一種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀制造技術

本發(fā)明專利技術屬于微流控芯片分析儀技術領域，具體涉及一種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀。微流控芯片分析儀由與微流控芯片分離的光路模塊和固定光路模塊的三維自動位移定位臺組成，實現了在微流控芯片上精確定位和對樣品的拉曼光譜進行檢測。具有（1）檢測探頭與微流控芯片分離，且在微流控芯片上采用倒置檢測拉曼光譜的方式，（2）可對微流控芯片顯微成像，（3）微流控芯片位置固定，檢測探頭可在XYZ方向實現精細微調和定位等主要技術特征。該裝置各個參數均滿足在微流控芯片進行拉曼檢測的要求，而且體積小，成本低，是一種新型的可移動式的微流控芯片分析儀，在該領域有著重要的應用潛力和商品市場。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于微流控芯片分析儀
，具體涉及ー種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀。
技術介紹
目前，微流控芯片技術正在快速發(fā)展，它是ー種把生物、化學、醫(yī)學分析過程的樣品制備、反應、分離、檢測等基本操作単元集成到一塊微米尺度的芯片上，自動完成分析全過程的技術，它在生物、化學、醫(yī)學等領域有著巨大的應用潛力。芯片分析儀主要由兩部分組成一是動カ源。廣義的動カ源包括電、磁、聲、光、熱，現階段仍以電源為主，電源提供包括流體驅動在內的各種動力。ニ是檢測器，檢測器則用于捕捉微流控芯片產生的信號。檢測器是微流控芯片實驗室的重要組成部分，最常用的是激光誘導熒光檢測器，此外還有紫外、電化學、質譜、化學發(fā)光、拉曼光譜檢測器等。其中拉曼光譜是ー種免標記的、無損的、高信息量(指紋光譜)的檢測方式，而且方便與其他檢測手段聯(lián)用，如質譜等。拉曼光譜是ー種對樣品種類進行分析的非常有效的手段。如果配合表面增強技術，甚至可以實現單分子水平的檢測，因此它還是ー種高靈敏的檢測手段。拉曼光譜是微流控芯片分析技術中ー個很有潛力的發(fā)展新趨勢。目前市場上的微流控芯片分析儀器品種比較少，在中國市場上能見到的僅有的兩種均采用激光誘導熒光檢測，有很大的局限性。其中ー種是加拿大Albert大學派生出的Micralyne公司生產的名為Microfluidic Tool Kit的儀器,其聚焦為手動式；另ー種是Agilent公司的Bioanalyzer2100,其芯片、電極以至試劑盒均為固定模式,不能調節(jié)變更，更適用于固定檢測項目 的應用。拉曼光譜可以提供比熒光檢測更多的信息，是ー種分子指紋光譜，在分析物質種類等方面有著明顯的優(yōu)勢，但是目前沒有一臺商品化的、可以檢測拉曼信號的微流控芯片分析儀，這就限制了拉曼光譜技術在微流控芯片系統(tǒng)上的應用。目前用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀還停留在實驗室研究階段，適用于各種微流控芯片檢測的通用型拉曼芯片分析儀還未見報道。如StAndrews大學研制的和文獻(OpticsExpressl87642)報道的用拉曼光譜檢測的微流控芯片生物分析儀都是將檢測部件固定到芯片上，不便于調節(jié)和變更芯片，不適用于通用型實驗室。而傳統(tǒng)的大型顯微拉曼光譜儀作為通用型儀器，不適合直接對微流控芯片進行檢測。因為大型顯微拉曼光譜儀的檢測對象一般為粉末或者玻璃管中的液體，一般采用正置的背反射檢測方式，但這樣的結構不適合用于微流控芯片的檢測及相關技術的開發(fā)。因為微流控芯片上表面需要布置ー些管路來將待分析物注入和輸出，如果采用正置的背反射的檢測方式，顯微鏡頭與管路會相互碰撞而影響檢測。因此倒置檢測的結構更適合進行拉曼光譜的激發(fā)和檢測，即從微流控芯片的底面來進行檢測就可以避免上述問題。對于光纖拉曼探頭式的光譜儀，雖然可以實現探頭的位置和檢測方向的靈活控制，卻不能顯微成像，無法精確定位到芯片上微米級的檢測區(qū)域。另外，傳統(tǒng)的拉曼光譜儀都是通過移動樣品臺來改變樣品與物鏡的位置來實現定位和聚焦等功能，但這不適合于微流控芯片。因為芯片上可能會連接ー些剛性的和不易彎曲的管路或者光纖等其他結構，移動芯片位置在操作上有一定的困難，甚至有些微流控芯片是固定在其他模塊上，根本無法移動。因此在微流控芯片上進行拉曼檢測最好能保證芯片位置固定，通過檢測探頭的移動來實現定位和聚焦。微流控芯片發(fā)展的目的是為了實現實驗室芯片化，ー種可移動的芯片分析儀對于該技術發(fā)展很有必要，而大型顯微拉曼光譜儀都不可移動，無法現場檢測。微流控芯片作為ー種特殊的“樣品”，目前通用型的拉曼光譜儀都無法方便、有效的對其進行分析，開發(fā)一臺通用型的用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀將對微流控芯片技術的發(fā)展很有必要。因此，除傳統(tǒng)的靈敏度、分辨率及穩(wěn)定性等參數需要滿足要求外，為方便在微流控芯片上檢測拉曼信號，微流控芯片分析儀中的拉曼檢測器還需要滿足以下技術要求(I)檢測探頭與微流控芯片分離，且在微流控芯片上采用倒置檢測拉曼光譜的方式，(2)可對微流控芯片顯微成像，(3)微流控芯片位置固定，檢測探頭可在XYZ方向實現精細微調和定位，(4)集成化，便于移動，可用于現場檢測。微流控芯片技術是當前微全分析系統(tǒng)領域發(fā)展的重點，是未來分析和檢測發(fā)展的方向。它的目標是實現實驗室芯片化及“個人化驗室”。設計ー種方便的、有效的，采用拉曼光譜檢測的通用型芯片分析儀器是推動該技術發(fā)展的重要工具。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供ー種通用型的應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀，是專門為在微流控芯片上檢測被分析物的拉曼光譜而設計開發(fā)的分析儀器，微流控芯片分析儀由與微流控芯片分離的光路模塊和調節(jié)光路模塊的三維自動位移定位臺組成，實現了在微流控芯片上精確定位和對樣品的拉曼光譜進行檢測。具有(I)檢測探頭與微流控芯片分離，且在微流控芯片上采用倒置檢測拉曼光譜的方式，(2)可對微流控芯片顯微成像，(3)微流控芯片位置固定，檢測探頭可在XYZ方向實現精細微調和定位等主要技術特征。光路模塊和三維自動位移定位臺及控制電路等均置于具有外殼的儀器框架內，待測微流控芯片固定于儀器框架的上表面，實現了集成化，便于移動。該裝置各個參數均滿足在微流控芯片進行拉曼檢測的要求，而且體積小，成本低，是ー種新型的可移動式的微流控芯片分析儀，在該領域有著重要的應用潛力和商品市場。光路模塊包括倒置的顯微成像光路和倒置的拉曼光譜檢測光路。顯微成像光路由白光光源、會聚透鏡和CXD組成；拉曼檢測光路由激光器、濾光片、會聚透鏡和光譜儀組成。由激光器發(fā)出的激發(fā)光經濾光片、會聚透鏡后，在三維自動位移定位臺的控制下，由微流控芯片的下表面聚焦到微流控芯片中的樣品上，激發(fā)樣品的拉曼信號由光譜儀進行收集；由白光光源發(fā)出的白光經會聚透鏡會聚后，同樣由微流控芯片的下表面照射到微流控芯片上，反射光由C⑶成像；照射到微流控芯片下表面的激光光斑也由CXD成像。結合顯微成像光路，可以用外部計算機通過程序控制三維自動位移定位臺的移動，實現激光在微流控芯片表面任意位置的精確定位和聚焦，進而實現光譜儀、CCD的協(xié)調工作。本專利技術結構緊湊，儀器的分辨率、靈敏度等指標均可以滿足在微流控芯片上進行拉曼光譜檢測的需要，采用本專利技術所述設計，將會方便在各種微流控芯片上進行拉曼光譜的檢測，從而對芯片內的樣品進行識別和分析。本專利技術具有以下有益特征(1)本專利技術拉曼檢測探頭與微流控芯片分離，適用于各種微流控芯片，芯片更換方便，對芯片無特殊加工和處理的要求，通用性強。(2)本專利技術拉曼檢測器采用的倒置檢測結構有利于避免芯片上方檢測的結構所遇到的管路阻擋問題，方便微流控芯片拉曼光譜的檢測及微流控芯片的設計。(3)可顯微成像有利于實現在復雜結構的微流控芯片上精確的定位和測量，使儀器具有通用性。(4)用固定樣品臺移動檢測探頭的設計可以避免移動微流控芯片時管路等的干擾。(5)實現了集成化，便于移動，可用于現場檢測。附圖說明下面將結合附圖和結合具體實施例詳細說明本專利技術所述的檢測方法和裝置，但不限于所提的這幾種方法和裝置。圖1:本專利技術實施例1所述的ー種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀的整體結構示意圖；圖2 :本專利技術實施例2所述的ー種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀中光路模塊的正視圖；圖3:本專利技術實施例2所述的ー種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀中本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀，其特征在于：由與微流控芯片（3）分離的光路模塊（1）和調節(jié)光路模塊（1）在XYZ方向精密移動的三維自動位移定位臺（2）組成；光路模塊（1）和三維自動位移定位臺（2）置于具有外殼的儀器框架（4）內，待測微流控芯片（3）固定于儀器框架（4）的上表面；光路模塊（1）包括倒置的顯微成像光路和倒置的拉曼光譜檢測光路。

【技術特征摘要】
1.一種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀，其特征在于由與微流控芯片(3)分離的光路模塊(I)和調節(jié)光路模塊(I)在XYZ方向精密移動的三維自動位移定位臺(2 )組成；光路模塊(I)和三維自動位移定位臺(2)置于具有外殼的儀器框架(4)內，待測微流控芯片(3)固定于儀器框架(4)的上表面；光路模塊(I)包括倒置的顯微成像光路和倒置的拉曼光譜檢測光路。2.如權利要求1所述的一種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀，其特征在于拉曼檢測光路由激光器(5)、濾光片、會聚透鏡和模塊化光譜儀(10)組成；顯微成像光路由白光光源、會聚透鏡和C⑶組成；由激光器(5)發(fā)出的激發(fā)光經濾光片、會聚透鏡后，在三維自動位移定位臺(2)的控制下，由待測微流控芯片(3)的下表面定位和聚焦到微流控芯片中的樣品上，激發(fā)樣品的拉曼信號由模塊化光譜儀(10)進行收集，從而實現對待測微流控芯片(3)中樣品的拉曼光譜檢測；由白光光源(11)發(fā)出的白光經會聚透鏡會聚后，同樣由待測微流控芯片(3)的下表面照射到微流控芯片上，反射光由CXD (9)成像，照射到微流控芯片下表面的激光光斑也由(XD (9)成像。3.如權利要求2所述的一種應用拉曼光譜檢測的微流控芯片分析儀，其特征在于拉曼檢測光路由激光器(5)、凸透鏡(61)、濾光片(71)、長通雙色濾光片(72)、近紅外反射鏡(152)、物鏡(62)、長通濾光片(73)、透鏡(63)和模塊化光譜儀(10)組成，由激光器(5)產生的激光經凸透鏡(61)后擴束或變成平行光，經過濾光片(71)濾掉除激光以外的雜散光；再經長通雙色濾光片(72)將激光反射，反射的激光通過近紅外反射鏡(152)后由水平光路轉變?yōu)樨Q直光路，然后經物鏡(62)的下表面聚焦到微流控芯片(3)中的樣品上；所激發(fā)樣品的拉曼信號由物鏡(62)收集，由近紅外反射鏡(152)將豎直光路轉變?yōu)樗焦饴罚俳涍^長通雙色濾光片(72 )和長通濾光片(73)后濾掉瑞利散射光，最后經透鏡(63)聚焦到模塊化光譜儀(10)中，完成拉曼光譜的激發(fā)及檢測...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：徐蔚青，李海波，耿乙迦，田中群，徐杼平，趙冰，谷玥嬌，陳剛，王海龍，周向華，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發(fā)明
國別省市：