專利名稱：一種基于光聲技術(shù)的微流控芯片檢測方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測方法及其檢測裝置，特別是一種基于光聲技術(shù)的微流控芯片 檢測方法及其裝置。
背景技術(shù)：
微全分析系統(tǒng)(Micro Total Analysis .System, ix -TAS)又稱為芯片實驗室 (Lab-on-a-chip)，該技術(shù)是將化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域所涉及的樣品制備、生物與化學(xué) 反應(yīng)、分離和檢測等過程縮微或基本縮微到一塊幾平方厘米的芯片上，用以完成不同 的生物或化學(xué)反應(yīng)過程，并對其產(chǎn)物進(jìn)行分析的技術(shù)，是一個微而全的系統(tǒng)。
目前，微全分析系統(tǒng)可分為芯片式與非芯片式兩大類，其中芯片式是該技術(shù)的發(fā) 展重點。根據(jù)芯片結(jié)構(gòu)和芯片的工作機(jī)理又可分為微陣列芯片(Microarray chip)和 微流控分析芯片(Microfluidic chip)。微陣列芯片也稱生物芯片，主要以生物技術(shù)為 基礎(chǔ)，采用光導(dǎo)原位合成或微量點樣等技術(shù)，將生物大分子如核酸片段、多肽分子等 生物樣品有序地固化于支持物(如玻片、硅片、高分子聚合物等)的表面，組成密集的 二維分子排列，然后與己標(biāo)記的待測生物樣品中的靶分子雜交，從而判斷樣品中靶分 子的數(shù)量。DNA微陣列芯片(DNA Microarray)是這類芯片中最重要的一種。另一類 芯片，即微流控分析芯片則主要以生物化學(xué)和分析化學(xué)為基礎(chǔ)，以微機(jī)電加工技術(shù) (MEMS)為依托，以微管道網(wǎng)絡(luò)為結(jié)構(gòu)特征，將整個分析實驗室的功能，包括采樣、樣 品的前處理、反應(yīng)、分離、檢測等集成在微芯片上。通過對樣品全分析過程的縮微 化和集成化，達(dá)到高靈敏快速檢測，樣品耗量低，高通量輸出以及可在線自動化操作 的目的?？v觀兩種芯片的性能，由于微陣列芯片是將樣品固定于支持物表面，所以目 前的生物芯片一般是一次性使用，并且有很強(qiáng)的生物專用性。而微流控分析芯片系統(tǒng) 則把整個分析過程，即樣品的采集、預(yù)處理、反應(yīng)、分離、分析的過程集成于微芯片 上，從而可多次重復(fù)使用，因此，較生物芯片具有更廣泛的實用性和應(yīng)用前景。
微芯片具有高效、快速、試劑用量少、節(jié)約樣品、易集成等優(yōu)點，微流控芯片的 優(yōu)勢還在于可批量制造、低成本、高可靠性、易操作性、重復(fù)性好等。微流控芯片 主要應(yīng)用在基因測序、蛋白組學(xué)、濃度監(jiān)測、新藥物合成與篩選、臨床診斷等領(lǐng)域。
本發(fā)明針對的微流控芯片為集成毛細(xì)管電泳芯片，該芯片是微流控技術(shù)中發(fā)展最 快的一項芯片技術(shù)。目前主要檢測方法有激光誘導(dǎo)熒光檢測、化學(xué)發(fā)光檢測、質(zhì)譜檢測、紫外吸收檢測、電化學(xué)檢測等。CN1410760A和CN2575662Y公開了基于熒光檢測 法的微流控芯片檢測系統(tǒng)及其裝置，熒光檢測法的缺點是所用的光學(xué)設(shè)備復(fù)雜、體積 龐大、價格昂貴、而且熒光劑實際價格高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用光聲光譜法進(jìn)行芯片檢測分析的基于光聲技術(shù)的 微流控芯片檢測方法及其裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種基于光聲技術(shù)的微流控芯 片檢測方法，包括采用激光束照射加入待測樣品的微流控芯片，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號， 光聲信號經(jīng)收集和轉(zhuǎn)換為電信號后傳入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元，檢測步驟如 下將預(yù)處理后的待測樣品加入微流控芯片中進(jìn)行電泳，在電場的作用下，各種 成分因電泳遷移率的不同而彼此分開；將微流控芯片放置在雙向平移的平臺上，該平臺可在X,Y方向移動，使安裝 芯片更方便，同時也有利于對準(zhǔn)調(diào)節(jié)電泳電極位置；位于雙向平移的平臺下方的所述激光器發(fā)出的激光束通過位于雙向平移的平 臺與激光器之間的聚焦透鏡，在微流控芯片分離通道上會聚成一個光斑，彼此分離的 待測樣品依次流經(jīng)這個光斑，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號；光聲信號傳至位于芯片上方的超聲傳感器，超聲傳感器采用前向模式接收光 聲信號，并把收集的光聲信號轉(zhuǎn)換為電信號；超聲傳感器的電信號經(jīng)過信號放大器處理后，通過單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信 號送入計算機(jī)處理單元D，處理、存儲或顯示；計算機(jī)處理單元根據(jù)指令發(fā)出信號， 通過單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換后控制電泳高壓，來調(diào)節(jié)電泳的進(jìn)行情況；經(jīng)過計算機(jī)處理后便 可獲得樣品所有光聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并確定待測樣品的種類和性質(zhì)。
一種用于微流控芯片檢測方法的基于光聲技術(shù)的微流控芯片檢測裝置，包括入 射光生成單元A、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C和計算機(jī)處理單元D,還包括光聲信號 探測單元B、和能在X，Y方向雙向平移的平臺；
所述入射光生成單元A包括位于雙向平移的平臺下方的激光器和位于雙向平移 的平臺與激光器之間的聚焦透鏡，所述聚焦透鏡的焦點位于微流控芯片分離通道上； 所述光聲信號探測單元B包括一個位于芯片上方的超聲傳感器； 所述信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C由包括電氣連接的前置放大器和主放大器的信 號放大器以及包括電氣連接的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)組成；
所述計算機(jī)處理單元D包括計算機(jī)，所述計算機(jī)內(nèi)裝有采集控制軟件和數(shù)據(jù)處理軟件的模塊；
所述超聲傳感器、信號放大器、單片機(jī)、計算機(jī)依次電氣連接。
本發(fā)明的工作原理為系統(tǒng)設(shè)計以微芯片毛細(xì)管電泳為基礎(chǔ)，將預(yù)處理后的待測 樣品加入微流控芯片中進(jìn)行電泳；計算機(jī)處理單元根據(jù)指令發(fā)出信號，通過單片機(jī) D/A轉(zhuǎn)換后控制電泳高壓，來調(diào)節(jié)電泳的進(jìn)行情況。在電場的作用下，不同淌度的樣 品將按不同的遷移率分開，經(jīng)過光斑檢測窗口，樣品吸收光能量產(chǎn)生光聲信號，再通 過超聲傳感器采集轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把傳感器接收到的光聲信號轉(zhuǎn)變成 數(shù)字信號，經(jīng)過計算機(jī)信號處理后便可以確定待測樣品的種類和性質(zhì)。
本發(fā)明的有益效果是與傳統(tǒng)的熒光檢測法相比本發(fā)明具有靈敏度高、成本低、 設(shè)備簡單、操作方便的優(yōu)點。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)方框示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
實施例1如圖1所示 一種采用微流控芯片檢測裝置的檢測方法，包括采用激光 束照射加入待測樣品的微流控芯片，激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，光聲信號經(jīng)收集和轉(zhuǎn)換為電 信號后傳入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元，檢測步驟如下將預(yù)處理后的待測樣品加入微流控芯片中進(jìn)行電泳，在電場的作用下，不同 淌度的樣品成分將按不同的遷移率分開 ，將微流控芯片6放置在雙向平移的平臺5上，該平臺可在X，Y方向移動，使
安裝芯片更方便，同時也有利于對準(zhǔn)調(diào)節(jié)電泳電極位置；光源采用波長為600-630或640nm—800nra的脈沖激光器，激光束垂直于芯片 平面，經(jīng)位于雙向平移的平臺5與激光器11之間的聚焦透鏡12，在微流控芯片5分 離通道上會聚成一個光斑，彼此分離的待測樣品依次流經(jīng)這個光斑，激發(fā)產(chǎn)生的光聲 信號；光聲信號傳至被放置在芯片6上方的超聲傳感器21，超聲傳感器21采用前 向模式探測光聲信號，超聲傳感器21把收集的光聲信號轉(zhuǎn)換為電信號；超聲傳感器21的電信號經(jīng)過信號放大器31處理后，通過單片機(jī)32 A/D轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號送入計算機(jī)處理單元D，處理、存儲或顯示；計算機(jī)41處理單元根據(jù) 指令發(fā)出信號，通過單片機(jī)32 D/A轉(zhuǎn)換后控制電泳高壓，來調(diào)節(jié)電泳的進(jìn)行情況。 計算機(jī)處理單元D —方面通過信號處理和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C與光聲信號探測單元B相 連，對其輸出的信號進(jìn)行最后處理，另一方面也通過信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C控制電泳電壓；經(jīng)過計算機(jī)41處理后便可獲得樣品所有光聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并確定待測樣品 的種類和性質(zhì)。
實施例2如圖1所示 一種基于光聲技術(shù)的微流控芯片檢測裝置包括入射光生 成單元A、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C和計算機(jī)處理單元D，還包括光聲信號探測單
元B、和能在X，Y方向雙向平移的平臺5;
所述入射光生成單元A包括一臺位于雙向平移的平臺(5)下方、波長為 600--630nm或640—800nm的激光器11和位于平臺5與激光器11之間的聚焦透鏡12， 所述聚焦透鏡12的焦點位于微流控芯片6分離通道上；
所述光聲信號探測單元B包括一個位于芯片上方的超聲傳感器21;
所述信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C由包括前置放大器和主放大器的信號放大器 (31)以及包括A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)(32)組成；
所述計算機(jī)處理單元D包括一臺計算機(jī)41，所述計算機(jī)41內(nèi)裝有采集控制軟件 和數(shù)據(jù)處理軟件的模塊；
所述超聲傳感器21、信號放大器31、單片機(jī)32、計算機(jī)41依次電氣連接。
權(quán)利要求
1.一種基于光聲技術(shù)的微流控芯片檢測方法，其特征在于包括采用激光束照射加入待測樣品的微流控芯片，待測樣品受激發(fā)產(chǎn)生光聲信號，光聲信號經(jīng)收集和轉(zhuǎn)換為電信號后傳入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元和計算機(jī)處理單元，檢測步驟如下[1]將預(yù)處理后的待測樣品加入微流控芯片(6)中進(jìn)行電泳，在電場的作用下，各種成分因電泳遷移率的不同而彼此分開；[2]將微流控芯片(6)放置在雙向平移的平臺(5)上，該平臺可在X，Y方向移動；[3]位于雙向平移的平臺(5)下方的所述激光器(11)發(fā)出的激光束通過位于雙向平移的平臺(5)與激光器(11)之間的聚焦透鏡(12)在微流控芯片(6)分離通道上會聚成一個光斑，彼此分離的待測樣品依次流經(jīng)這個光斑，所述樣品受激發(fā)產(chǎn)生光聲信號；[4]光聲信號傳至位于芯片上方的超聲傳感器(21)，超聲傳感器(21)采用前向模式接收光聲信號，并把收集的光聲信號轉(zhuǎn)換為電信號；[5]超聲傳感器(21)的電信號經(jīng)過信號放大器(31)處理后，通過單片機(jī)(32)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入計算機(jī)處理單元D，處理、存儲或顯示；計算機(jī)(41)處理單元根據(jù)指令發(fā)出信號，通過單片機(jī)(32)D/A轉(zhuǎn)換后控制電泳高壓，來調(diào)節(jié)電泳的進(jìn)行情況；經(jīng)過計算機(jī)(41)處理后便可獲得樣品所有光聲強(qiáng)度數(shù)據(jù)，并確定待測樣品的種類和性質(zhì)。
2. —種用于權(quán)利要求1所述微流控芯片檢測方法的基于光聲技術(shù)的微流控芯片檢測 裝置，包括入射光生成單元A、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C和計算機(jī)處理單元D，其特征 在于還包括光聲信號探測單元B、和能在X,Y方向雙向平移的平臺(5);所述入射光生成單元A包括位于雙向平移的平臺(5)下方的激光器(11)和位于雙 向平移的平臺(5)與激光器(11)之間的聚焦透鏡(12)，所述聚焦透鏡(12)的焦點位 于微流控芯片(6)分離通道上；所述光聲信號探測單元B包括一個位于芯片上方的超聲傳感器(21);所述信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C由包括電氣連接的前置放大器和主放大器的信號放大 器(31)以及包括電氣連接的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器的單片機(jī)(32)組成；所述計算機(jī)處理單元D包括計算機(jī)(41)，所述計算機(jī)(41)內(nèi)裝有采集控制軟件和 數(shù)據(jù)處理軟件的模塊；所述超聲傳感器(21)、信號放大器(31)、單片機(jī)(32)、計算機(jī)(41)依次電氣連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于光聲技術(shù)的微流控芯片檢測方法及其裝置，采用由入射光生成單元A、光聲信號探測單元B、信號處理與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換單元C、計算機(jī)處理單元D和能在X，Y方向雙向平移的平臺組成的微流控芯片檢測裝置；將預(yù)處理后的待測樣品加入微流控芯片中進(jìn)行電泳，計算機(jī)處理單元根據(jù)指令發(fā)出信號，通過單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換后控制電泳高壓；在電場的作用下，不同淌度的樣品將按不同的遷移率分開，經(jīng)過光斑檢測窗口，樣品吸收光能量產(chǎn)生光聲信號，再通過超聲傳感器采集轉(zhuǎn)變成電信號，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把傳感器接收到的光聲信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，經(jīng)過計算機(jī)信號處理后便可以確定待測樣品的種類和性質(zhì)。本發(fā)明具有靈敏度高、成本低、操作方便的優(yōu)點。
文檔編號G01N21/17GK101614655SQ20091011569
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月16日
發(fā)明者劉國棟, 徐景坤, 曾呂明, 曾文平 申請人:江西科技師范學(xué)院