件，2、微流控芯片承載平臺，3、微流控芯片，4、熒光收集組件，
5、光檢測器件,6、信號處理組件,7、顯不組件，11、LED光源，12、聚光透鏡A, 13、濾光片A,14、聚光透鏡B，31、微通道，41、檢測狹縫，42、濾光片B，43、聚光透鏡C。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖和實例對本發明作進一步描述。圖1示出了本發明的整體結構框圖，由圖1可見，本發明由光源聚光組件1、微流控芯片承載平臺2、微流控芯片3、熒光收集組件4、光檢測器件5、信號處理組件6和顯示組件7組成。由圖2可見，光源聚光組件I由帶準直器的LED光源11、聚光透鏡412、聚光透鏡814和濾光片八13，其中LED光源11為純藍光光源，下面緊接聚光透鏡A12，直徑為23.9mm,比LED光源11的直徑略大，焦距為14mm，將LED光源11準直的平行光束匯聚，照射到下面的聚光透鏡B14，直徑為12.7mm，焦距為13mm,加聚光透鏡B14的目的主要是讓焦距變短節省空間，讓光點更小光強更強，聚光透鏡的選擇不是唯一的，只要能夠滿足上述聚光要求即可，聚光透鏡A12和聚光透鏡B14之間的距離為5mm，為了節省空間，將濾光片A13厚約為3mm放在聚光透鏡A12和聚光透鏡B14之間，LED光源11為純藍光，所以濾光片的中心波長為480nm，帶寬為30nm，讓激發光更純。圖3和4分別為熒光收集組件4的側視圖和俯視圖，由兩張不同視角的圖可見，熒光收集組件4包括檢測狹縫41、濾光片B42、聚光透鏡C43，俯視圖中微通道31流經檢測狹縫41，側視圖中光電檢測器件5固定在熒光收集組件4的底部，光源聚光組件I發射的聚光光束照射在檢測狹縫41上，當微通道31中有樣品流過檢測狹縫41時，樣品被激發出熒光，檢測狹縫41使熒光進入，同時擋住了大量的激發光，起到空間濾波的作用，進入的熒光和雜光再經過濾光片B42的過濾，減小雜光對檢測的干擾，經過聚光透鏡C43的匯聚，使透過的大部分熒光可以匯聚到光檢測器件5的檢測區域上，將熒光轉化為電信號，光檢測器件5是光電二極管，固定在熒光收集組件4的底部。因為所發的熒光為綠光，所以濾光片B42選擇的中心波長為530nm,帶寬為40nm。聚光透鏡C43選擇的直徑為5mm、焦距是4mm。光檢測器件5和聚光透鏡C43間的距離為1mm，保證更多的熒光都可以匯聚到光檢測器件5的檢測區域上。光源聚光組件I和熒光收集組件4僅是讓設備整體體積略有增加，但在系統的檢測靈敏度上卻是有很大的提高。由圖5可見，由光電檢測器件出來的電信號被處理的流程，一路信號進入到差分電路的正輸入，一路被移相延時后進入到差分電路的負輸入，然后進行差分，移相電路為RC濾波電路，差分放大器用的是AD620，移相差分可以將大量噪聲濾除而保留信號，從AD620出來的信號再經過濾波放大電路處理，濾波放大電路為二階巴特沃斯低通濾波器，根據信號的頻率lhz，設定截止頻率為5hz，放大2500倍。移相差分再經過后面的濾波放大后，能把噪聲極大抑制，信號放大，大幅提高信噪比，而且使電路的抗干擾能力增強。
[0029]采用本發明對大小為2.06 μ m曝光時間為13.23s的標準熒光顆粒進行檢測，取樣品加入到微流控芯片3中，熒光顆粒在微通道31中流動，當流經檢測狹縫41時，熒光顆粒被光源聚光組件I發射的光束激發，產生熒光，通過熒光收集組件4將熒光收集到光檢測器件5的檢測區域上，光檢測器件5將對應的光信號轉化為電信號，再經過信號處理組件6的濾波放大處理，輸入到顯示組件7，最終將高信噪比的信號顯示出來。對應的信號的幅值就是顆粒熒光的強弱。圖6為大小為2.06 μ m熒光顆粒的檢測結果，從圖中可以看出能夠檢測到大小為2.06 μ m的熒光顆粒，說明了本發明有很高的檢測靈敏度。
【權利要求】
1.一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置，其特征在于:包括光源聚光組件(I)、微流控芯片承載平臺(2)、微流控芯片(3)、熒光收集組件(4)、光檢測器件(5)、信號處理組件(6)和顯示組件(7);所述微流控芯片(3)固定在微流控芯片承載平臺(2)中，所述光源聚光組件(I)位于微流控芯片承載平臺(2 )之上，所述熒光收集組件(4 )固定在微流控芯片承載平臺(2)的下面，所述的光檢測器件(5)固定在熒光收集組件(4)的底部，所述的光檢測器件(5)、信號處理組件(6)和顯示組件(7)通過信號電纜順序串聯連接； 所述光源聚光組件(I)包括LED光源(II)、聚光透鏡A (12)、濾光片A (13)和聚光透鏡B (14)，所述的LED光源(11)下方依次為聚光透鏡A (12)、濾光片A (13)和聚光透鏡B(14)，所述的LED光源(11)帶準直器，所述的聚光透鏡A (12)的直徑略大于LED光源(11)的直徑； 所述微流控芯片(3)由基片和蓋片組成，二者封接到一起形成微通道(31)，所述的基片是聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯，所述的蓋片是玻璃片； 所述熒光收集組件(4)包括在微流控承載平臺上的檢測狹縫(41)、濾光片B (42)、聚光透鏡C (43)，所述的檢測狹縫(41)下方依次安裝有濾光片B (42)和聚光透鏡C (43)，所述的檢測狹縫(41)為熒光透過的區域，所述聚光透鏡C (43)的直徑比光檢測器件(5)的直徑大； 所述的信號處理組件(6)采用移相差分電路，包括移相電路、差分電路和濾波放大電路；輸入信號分為兩路，一路直接進入到差分電路的正輸入端，另一路經過移相電路延時很短的時間后進入差分電路的負輸入端，然后經過濾波放大電路后得到輸出信號。
2.一種基于微流控芯片的便攜式熒光檢測裝置的檢測方法，其特征在于:包括以下步驟: A、聚光透鏡A(12)收集從LED光源(11)準直器射出來的平行光，然后匯聚到聚光透鏡B (14)上，通過調節聚光透鏡A (12)聚光透鏡B (14)之間的距離，得到合適的焦距，濾光片A (13)放在激發光發射之前，提供單色性更好的激發光； B、光源聚光組件(I)發射的激發光束照射在檢測狹縫(41)上，當微流控芯片(3)的微通道(31)中的樣品流經檢測狹縫(41)時，被激發出熒光，檢測狹縫(41)使全部熒光通過，而擋住大量的激發光，起到空間濾波的作用；濾光片B (42)將透過檢測狹縫(41)的光進一步濾除，最后照射到聚光透鏡C (43)上； C、光檢測器件(5)將聚光透鏡C(43)匯聚的突光轉化為對應的電信號； D、信號處理組件(6)對電信號進行濾波放大處理，抑制噪聲放大信號，提高信噪比； E、顯示組件(7)將經過信號處理組件(6)處理后的信號顯示出來。
【文檔編號】G01N21/64GK103529006SQ201310491678
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優先權日:2013年10月18日
【發明者】王俊生, 宋文東, 潘新祥, 孫野青, 李冬青 申請人:大連海事大學