CN108489608B - 一种光检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光检测技术领域，公开了一种光检测装置，包括微流控芯片主体和光致形变片，微流控芯片主体上设置有第一试剂槽和第二试剂槽，第一试剂槽的槽底不低于第二试剂槽的槽底，第一试剂槽的槽深大于第二试剂槽的槽深，第一试剂槽中的试剂能与第二试剂槽中的试剂发生化学反应，其产物能推动第二试剂槽中的染料运动；光致形变片密封设置在第一试剂槽与第二试剂槽之间，在光的照射下发生变形使第一试剂槽与第二试剂槽连通。利用光致形变材料的变形原理，将光致形变片作为第一试剂槽与第二试剂槽之间的密封件，通过观察是否发生化学反应检测某特定波长的光是否存在，通过观察染料的位置判断光的强度；且该装置操作简易，便于携带，成本低廉。

Description

一种光检测装置

技术领域

本发明涉及光检测技术领域，尤其涉及一种光检测装置。

背景技术

光污染已经成为日常生活中的重要问题，尤其是特定波长的光对人体或者环境存在极大的影响，例如紫外光可导致皮肤癌，某些光会加速材料老化，因此，检测特定波长以及光强的设备需求日益增长。

目前市场上特定波长光的检测仍然依赖于大中型设备，结构复杂，操作相对繁琐，成本较高。

因此，亟需一种光检测装置，以解决现有技术中的光检测装置结构复杂，操作繁琐及成本较高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光检测装置，该装置操作简单、结构小巧、便于携带，能够满足对特定波长的光以及其强度的检测需求。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种光检测装置，包括：

微流控芯片主体，其上沿其长度方向设置有第一试剂槽和第二试剂槽，所述第一试剂槽的槽底不低于所述第二试剂槽的槽底，且所述第一试剂槽的槽深大于所述第二试剂槽的槽深；所述第一试剂槽中的试剂能与所述第二试剂槽中的试剂发生化学反应，所述化学反应的产物能够推动所述第二试剂槽中的染料向远离所述第一试剂槽的一端运动；

光致形变片，其设置在所述第一试剂槽与所述第二试剂槽之间，所述光致形变片在未受光照时能够将所述第一试剂槽与所述第二试剂槽隔断，所述光致形变片在光的照射下发生变形后能使所述第一试剂槽与所述第二试剂槽连通。

作为光检测装置的优选技术方案，所述微流控芯片主体上还设置有连接部，所述连接部设置在所述第一试剂槽与所述第二试剂槽之间，所述光致形变片设置在所述连接部中，所述连接部的外形与未受光照时的所述光致形变片的外形一致。

作为光检测装置的优选技术方案，所述微流控芯片主体包括正对设置的上板和下板，所述第一试剂槽设置在所述上板上，所述第二试剂槽设置在所述上板或所述下板上，所述连接部设置在所述上板和/或所述下板上，所述上板与所述下板封合。

作为光检测装置的优选技术方案，所述光致形变片由光致形变聚合物或光致伸缩铁电陶瓷制成。

作为光检测装置的优选技术方案，所述第一试剂槽中盛放有液体试剂，所述第二试剂槽中盛放有固体试剂和固体染料，所述液体试剂与所述固体试剂发生化学反应的产物包括液体和气体，所述液体能够将所述固体染料溶解为染料溶液，所述气体能够推动所述染料溶液向远离所述第一试剂槽的一端运动。

作为光检测装置的优选技术方案，所述第一试剂槽中的液体试剂为双氧水，所述第二试剂槽中的固体试剂为过氧化氢酶。

作为光检测装置的优选技术方案，还包括刻度标尺，所述刻度标尺设置在所述微流控芯片主体的一侧边缘，所述刻度标尺能够指示所述染料的坐标。

作为光检测装置的优选技术方案，所述第二试剂槽的长度大于所述第一试剂槽的长度，所述刻度标尺间隔设置在所述第二试剂槽外侧。

作为光检测装置的优选技术方案，所述微流控芯片主体由透光材质制成。

作为光检测装置的优选技术方案，所述微流控芯片主体不与所述试剂发生化学反应。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：

本发明提供的光检测装置，利用光致形变材料的变形原理，在微流控芯片上设置光致形变片作为第一试剂槽与第二试剂槽之间的密封件，通过观察是否发生化学反应能够检测出待测光中是否存在某特定波长的光，通过观察化学反应后染料的位置能够判断第一试剂槽中的试剂进入第二试剂槽中的量，从而判断出某特定波长的光的强度。该装置操作简易，无需特殊检测装置，通过肉眼便可直接判读检测结果，且结构简单小巧，便于携带，成本低廉。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种结构的光检测装置的侧视图；

图2是本发明具体实施方式提供的另一种结构的光检测装置的侧视图；

图3是本发明具体实施方式提供的光检测装置的尺寸关系示意图；

图4是本发明具体实施方式提供的光检测装置的俯视图；

图5是本发明具体实施方式提供的流控芯片主体的上板和下板未扣合时的侧视图；

图6是本发明具体实施方式提供的流控芯片主体的上板和下板扣合后的侧视图；

图7是本发明具体实施方式提供的流控芯片主体的俯视图；

图8是本发明具体实施方式中另一实施例提供的光检测装置的结构示意图。

图中：

1-上板；2-下板；3-连接部；4-刻度标尺；

11-第一试剂槽；21-第二试剂槽；31-光致形变片。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

微流控芯片技术(Microfluidics)是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上，自动完成分析全过程。微流控芯片技术作为一种新型的分析平台具有低消耗、易集成、高通量、分析效率高、易于微型化和便携化等特点，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域。

光致形变材料即在光的照射下，材料本身形状发生变化(弯曲、延展等)，并且多数光致形变材料具有记忆特性，即经光照射发生形变之后，关闭光源或者使用其它波长的光源照射之后，材料恢复初始状态。光致形变材料包括了光致形变聚合物(光致形变液晶弹性体，例如含偶氮苯的高分子晶体)和光致伸缩铁电陶瓷(双晶片式PLZT陶瓷)等所有在光的照射下能够发生形变的材料。

本实施方式提供一种光检测装置，该装置将微流控芯片技术与光致形变材料相结合，其结构如图1-图4所示，包括微流控芯片主体和光致形变片31，其中，微流控芯片主体上沿其长度方向设置有第一试剂槽11、第二试剂槽21及刻度标尺4，第一试剂槽11与第二试剂槽21均设置在微流控芯片主体的内部，第一试剂槽11的槽底不低于第二试剂槽21的槽底，且第一试剂槽11的槽深H1大于第二试剂槽21的槽深H2；第一试剂槽11中的试剂能与第二试剂槽21中的试剂发生化学反应，化学反应的产物能够推动第二试剂槽21中的染料向远离第一试剂槽11的一端运动，刻度标尺4设置在微流控芯片主体的一侧边缘，刻度标尺4能够指示染料的坐标；光致形变片31设置在第一试剂槽11与第二试剂槽21之间，当光致形变片31未受光照时，能够将第一试剂槽11与第二试剂槽21隔断，当光致形变片31在光的照射下发生变形后，能使第一试剂槽11与第二试剂槽21连通，使得第一试剂槽11中的试剂与第二试剂槽21中的试剂发生化学反应。

光致形变片31为光致形变材料通过裁切、注塑等方式加工而成的薄片，本实施例中的光致形变片31选用在波长为470nm光照射下会发生弯曲变形的光致形变聚合物，其主要成分是含偶氮苯的高分子晶体，具有弹性好，变形容易等优点。另外，可以根据需求开发在不同波长光照射下发生弯曲变形的材料，从而实现不同波长光的检测。

本实施方式结合微流控芯片和光致形变材料的特性，利用光致形变片31的变形原理，在微流控芯片上设置光致形变片31作为第一试剂槽11与第二试剂槽21之间的密封件，通过观察是否发生化学反应能够检测出待测光中是否存在某特定波长的光，通过观察化学反应后染料的位置坐标能够判断第一试剂槽11中的试剂进入第二试剂槽21中的量，从而计算出某特定波长的光的强度。该装置操作简易，无需特殊检测装置，通过肉眼便可直接判断读取检测结果，且结构简单小巧，便于携带，成本低廉。

本实施例中，第二试剂槽21可以设置在上板1上，也可以设置在下板2上。当第二试剂槽21设置在上板1上时，如图1所示，第一试剂槽11的槽底与第二试剂槽21的槽底位于同一水平面，且第一试剂槽11的槽深H1大于第二试剂槽21的槽深H2；当第二试剂槽21设置在下板2上时，如图2所示，第一试剂槽11的槽底高于第二试剂槽21的槽底，且第一试剂槽11的槽深H1大于第二试剂槽21的槽深H2。

参见图3，第一试剂槽11的槽深H1的取值范围为2-5mm，在整个芯片主体的体积较小的前提下，该尺寸能够保证第一试剂槽11中的试剂量足够多，且试剂主要受重力作用，而非毛细力作用；第二试剂槽21为典型的微通道结构，其槽深H2的取值范围为0.1-0.5mm，在该尺寸下试剂在该流道中主要受界面张力作用，而不受重力作用。因此，在实际设计时，只要保证H1-H2≥2mm，便能保证在光致形变片31受光照射发生变形而将第一试剂槽11与第二试剂槽21连通之后，第一试剂槽11中的试剂能在重力作用下进入第二试剂槽21。

但由于第二试剂槽21的尺寸较小，且不与大气流通，因此，第一试剂槽11中的试剂只有少量能在重力作用下进入第二试剂槽21，与其中的试剂发生化学反应。

更进一步地，如图5-图7所示，微流控芯片主体包括正对设置的上板1和下板2，第一试剂槽11设置在上板1上，第二试剂槽21设置在上板1或下板2上，第二试剂槽21的长度L2大于第一试剂槽11的长度L1，刻度标尺4间隔设置在第二试剂槽21外侧。微流控芯片主体上还设置有连接部3，连接部3设置在第一试剂槽11与第二试剂槽21之间，连接部3与第一试剂槽11及第二试剂槽21均连通，连接部3用于容纳光致形变片31，连接部3的外形与未受光照时的光致形变片31的外形一致，连接部3的大小等于或稍小于未受光照时的光致形变片31的大小，由于光致形变片31为聚合物材质，具有可压缩性，因此连接部3可比光致形变片31小50-300μm，以使光致形变片31能在初始状态时完全填塞在连接部3中起到密封作用。

连接部3可以完全设置在上板1或下板2上，也可以分别部分设置在上板1和下板2上，然后当上板1与下板2扣合后共同围合而成连接部3。本实施例优选为连接部3设置在上板1上。

微流控芯片主体的上板1和下板2均由透光材质制成，且均不与第一试剂槽11及第二试剂槽21中的试剂发生化学反应。透光材质可以为微流控领域常见的玻璃、PDMS、PMMA、PS、PC、COC或COP等材质，本实施例不做具体限制。由于微流控芯片主体透光，因此无论刻度标尺4加工在上板1还是下板2，在使用该光检测装置时，均可从微流控芯片主体的顶层观察到该刻度标尺4进行判断和读数。

微流控芯片主体可以通过光刻、湿法刻蚀、软刻蚀、数控加工、激光加工或者注塑而成，具体加工工艺可以根据材质特性进行选择。上板1和下板2通过胶粘、热压、超声波键合或激光键合等方式封合，可根据材质进行选择，本实施例不做具体限制。

第一试剂槽11中盛放有液体试剂，第二试剂槽21中盛放有固体试剂和固体染料，当光致形变片31在某特定波长的光的照射下发生变形后，光致形变片31的密封作用失效，使得第一试剂槽11与第二试剂槽21连通，第一试剂槽11中的液体试剂在重力作用下通过连接部3流入第二试剂槽21中，与第二试剂槽21中的固体试剂发生化学反应，其产物包括液体和气体，生成的液体能够将固体染料溶解为染料溶液，生成的气体能够克服第二试剂槽21中预存气体的压力而推动染料溶液向远离第一试剂槽11的一端运动，运动距离与气体生成量相关，即与进入第二试剂槽21的试剂量相关，进而与光致形变片31的形变量相关，最终与光强相关，因此，通过检测染料溶液在第二试剂槽21中的运动距离，便能检测出待检测光的光强。需要说明的是，本实施方式提供的光检测装置用到的液体试剂、固体试剂及固体染料均为常规试剂，成本低廉，无毒无风险，且试剂间的反应快速，基本1min内即可判读结果，提高了检测效率。

具体而言，在本实施例中，第一试剂槽11中的液体试剂为双氧水，第二试剂槽21中的固体试剂为过氧化氢酶，固体染料为红色固体染料。光致形变片31在波长为470nm光的照射下发生弯曲变形。

在使用本实施例提供的光检测装置时，将该装置平放于待检测环境中，如果环境中存在上述波长的光，光致形变片31会发生变形，其对第一试剂槽11和第二试剂槽21的密封作用失效，第一试剂槽11中的双氧水流入到第二试剂槽21中，与第二试剂槽21中的过氧化氢酶发生发应生成氧气和水，水将固体染料复溶成红色的染料溶液，红色的染料溶液在生成的氧气推动作用下，向远离光致形变片31的一端运动，其最终位置的坐标可通过刻度标尺4读取。

因此，如果第二试剂槽21中显现红色，则表明待检测环境中存在令光致形变片31发生变形的特定波长的光。另外，由于光致形变片31的变形程度与光的强度有关，而光致形变片31的变形程度可以决定第一试剂槽11中的液体试剂流入第二试剂槽21中的量，试剂量多，则化学反应剧烈，生成的水和氧气的量大，充足的氧气会将染料溶液推动的更远，因此，通过刻度标尺4读取红色的染料溶液到达的位置坐标，可判断出流入第二试剂槽21中的双氧水的量，最终计算出待测波长光的强度。

考虑到微流控芯片为一次性产品，而光强检测需求较多，尤其是光污染检测，例如日常生活的紫外线强度检测，如果可以随时检测紫外线强度，则可以根据检测结果决定何种等级的防晒保护。因此在本实施方式的另一实施例中，为了在生产过程中降低成本以及提高使用的便捷性，可以将若干个本实施方式提供的光检测装置集成加工在一起，如图8所示，每次使用时，取出其中一个独立的光检测装置即可，使用后可抛弃。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光检测装置，其特征在于，包括：

微流控芯片主体，其上沿其长度方向设置有第一试剂槽(11)和第二试剂槽(21)，所述第一试剂槽(11)的槽底不低于所述第二试剂槽(21)的槽底，且所述第一试剂槽(11)的槽深大于所述第二试剂槽(21)的槽深；所述第一试剂槽(11)槽深的取值范围为2-5mm，所述第二试剂槽(21)槽深的取值范围为0.1-0.5mm；所述第一试剂槽(11)中的试剂能与所述第二试剂槽(21)中的试剂发生化学反应，所述化学反应的产物能够推动所述第二试剂槽(21)中的染料向远离所述第一试剂槽(11)的一端运动；

光致形变片(31)，其设置在所述第一试剂槽(11)与所述第二试剂槽(21)之间，所述光致形变片(31)在未受光照时能够将所述第一试剂槽(11)与所述第二试剂槽(21)隔断，所述光致形变片(31)在光的照射下发生变形后能使所述第一试剂槽(11)与所述第二试剂槽(21)连通。

2.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述微流控芯片主体上还设置有连接部(3)，所述连接部(3)设置在所述第一试剂槽(11)与所述第二试剂槽(21)之间，所述光致形变片(31)设置在所述连接部(3)中，所述连接部(3)的外形与未受光照时的所述光致形变片(31)的外形一致。

3.根据权利要求2所述的光检测装置，其特征在于，所述微流控芯片主体包括正对设置的上板(1)和下板(2)，所述第一试剂槽(11)设置在所述上板(1)上，所述第二试剂槽(21)设置在所述上板(1)或所述下板(2)上，所述连接部(3)设置在所述上板(1)和/或所述下板(2)上，所述上板(1)与所述下板(2)封合。

4.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述光致形变片(31)由光致形变聚合物或光致伸缩铁电陶瓷制成。

5.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述第一试剂槽(11)中盛放有液体试剂，所述第二试剂槽(21)中盛放有固体试剂和固体染料，所述液体试剂与所述固体试剂发生化学反应的产物包括液体和气体，所述液体能够将所述固体染料溶解为染料溶液，所述气体能够推动所述染料溶液向远离所述第一试剂槽(11)的一端运动。

6.根据权利要求5所述的光检测装置，其特征在于，所述第一试剂槽(11)中的液体试剂为双氧水，所述第二试剂槽(21)中的固体试剂为过氧化氢酶。

7.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，还包括刻度标尺(4)，所述刻度标尺(4)设置在所述微流控芯片主体的一侧边缘，所述刻度标尺(4)能够指示所述染料的位置坐标。

8.根据权利要求7所述的光检测装置，其特征在于，所述第二试剂槽(21)的长度大于所述第一试剂槽(11)的长度，所述刻度标尺(4)间隔设置在所述第二试剂槽(21)外侧。

9.根据权利要求1所述的光检测装置，其特征在于，所述微流控芯片主体由透光材质制成。

10.根据权利要求3所述的光检测装置，其特征在于，所述微流控芯片主体不与所述试剂发生化学反应。