CN102507523A

CN102507523A - 基于oled和opd的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片

Info

Publication number: CN102507523A
Application number: CN2011103506242A
Authority: CN
Inventors: 闫卫平; 刘志环; 杨晓博; 谢文法; 窦伟峰
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2011-11-09
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2012-06-20

Abstract

本发明公开了一种基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片。该芯片包括：依次平行层叠放置的阵列式有机薄膜光源OLED、起偏器、多通道毛细管电泳芯片、检偏器及阵列式有机薄膜探测器OPD；每个电泳通道检测位置的上下分别与单个光源OLED和单个探测器OPD相对应。本发明采用有机光电材料制作的薄膜式阵列光源OLED和探测器OPD，易于与多通道毛细管电泳芯片集成；采用平面式结构平行层叠放置，各器件间距离小，光路沿垂直方向传播的光程短，有效降低光损耗，有利于提高系统灵敏度，并通过针孔控制激发光束直径，提高检测的精度；使用相互垂直放置的偏振片进行滤光，有效滤除激发光和杂散光，适用于较宽光谱范围的检测系统。

Description

基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片

技术领域

本发明属于化学分析技术领域，根据毛细管电泳芯片的激光诱导荧光检测原理，提出了一种基于OLED(Organic Light-Eemitting Diode)和OPD(Organic Photodetector)的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，以用于多通道毛细管电泳芯片的分析检测。

背景技术

微型全分析系统（miniaturized total analysis systems，μTAS）是以微机电加工技术为基础的将全部分析功能集成于芯片的微型生化分析系统，也被称为芯片实验室（lab-on-a-chip）。目前研究的焦点是以微流控技术为基础的微流控芯片，即在一块几平方厘米的芯片上构建化学或生物实验室，集化学和生物等领域中所涉及的样品制备、反应、分离、检测，细胞培养、分选、裂解等基本操作单元集成到一块很小的芯片上，由微通道形成网络，以可控流体贯穿整个系统，用以实现常规化学或生物实验室的各种功能。微流控芯片实验室的基本特征和最大优势是多种单元技术在微小可控平台上的灵活组合和规模集成，最大限度的把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，以实现分析实验室的“个人化”和“家用化”。

毛细管电泳芯片是微流控芯片之一，由于其具有平行处理的能力，已成为后基因时代的关键性技术，广泛应用于疾病筛查和药物筛选之中。激光诱导荧光检测方法在毛细管电泳芯片检测中具有较高的灵敏度和信噪比，但是商品化的共聚焦式激光诱导荧光检测仪体积庞大，不利于毛细管电泳检测仪的微型化和集成化。

随着毛细管电泳分析方法的大量被采用，以及在众多领域对大量样品进行分析的需求，多通道毛细管电泳芯片及其检测系统的研究已倍受关注。美国加州大学 Berkly分校的Mathies研究小组，首次报道了基于光电倍增管的多通道毛细管阵列电泳芯片装置检测。该检测系统基于激光共聚焦检测原理，具有较高的灵敏度，但是系统的光路结构和机械结构都比较复杂，系统体积较大，功耗较高。Virginia大学报道了一种基于电光晶体扫描的多通道毛细管电泳检测系统，通过对激光束的精确定位，实现多通道的识别。但是，由于电光晶体的自身损耗比较大，要求激光功率较大，导致系统功耗比较高，体积也比较大。Harvard 大学报道了基于光纤及片上集成雪崩二极管的激光诱导荧光检测系统，他们通过将检测荧光的雪崩二极管埋在通道下面，大大降低了检测光路的体积。但是，利用光纤引入的激光照射在每个微通道中产生了大小不同的检测光斑，不利于多通道并行检测结果的对比分析。

到目前为止，为了实现对同一芯片上的多通道信息同时进行检测与诊断，实验室内通常采用移动激光束实现多通道的扫描，或者利用透镜将点光源转化成平行光束照射在各通道上，以激发各通道中被荧光剂标注的被测物质产生荧光信号，然后利用探测器将荧光信号转化为电信号进行处理分析。上述方法的不足之处在于：机械装置或光学系统体积庞大，与体积较小的毛细管电泳芯片极不成比例，不易实现整个检测系统的体积集成化、微型化和便携化。本发明正是为了解决多通道毛细管电泳芯片的检测问题而提出。

发明内容

本发明的目的是将激发光源（OLED）、荧光探测器（OPD）、滤波器（起偏器和检偏器）、多通道毛细管电泳芯片等以层叠垂直方式组合在一起，以集成方式改进了多通道毛细管电泳芯片检测系统的结构，以减小系统的体积，加速分析实验室的微型化、集成化和“家用化”的进程，提供了一种基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片。

为了达到上述目的，本发明提供的一种基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，包括：阵列式有机薄膜光源OLED、起偏器、多通道毛细管电泳芯片、检偏器及阵列式有机薄膜探测器OPD。

所述阵列式有机薄膜光源OLED、起偏器、多通道毛细管电泳芯片、检偏器及阵列式有机薄膜探测器OPD依次平行层叠放置；多通道毛细管电泳芯片上的每个电泳微通道检测位置的上下分别与阵列式有机薄膜光源OLED上的单个光源OLED和阵列式有机薄膜探测器OPD上的单个探测器OPD相对应。

所述检偏器与起偏器的偏振状态相互垂直。

所述阵列式有机薄膜光源OLED和阵列式有机薄膜探测器OPD采用热蒸镀工艺，分别利用相关的有机光电材料在ITO玻璃基板上制作而成。

所述多通道毛细管电泳芯片以玻璃为基底。

有益效果：采用有机光电材料制作的薄膜式阵列光源（OLED）和探测器（OPD），易于与多通道毛细管电泳芯片集成；主要元器件都采用平面式结构平行层叠放置，各器件间距离小，光路沿垂直方向传播的光程短，可有效降低光损耗，不仅有利于提高系统灵敏度，还可以通过针孔控制激发光束直径，提高检测的精度；使用相互垂直放置的偏振片进行滤光，可有效滤除激发光和杂散光，且可适用于较宽光谱范围的检测系统。

附图说明

图1 阵列式有机薄膜光源（OLED）和探测器（OPD）结构示意图。

其中：图1（a）阵列式有机薄膜光源（OLED）；图1（b）阵列式有机薄膜探测器（OPD）。

图2 多通道毛细管电泳芯片结构示意图。

图3 起偏器和检偏器偏振状态示意图。

其中：图3（a）起偏器；图3（b）检偏器。

图4 基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片结构示意图。

其中：图4（a）基于OLED和OPD的层叠垂直式毛细管电泳芯片结构示意图；图4（b）基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片。

附图标识： 1---制备了阵列式有机薄膜光源（OLED）的玻璃衬底；

2---单个OLED光源；

3---制备了阵列式有机薄膜探测器（OPD）的玻璃衬底；

4---单个OPD检测器；

5---多通道毛细管电泳芯片；

7---样品储液池；

6---缓冲液储液池；

8---样品废液池；

9---缓冲液废液池；

10---微通道；

11---起偏器；

12---检偏器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1至图4，在本实施例中，基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，主要由有机薄膜式光源OLED、偏振片（起偏器）、多通道毛细管电泳芯片、偏振片（检偏器）及有机薄膜式探测器OPD等几部分以层叠垂直结构组成。当一定的直流电压施加在有机薄膜式光源OLED上，光源发射出一定波长的光束，光线经偏振片（起偏器）后成为线偏振光，它激发毛细管电泳芯片的微通道中经荧光标记的被测样品产生荧光，荧光信号和入射的线偏振光同时射入下方的偏振片（检偏器），由于检偏器与起偏器的偏振状态相互垂直，则光源OLED发出的线偏振光不能透过检偏器，只有被线偏振光激发产生的荧光信号能够被探测器OPD接收，探测器将荧光信号转化为电信号输出，经后续处理后的电信号可实现对生化样品的检测分析。

采用热蒸镀工艺，分别利用相关的有机光电材料在ITO玻璃基板上制作出薄膜式阵列光源OLED和探测器OPD；设计并制作以玻璃为基底的多通道毛细管电泳芯片，要求每个电泳通道检测位置的上下分别同时与一个光源OLED和一个探测器OPD相对应；将光源OLED、起偏器OPD、多通道毛细管电泳芯片、检偏器和探测器按照图4所示结构呈层叠垂直组合。

本实施例的基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片在使用时，首先给光源OLED施加一定的电压使之发光，给探测器OPD施加一定的电压使之处于检测状态；然后利用高压电源控制施加在各毛细管电泳通道上的电压完成样品的进样和分离。当电泳通道中经荧光标记的被测样品流经检测点时，对应于该通道上方的有机薄膜式光源OLED发射出一定波长的光束，该光线经偏振片（起偏器）后成为线偏振光，照射在毛细管电泳通道内的样品上，它激发毛细管电泳芯片的微通道中经荧光标记的被测样品产生荧光，荧光信号和入射的线偏振光同时射入下方的偏振片（检偏器），由于检偏器与起偏器的偏振状态相互垂直，则光源OLED发出的线偏振光不能透过检偏器，只有被线偏振光激发产生的荧光信号能够被探测器OPD接收，探测器将荧光信号转化为电信号输出，经后续处理后的电信号可实现对生化样品的检测分析。

总之，本发明基于毛细管电泳芯片检测原理，利用有机薄膜式光源OLED和探测器OPD，通过在二者之间放置相互垂直的偏振片，滤除激发光对荧光信号检测的干扰，提高检测系统的信噪比，以实现多通道毛细管电泳芯片及其检测系统的微型化和集成化。

以上内容是结合优选技术方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施仅限于这些说明。对本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的构思的前提下，还可以做出简单的推演及替换，都应当视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，其特征在于，所述基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片包括：阵列式有机薄膜光源OLED、起偏器、多通道毛细管电泳芯片、检偏器及阵列式有机薄膜探测器OPD；

所述阵列式有机薄膜光源OLED、起偏器、多通道毛细管电泳芯片、检偏器及阵列式有机薄膜探测器OPD依次平行层叠放置；多通道毛细管电泳芯片上的每个电泳通道检测位置的上下分别与阵列式有机薄膜光源OLED上的单个光源OLED和阵列式有机薄膜探测器OPD上的单个探测器OPD相对应。

2.根据权利要求1所述的基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，其特征在于，所述检偏器与起偏器的偏振状态相互垂直。

3.根据权利要求1所述的基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，其特征在于，所述阵列式有机薄膜光源OLED和阵列式有机薄膜探测器OPD采用热蒸镀工艺，分别利用相关的有机光电材料在ITO玻璃基板上制作而成。

4.根据权利要求1所述的基于OLED和OPD的层叠垂直式集成毛细管电泳芯片，其特征在于，所述多通道毛细管电泳芯片以玻璃为基底。