一種生物芯片熒光微光譜檢測裝置及制作方法，(1)為上部的蓋芯片，(2)為下部的載芯片；(11)為充有待檢測的生物微流體的微通道；在微通道(11)的上下側(cè)設(shè)有有光激發(fā)單元(12)(13)，在微通道(11)的左右對稱分布有光檢測單元(14)(15)；從激發(fā)光源(3)發(fā)出的光在濾光片(4)處被濾光，選出的激發(fā)光通過激發(fā)單元頂部的光學(xué)微透鏡(5)聚焦，傳播到微通道(11)里，照射待檢測對象生物微流體；待檢測物質(zhì)由激發(fā)光激發(fā)出熒光，被檢測單元頂部的光學(xué)微透鏡(7)采集，通過濾光片濾出的熒光被半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件(9)所接收，變成電信號輸出。本發(fā)明專利技術(shù)集成了光譜檢測的全部非電要素，結(jié)構(gòu)微小，實(shí)現(xiàn)了芯片檢測裝置微型化。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種生物芯片熒光微光譜檢測裝置，主要用于生物芯片中的微流體熒光微光譜的檢測，屬于生物學(xué)、分析化學(xué)及醫(yī)學(xué)檢測領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
生物芯片是近年來在生命科學(xué)領(lǐng)域中迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高新技術(shù)，它在微型化基礎(chǔ)上可以實(shí)現(xiàn)全部生物工程分析過程和整個化驗(yàn)室功能，將采樣、稀釋、加試劑、反應(yīng)、分離和檢測等功能集成于一個芯片里，因而被通俗地稱為“芯片實(shí)驗(yàn)室”，其科學(xué)性和先進(jìn)性集中體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)縮微和功能集成這兩個方面。生物芯片技術(shù)有4個基本要點(diǎn)芯片制備、樣品制備、生化反應(yīng)和信號檢測。信號檢測是生物芯片技術(shù)的重要組成部分，主要包括信號產(chǎn)生、信號收集與傳輸、信號處理及識別三部分。在各種生物芯片信號檢測方法中，熒光微光譜檢測法具有重復(fù)性好、選擇性強(qiáng)、靈敏度高、非破壞性檢測等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的檢測技術(shù)之一。如各類熒光生物醫(yī)學(xué)微流控芯片微檢測、各類病原生物醫(yī)學(xué)微陣列微檢測、 各膠體金標(biāo)定性定量微檢測、各固相化學(xué)試紙定性定量微檢測等。目前微光譜檢測技術(shù)中所使用的激發(fā)光源是傳統(tǒng)的封裝半導(dǎo)體發(fā)光器件，如半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)或半導(dǎo)體激光二極管(LD)。而熒光微光譜檢測器都是直接使用傳統(tǒng)的封裝光電管，如光電倍增管(PMT)或電荷耦合元件(CCD)。例如2008年上海光譜儀器有限公司與浙江大學(xué)化學(xué)系微分析裝置研究所聯(lián)合研制的《激光誘導(dǎo)熒光檢測微流控芯片生化分析儀》(分析化學(xué)儀器裝置與實(shí)驗(yàn)技術(shù)，36(1) :127 131,2008. 1)、陳興等人的“Portable Fluorescence Detection System Integrated with Disposable Microfluidic Chip，，(納米技術(shù)與精密工程，7 ) :127 131，2009.3)、林炳承等人的“微流控芯片分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室”(高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，30 (3) 433 445,2009. 3)、楊彬等人的“線掃描準(zhǔn)共焦熒光成像”(光學(xué)精密工程，18 (5) :10 10；34，2010.5)等。顯然目前通用的生物芯片熒光微光譜檢測裝置存在如下缺點(diǎn)1、由于光電倍增管或電荷耦合元件自身的體積就很大，而且又是分體使用，需要有配套的光路裝置，致使整個熒光微光譜檢測裝置的體積龐大，根本不可能嵌入到生物芯片中。2、由于光激發(fā)單元和光接收單元都沒有透鏡進(jìn)行聚焦，同時又使用許多光纖作為光傳輸裝置，不可避免在光纖耦合過程中存在光能量損耗，使得整個檢測裝置靈敏度的提高受到嚴(yán)重限制。3、由于在激發(fā)光傳導(dǎo)和反射光采集時需要各類光學(xué)器件和光纖組成的光路進(jìn)行光傳輸，這影響了光譜檢測裝置在實(shí)際使用中的穩(wěn)定性。4、由于檢測并未達(dá)到零距離接觸的測量方式，使得微光譜檢測受到非檢測對象物質(zhì)，如組成微通道壁物質(zhì)的干擾，造成測量誤差。目前的生物芯片熒光微光譜檢測現(xiàn)狀，是在PC機(jī)主機(jī)大小的外圍設(shè)備中，去檢測指甲大小的芯片，其儀器制造的科學(xué)意義與生物芯片理念的科學(xué)先進(jìn)性是背道而馳的，這種狀況大大地阻礙了生物芯片集成化的提高，成為生物芯片發(fā)展的瓶頸。2007年Bambang Kuswandi 等人在“Optical sensing systems for micro-fluidic devices :A review，，中綜述概括了從上世紀(jì)九十年代到2007年期間各國在生物芯片微流體光學(xué)檢測裝置研究領(lǐng)域中的106篇文獻(xiàn)，指出基于MEMS (Micro Electro Mechanical System)微細(xì)加工技術(shù)的光譜學(xué)檢測裝置微型化集成回路的研究，是生物芯片微流體光學(xué)檢測裝置的發(fā)展方向，研制體積小到可嵌入芯片和靈敏度高到能達(dá)到生物技術(shù)要求的微光譜檢測裝置已成為當(dāng)前各國研究的熱點(diǎn)之一。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于通過提供一種，將信號檢測中的信號產(chǎn)生、信號收集與傳輸、信號處理及識別這三個部分集成，實(shí)現(xiàn)芯片集成化。本專利技術(shù)是采用以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的一種生物芯片熒光微光譜檢測裝置，1為上部的蓋芯片，2為下部的載芯片；11為充有待檢測的生物微流體的微通道；在微通道11的上下側(cè)設(shè)有有光激發(fā)單元12、13，在微通道11的左右對稱分布有光檢測單元14、15 ；光激發(fā)單元為管狀，由激發(fā)光源3、激發(fā)光濾光片4、激發(fā)單元的光學(xué)微透鏡5和將整個激發(fā)單元的四周包圍起來的多層薄膜6組成；光檢測單元為管狀，由檢測單元的光學(xué)微透鏡7、檢測光濾光片8、光電轉(zhuǎn)換器件9和將整個檢測單元的四周包圍起來的多層薄膜10組成；從激發(fā)光源3發(fā)出的光在濾光片4處被濾光， 選出的激發(fā)光通過激發(fā)單元頂部的光學(xué)微透鏡5聚焦，傳播到微通道11里，照射待檢測對象生物微流體；待檢測物質(zhì)由激發(fā)光激發(fā)出熒光，被檢測單元頂部的光學(xué)微透鏡7采集，通過濾光片8后，濾出的熒光被半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件9所接收，變成電信號輸出。前述的半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件9為光電二極管或硅蘭光電池。前述的激發(fā)光的透射峰值波長為525nm。一種生物芯片熒光微光譜檢測裝置的制作方法，包括以下步驟制作光激發(fā)單元， 將激發(fā)光源3與激發(fā)光濾光片4用多層薄膜6包圍成管狀，然后在濾光片上用原位成型法制作微光學(xué)透鏡5，即將紫外光學(xué)固化膠液滴從一定高度垂直釋放，滴落到濾光片4上， 并自上而下向四周擴(kuò)散流淌，適時地用紫外激光對液滴進(jìn)行照射，使其固化，形成微光學(xué)透鏡；制作光檢測單元，首先將光電轉(zhuǎn)換器件9與檢測光濾光片8用多層薄膜10包圍成管狀，然后在濾光片上用原位成型法制作微光學(xué)透鏡；在上部蓋芯片1上打一個孔，將光激發(fā)單元置于其中，微透鏡7朝下；在下部載芯片2上用激光刻蝕出作為待檢測生物微流體的微通道11，然后在微通道的底部及兩側(cè)打孔，將光激發(fā)單元13置于底部孔內(nèi)，微透鏡朝上；將光檢測單元14和15 分別置于兩側(cè)的孔內(nèi)，光檢測單元14的微透鏡朝右、光檢測單元15的微透鏡朝左，將上部蓋芯片與下部載芯片粘合在一起，四個微透鏡均朝向流有待測物的微通道。前述的微通道11為方形溝槽。本專利技術(shù)的熒光微光譜檢測裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果本專利技術(shù)集成了光譜檢測的全部非電要素，如激發(fā)光源、分光裝置、光的聚集、傳輸、 光勻束、光采集、光檢測等。由于取代了無法嵌入芯片的光電倍增管PMT或電荷耦合元件 CCD，使得整個裝置的特征尺寸縮小到只有毫米數(shù)量級，甚至還可以再進(jìn)一步微縮至微米量級。附圖說明圖1為熒光微光譜檢測裝置沿前后方向的徑向截面圖；圖2為熒光微光譜檢測裝置沿左右方向的徑向截面圖；圖3為熒光微光譜檢測裝置的工藝流程；圖4為整體芯片結(jié)構(gòu)。圖中1為蓋芯片，2為載芯片，3為激發(fā)光源，4為激發(fā)光濾光片，5為激發(fā)單元的光學(xué)微透鏡，6為激發(fā)單元的多層薄膜，7為檢測單元的光學(xué)微透鏡，8為檢測光濾光片，9為光電轉(zhuǎn)換器件，10為檢測單元的多層薄膜，11為微通道，12、13為光激發(fā)單元，14、15為光檢測單元。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖1 4詳細(xì)說明本實(shí)施例。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和2。圖1為其沿前后方向的徑向截面圖，由上下兩個光激發(fā)單元、左右兩個光檢測單元和中央的微道組成。圖中1、2分別為上部的蓋芯片1 和下部的載芯片2，使用有機(jī)玻璃(PMMA)制作，上部蓋芯片大約厚2mm，下部載芯片大約厚 3. 5mm。3、4、5、6組成光激發(fā)單元，其中3為激發(fā)光源，可以使用半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)或半導(dǎo)體激本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
１．一種生物芯片熒光微光譜檢測裝置，其特征在于：（１）為上部的蓋芯片，（２）為下部的載芯片；（１１）為充有待檢測的生物微流體的微通道；在微通道的上下側(cè)設(shè)有光激發(fā)單元（１２）（１３），在微通道（１１）的左右對稱分布有光檢測單元（１４）（１５）；所述的光激發(fā)單元為管狀，由激發(fā)光源（３）、激發(fā)光濾光片（４）、激發(fā)單元的光學(xué)微透鏡（５）和將整個激發(fā)單元的四周包圍起來的多層薄膜（６）組成；所述的光檢測單元為管狀，由檢測單元的光學(xué)微透鏡（７）、檢測光濾光片（８）、光電轉(zhuǎn)換器件（９）和將整個檢測單元的四周包圍起來的多層薄膜（１０）組成；從激發(fā)光源（３）發(fā)出的光在濾光片（４）處被濾光，選出的激發(fā)光通過激發(fā)單元頂部的光學(xué)微透鏡（５）聚焦，傳播到微通道（１１）里，照射待檢測對象生物微流體；待檢測物質(zhì)由激發(fā)光激發(fā)出熒光，被檢測單元頂部的光學(xué)微透鏡（７）采集，通過濾光片（８）后，濾出的熒光被半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換器件（９）所接收，變成電信號輸出。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：吳堅，宣勝藍(lán)，陳濤，劉世炳，
申請(專利權(quán))人：北京工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：11
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