[發明專利]基于光子晶體濾波片的微流控芯片熒光檢測系統

有效

• 申請號: 201210126065.1
• 申請日: 2012-04-26
• 公開（公告）號: CN102628805A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 曹暾
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;G01N21/01
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 梅洪玉

技術領域

本發明涉及一種基于光子晶體濾波片的微流控芯片熒光檢測裝置，可應用于疾病治療診斷和生物樣品(例如蛋白質、DNA以及抗體等)檢測領域，

背景技術

人類對基因組的破譯、解讀和開發，以及對流行性疾病、血液和藥物的篩查等，都需要進行大量的平行檢測和分析。這些迫切要求分析科學用更低的消耗、更簡便的方法和設備、更快的速度提供更準確的有關物質成分與結構的信息。20世紀90年代初由瑞士的Manz和Widmer提出的以微機電加工技術(micro?electromechanical?systems，M?EM?S)為基礎的“微型全分析系統”(miniaturized?total?analysis?system，或micro?total?analysis?system?s，μ-TAS)正是在上述的新挑戰的情況下發展起來的一項分析技術。“微型全分析系統”的目的是通過化學分析設備的微型化與集成化，最大限度地把分析實驗室的功能轉移到便攜的分析設備中，甚至集成到微型芯片上。

雖然近年來人們對微流控芯片的研究取得很大的進展，但是主要還是集中于對功能各異的微型化、集成化微流控芯片本身的研制。相比之下，與微流控芯片配套的微型集成化檢測系統的研制卻相對落后。這是由于芯片體積小，反應通道一般只有幾十微米寬，其分析試劑進樣量僅為皮納升級，而且分析檢測大多在秒級內完成，因此芯片對其檢測手段和裝置的要求有其特殊性。當前微流控分析中應用最廣泛、最有效的檢測是光譜檢測方法，而共聚焦式激光誘導熒光檢測是其中應用較為普遍的。然而，它雖然具有很高的靈敏度，但卻遠遠沒有達到微型化和集成化的要求。因為，由分離光、電器件構成的微流控芯片熒光檢測系統，存在體積大、成本高、布局復雜、性能的穩定和可靠性差、功耗大、速率受限等缺點。

近十多年來，國外一些著名的大學、研究院所和公司，投入巨大的人力、物力和財力對微流控芯片熒光檢測系統的微型化和集成化進行了廣泛深入的研究，取得了一系列重要的研究成果。Joo等將一個LED、一個固態光電倍增管(SSPM)、聚電解質凝膠電極(PEGs)與玻璃微流控芯片組裝在一個長、寬、高為15×10×10cm³的微系統中，這個便攜式的微流控細胞計數器可以簡單而快速地用電阻抗和熒光兩種檢測方式區分細胞和微粒子。Chabinyc等設計了一種使用微型雪崩光電二極管(μ-APD)和PDMS微流控芯片相集成的熒光探測系統，μ-APD陣列在微流通道下面，與光纖垂直。由于μ-APD探測陣列與微流通道之間距離很近，這樣就可以不使用光學傳輸系統，從而大大減少了整個檢測系統的尺寸。Kuhn等設計出小型化的完全芯片整合電光學陷阱，其激發能水平比常規光學陷阱低5個數量級，并運用熒光檢測完成大腸桿菌DNA的光漂白動力學研究。上述微流控芯片檢測系統雖然很大程度上降低了系統的體積，但是沒有對激發光進行濾光處理，光源發出的光譜較寬，覆蓋了有用的熒光信號，影響了檢測的靈敏度和準確度。

為了提高熒光檢測系統的靈敏度和準確度，Pais等在LED和PD兩者之間設置了相互正交的偏振片，有效率掉了激發光對檢測熒光的干擾，提高了檢測系統的信噪比。國內清華大學羅國安教授課題組以有機發光二級管(Organic?Light?Emitting?Diode，OLED)作為激發光源，組建了微流控芯片的微型化熒光檢測系統，并利用自制的濾光片來解決OLED發射光譜較寬的問題。然而上述方法采用分離的偏振片和濾光片，使檢測系統的體積較大、布局復雜、便攜性也較差，因此限制了整個系統的推廣和使用。

光子晶體具有濾光能力強、體積小和易集成等優點，在生物樣品檢測領域中有著重要的應用前景。因此，如何在微流控芯片熒光檢測系統的LED激發光源和PD探測器頂部集成光子晶體濾波片，取代分離的激發光濾波片和發射光濾波片，過濾掉激發光對有用熒光信號的干擾，實現檢測系統的集成濾波功能，進一步提高系統的集成化和微型化，是本發明的創研動機。

發明內容

本發明針對上述問題，提供了一種基于光子晶體濾波片的微流控芯片熒光檢測系統，該系統具有體積小、靈敏度高、便攜性強的特點。

本發明解決問題采用的技術方案如下：