CN105388131A - 基于微流控芯片的荧光检测仪器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于微流控芯片的荧光检测仪器及系统，仪器包括：仪器框架及安装于仪器框架上的光源、微流控芯片支持结构、荧光收集模块、光路固定模块和荧光检测模块，光源用于激发芯片上的荧光物质产生荧光；微流控芯片支持结构用于支持并移动芯片；荧光收集模块用于将微流控芯片上的荧光信号过滤、收集并聚焦到荧光检测模块；光路固定模块用于固定荧光收集模块的位置及光路的调整；荧光检测模块用于将接收的光学信号转变为模拟电信号，再将模拟电信号转变为数字电信号。所述仪器连接计算机构成系统。所述仪器能够满足在微流控芯片上进行荧光检测的需要，具有较高的分辨率和灵敏度，并且结构简单紧凑，体积小，便于携带和使用。

Description

基于微流控芯片的荧光检测仪器及系统

技术领域

本发明涉及微流控芯片分析技术领域，尤其涉及一种基于微流控芯片的荧光检测仪器及系统。

背景技术

微流控分析方法是近些年新发展起来的一项技术，该方法以分析化学为主，结合生物化学、分子生物学、物理化学、免疫学等相关学科的成果，在微米级结构中操控纳升至皮升体积流体，对待侧物质进行分析检测，具有体积小、比表面积大、反应时间短、分析速度快、试剂和样品用量少、多样品多指标同时检测等优点，对临床疾病研究中有关疾病标志物的发现及疾病早期诊断具有重要实用价值。

常规的诊断分析方法需要比较长的分析时间，液体处理过程也比较麻烦，通量比较小(每次只能检测一个或者几个样品)，而且需要比较多的抗体试剂，而微流控分析芯片则可以有效地克服这些缺点。例如，在分析样本量非常少的样品时，微流控技术表现出极强的优势，通常需要样品量为几毫升的实验在采用微流控技术后，仅需要几微升的样品量，大大节省了样本和试剂的消耗量。在临床免疫检测领域，微流控分析技术与免疫分析的结合，还可以在一定程度上克服传统免疫分析的其它缺点，因此，近几年来已引起临床检验医学的广泛关注。微流控技术应用于免疫检测会极大地促进免疫检测技术的提高，具有广泛的应用前景和重要的应用价值。

目前微流控免疫分析方法中，微流控芯片体积虽然很小，但与微流控芯片配套的检测仪器体积一般很大，不便于微流控检测方法的广泛应用和推广，而且不能完全体现微流控在简便快速检测这一方面的优势。因此，有必要开发一种小型的微流控芯片分析仪器，实现信号采集和分析处理的有机整合，使微流控技术微型化，简便化。如CN103674934A公开了一种用于化学发光检测的微流控芯片成像仪器和系统，该仪器可以对微流控芯片上的化学发光信号进行有效收集和分析，该仪器体积小，是一种新型的便携式微流控芯片分析仪。

荧光分析是一种常用的分析方法，荧光分析所用的设备较简单，具有特异性好、线性范围宽的优点，近年来己被广泛应用于生命科学、临床医学、环境检测等各个领域，在临床诊断工作中发挥着巨大的作用。将微流控芯片技术与荧光检测方法结合后能够有效地降低微流控芯片对检测装置的要求，减小检测装置的体积，便于微流控芯片技术的推广应用。例如CN100557419C公开了一种微流控芯片荧光检测光学装置，适用范围广，调整灵活，数据处理由计算机完成，速度快精度高；CN1865932A公开了一种用于微流控芯片系统的荧光检测装置，该装置能够将激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，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，降低了成本；CN103529006A公开了一种基于微流控芯片的便携式荧光检测装置及其检测方法，所发明的装置具有体积小、重量轻、便于携带和价格便宜的优点，可以手持，特别适用于现场检测，并且检测灵敏度高，在非常微弱的荧光信号检测方面具有独特的优势。

但是，目前免疫检测方面的微流控芯片荧光检测装置还不能兼顾体积、分辨率及灵敏度，因此不能满足现在微流控芯片技术的快速发展对其相应仪器的要求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于微流控芯片的荧光检测仪器及系统，能够满足在微流控芯片上进行荧光方法检测的需要，所述仪器具有较高的分辨率和灵敏度，并且仪器的结构简单紧凑。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种基于微流控芯片的荧光检测仪器，包括：仪器框架及安装于所述仪器框架上的光源、微流控芯片支持结构、荧光收集模块、光路固定模块和荧光检测模块。

所述光源位于荧光收集模块与微流控芯片支持结构之间，用于激发微流控芯片上的荧光物质产生荧光；所述微流控芯片支持结构用于移动微流控芯片，以及调整微流控芯片位置，使微流控芯片的荧光信号区域位于荧光收集模块收集区域的正下方；所述荧光收集模块由反光镜、光学透镜组和安装在光学透镜组上的滤光片组成，用于将微流控芯片上的荧光信号过滤、收集并聚焦到荧光检测模块；所述光路固定模块用于固定光学透镜组的位置及光路的调整和固定；所述荧光检测模块用于将接收的光学信号转变为模拟电信号，再将模拟电信号转变为数字电信号。

作为本发明优选的技术方案，本发明的仪器还包括电源开关。

本发明所述的微流控芯片，优选为自下而上依次包括基底层和功能层。基底层固定有捕获蛋白条带。功能层由两个基本部分构成，第一个基本部分为直线型微流控管道，免疫反应发生在管道内的基底上；第二个基本部分为直线型微流控管道两侧的进样口。

所述仪器框架为光密闭结构。

所述光源为LED灯、溴钨灯或激光器。LED灯具有高效节能、绿色环保、光效率高、安全系数大等优点，其发出光的波长为488nm；溴钨灯又称为卤素灯，溴钨灯采用溴化氢工艺，光效高、寿命长、光色好，是一种新型客观的，并且使用广泛的一种灯，其发出光的波长范围为320-2500nm，是可见-近红外波段的理想光源，可对物质进行吸收光谱和荧光光谱分析；激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件，其能够定向发光，且发出的激光亮度极高、颜色极纯且能量密度大，其发出光的波长范围比较宽。

所述光源的发射光波长小于或等于所述荧光物质的特征激发波长。

所述荧光收集模块的反光镜、光学透镜组和滤光片三者的中心处于同一水平线上。

所述滤光片能将激发光滤去，将荧光物质产生的发射光通过，所以微流控芯片上的荧光物质产生的荧光通过所述滤光片到达光学透镜组，最终被荧光检测模块检测到。

所述微流控芯片支持结构为芯片托盘，优选推拉式芯片托盘。

所述的荧光检测模块为CCD相机，所述的CCD相机水平放置。

所述荧光检测模块与计算机相连，所述计算机接收并处理来自所述检测模块的数字电信号。

所述仪器整体呈长方体形；优选地，所述长方体形三个相邻边的长度分别是40cm，15cm，15cm。

另一方面，本发明还提供了一种基于微流控芯片的荧光检测系统，包括所述的基于微流控芯片的荧光检测仪器及与其连接的计算机。

本发明所述的荧光检测仪器及系统采用面成像，是对于一个平面上的荧光信号进行读取和分析，光电转换装置为CCD(电感耦合器件)，可以实现多个通道的信号检测，检测结果是图片；采用LED光源、溴钨灯或激光器作为光源，效果好并降低了成本；芯片托盘采用推拉设计，避光性好，芯片放入和取出方便，同时能够精确确定芯片的空间位置，便于检测；使用反光镜，使光路发生直角转变，可以使CCD水平放置，最大程度上利用空间。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、仪器具有较高的分辨率和灵敏度，能够满足在微流控芯片上进行荧光方法检测的需要；

2、仪器的结构简单紧凑，体积小，便于携带和使用，实现了检测系统的集成化，便于进行现场检测；

3、系统设计简单，加工制造成本低廉。

附图说明

图1是本发明基于微流控芯片的荧光检测系统的结构示意图。

图2是本发明基于微流控芯片的荧光检测系统的光路示意图。

图3是本发明通过基于微流控芯片的荧光检测系统读取的微流控免疫检测结果照片。

其中：1，光源；2，反光镜；3，滤光片；4，光学透镜组；5，光路固定模块；6，荧光检测模块；7，微流控芯片支持结构；8，仪器框架；9，电源开关；10，计算机；11，微流控芯片。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示为基于微流控芯片的荧光检测系统的结构示意图。系统主要由仪器框架8、光源1、反光镜2及光学透镜组4、滤光片3、光路固定模块5、荧光检测模块6、微流控芯片支持结构7、电源开关9和计算机10组合而成。其中，仪器框架8用于仪器各个组件位置的固定；光源1用于激发微流控芯片11上的荧光物质；反光镜2及光学透镜组4用于将微流控芯片11上的荧光信号收集、聚焦到荧光检测模块6的表面；滤光片3用于过滤检测中产生荧光以外的杂光；光路固定模块5用于固定光学透镜组4的位置以及光路的调整和固定；荧光检测模块6将得到的光学信号转变为模拟电信号，再将模拟电信号转变为数字电信号传输给计算机10；微流控芯片支持结构7用于支持并移动微流控芯片11，以及调整微流控芯片11位置，使微流控芯片11的荧光信号区域处于检测系统的观测区域的正下方。

图2为基于微流控芯片的荧光检测系统的光路示意图。将微流控芯片支持结构7拉出，微流控芯片11置于微流控芯片支持结构芯片托盘7上，推入微流控芯片支持结构7，避免外界光线影响；微流控芯片11的荧光物质在光源1的激发下，产生荧光信号，信号由反光镜2反射后通过滤光片3和光学透镜组4进行收集；荧光检测模块6将照射到其表面的光学信号转变为电学信号，进而传输给计算机10进行数据处理和分析。

实施例1

本实施例选用的微流控芯片11其功能层主要由长方体通道和圆锥形进样口构成，通道宽度为500微米，高度为500微米。本实施例选用的滤光片3为大恒光学薄膜中心的FF-05滤光片；微流控芯片11上的荧光物质为FITC，其分子量为389.4，最大吸收光波长为490～495nm，最大发射光波长为525～530nm；选用的光源1为LED光源；选用的荧光检测模块6为CCD相机；选用的微流控芯片支持结构7为芯片托盘。在微流控芯片11基底上覆盖纵向微流控管道，A/B/C/D/E管道内通入AFP(甲胎抗原)捕获抗体，30分钟后吸出，揭去纵向微流控管道；覆盖横向微流控管道，管道内经过牛血清白蛋白溶液封闭后，1/2/3/4/5管道内依次加入AFP抗原0ng/mL，20ng/mL，40ng/mL，80ng/mL，160ng/mL，孵育30分钟后，依次通入清洗液、FITC标记AFP检测抗体、清洗液；将微流控芯片11放置在该仪器的芯片托盘上，推入托盘到指定位置，开启仪器检测分析功能软件，读取荧光信号，试验结果如图3所示。从图中可以看出，随着AFP抗原浓度的升高，荧光信号强度逐渐增强。

申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种基于微流控芯片的荧光检测仪器，包括：仪器框架及安装于所述仪器框架上的微流控芯片支持结构、荧光收集模块、光路固定模块和荧光检测模块，其特征在于，所述仪器框架上还安装有光源；

所述光源位于荧光收集模块与微流控芯片支持结构之间，用于激发芯片上的荧光物质产生荧光；

所述荧光收集模块由反光镜、光学透镜组和安装在光学透镜组上的滤光片组成，用于将微流控芯片上的荧光信号过滤、收集并聚焦到荧光检测模块；

所述微流控芯片支持结构用于支持芯片，以及调整芯片位置，使芯片的荧光信号区域位于荧光收集模块收集区域的正下方；

所述光路固定模块用于固定荧光收集模块的位置及光路的调整和固定；

所述荧光检测模块用于将接收的光学信号转变为模拟电信号，再将模拟电信号转变为数字电信号。

2.根据权利要求1所述的仪器，其特征在于，还包括电源开关。

3.根据权利要求1或2所述的仪器，其特征在于，所述仪器框架为光密闭结构。

4.根据权利要求1-3之一所述的仪器，其特征在于，所述光源为LED、溴钨灯或激光器。

优选地，所述光源的发射光波长小于或等于所述荧光物质的特征激发波长。

5.根据权利要求1-4之一所述的仪器，其特征在于，所述荧光收集模块的反光镜、光学透镜组和滤光片三者的中心处于同一水平线上。

6.根据权利要求1-5之一所述的仪器，其特征在于，所述滤光片能将激发光滤去，将荧光物质的发射光通过。

7.根据权利要求1-6之一所述的仪器，其特征在于，所述的荧光检测模块为CCD相机。

优选地，所述的CCD相机水平放置。

8.根据权利要求1-7所述的仪器，其特征在于，所述芯片支持结构为芯片托盘，优选推拉式芯片托盘。

9.根据权利要求1-8之一所述的仪器，其特征在于，所述荧光检测模块与计算机相连，所述计算机接收并处理来自所述检测模块的数字电信号。

10.一种基于微流控芯片的荧光检测系统，包括如权利要求1-9任一项所述的基于微流控芯片的荧光检测仪器及与其连接的计算机。