CN103323439B - 一种微流控芯片荧光激发装置、微流控芯片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种微流控芯片荧光激发装置，包括平滑锥形的纳米光纤，和连接于纳米光纤的锥尖处的纳米线，纳米线由高分子聚合物制成。如此，本发明的微流控芯片荧光激发装置，其由纳米光纤的锥尖伸入微流控芯片的微通道内，锥尖对应指定待测点，将锥尖处的纳米线融化，使纳米光纤固定在微通道内，荧光的激发光由纳米光纤的粗端照射进入，纳米光纤将激发光导入微通道内并集中于锥尖处射出，对上述指定待测点进行定点荧光激发，可有效避免激发光对样品荧光信号的干扰，提高检测灵敏度和可靠性；本发明还提出一种微流控芯片及其制备方法，微流控芯片在提高检测灵敏度和可靠性的同时，还增强了荧光激发装置与芯片的集成度；其制备方法简单直接高效。

Description

一种微流控芯片荧光激发装置、微流控芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物、化学等领域利用激光激发物质荧光的微流控芯片检测技术，具体涉及一种微流控芯片荧光激发装置、微流控芯片及其制备方法。

背景技术

应用激光激发检测物质的荧光，对样品进行成分、浓度分析是一种重要的生物化学检测手段。微流控芯片可以把生物和化学领域中的样品制备、生化反应、分离、检测等基本操作单元集成于厘米量级的芯片上。

近年来，在微流控领域中，随着微流控技术要求的不断提高，微流控芯片的微通道尺寸逐步缩小。然而，对微通道尺寸进一步缩小的微流控芯片来说，采用传统激光直接照射的方式，或在芯片内埋入光纤的方法，均会由于荧光激发装置的尺寸过大，光照面大而干扰微通道内的样品的荧光信号，从而影响样品的检测灵敏度和可靠性；此外，直接照射的激发方式，将荧光激发装置与微流控芯片分立成两个独立的实验单元，大大降低了整个应用微流控芯片的检测系统的集成度。因此，如何更为有效、可在微流控芯片的微通道内实现定点荧光激发，以提高样品检测的灵敏度和可靠性，并增强检测系统整体的集成度，成为应用微流控技术进行物质检测领域中的一个亟待解决的问题。

鉴于此，本案发明人对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的其一目的在于提供一种可有效避免激发光干扰样品荧光信号的微流控芯片荧光激发装置，提高了样品检测的灵敏度和可靠性。

本发明的其二目的在于提供一种依靠上述微流控芯片荧光激发装置制备而成的微流控芯片，以在提高检测灵敏度和可靠性的同时，增强荧光激发装置与微流控芯片基片、微流控芯片盖片等构成的整个检测系统的集成度。

本发明的其三目的在于提供一种上述微流控芯片的制备方法，此方法可高效实现微流控芯片的制备，简单直接。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种微流控芯片荧光激发装置，包括平滑锥形的纳米光纤，和连接于所述纳米光纤的锥尖处的纳米线，该纳米线由高分子聚合物制成。

上述纳米光纤采用火焰熔融拉锥法制备而成。

上述纳米光纤由标准单模光纤制成，且粗端与标准单模光纤直径相应，锥尖直径为20-50nm，顶角为15-30°。

上述纳米线由聚苯乙烯材料制成，直径为350-450nm，长度为5-15μm。

上述纳米线采用混合溶液拉伸法制备而成。

还包括与氯仿蒸气气源相连通的医用导管，此医用导管的出气口对应上述纳米线设置，将氯仿蒸气导向所述纳米线进行融化作用。

一种微流控芯片荧光激发装置制备的微流控芯片，包括微流控芯片基片、微流控芯片盖片和上述纳米光纤，所述纳米光纤的锥尖伸至所述微流控芯片基片的微通道内的指定待测点处，并且二者通过被融化后再凝固的上述纳米线粘结在一起；所述微流控芯片盖片与所述微流控芯片基片尺寸相应，并覆设于微流控芯片基片上。

一种微流控芯片的制备方法，采用如下步骤：

(1)采用火焰熔融拉锥法将标准单模光纤拉制成平滑锥形的上述纳米光纤；采用混合溶液拉伸法拉制高分子聚合物的上述纳米线；在光学显微镜下，选取相应尺寸的上述纳米线；

(2)通过微纳操作将选取的上述纳米线置于上述纳米光纤的锥尖处；

(3)在光学显微镜下，通过三维微调架将上述纳米光纤置入上述微流控芯片基片的微通道内，锥尖对应指定检测点；

(4)将相应尺寸的医用导管与氯仿蒸气气源相连通，并将医用导管的出气口对应处于上述纳米光纤的锥尖处的上述纳米线；

(5)启动上述氯仿蒸气气源，氯仿蒸气通过上述医用导管吹向上述纳米线并将其融化；

(6)当上述纳米线融化后，适时撤离上述医用导管或关闭氯仿蒸气气源，凝固后的所述纳米线将上述纳米光纤固定粘结在上述微流控芯片基片的微通道上；

(7)在上述纳米光纤固定粘结在上述微流控芯片基片上后，加装上述微流控芯片盖片。

采用上述技术方案后，本发明的微流控芯片荧光激发装置，其突破传统荧光激发装置的构造形式，其由纳米光纤的锥尖伸入微流控芯片的微通道内，且锥尖对应指定待测点，将锥尖处的纳米线融化，并重新凝固，使纳米光纤由锥尖处固定在微通道内，荧光的激发光由纳米光纤的粗端照射进入，纳米光纤会将激发光导入微通道内并集中于锥尖处射出，在锥尖处得到亚波长或亚微米量级的光斑，对上述指定待测点进行高度集中的定点荧光激发。与现有技术相比，本发明的微流控芯片荧光激发装置，其克服了传统荧光激发装置的激发光光照面大的缺陷，可有效避免激发光对样品荧光信号的干扰，提高检测的灵敏度和可靠性，同时通过纳米光纤锥尖的强倏逝场，可有效实现微量样品的检测。

本发明还提出一种依靠上述微流控芯片荧光激发装置制备而成的微流控芯片，其在提高检测灵敏度和可靠性的同时，还增强了荧光激发装置与微流控芯片基片、微流控芯片盖片等所构成的整个检测系统的集成度，结构简单合理，利于生产和推广应用。

本发明还提出一种上述微流控芯片的制备方法，此方法可高效实现用于荧光激发的微流控芯片的制备，操作简单直接。

附图说明

图1为本发明荧光激发装置的纳米光纤的结构示意图；

图2为本发明荧光激发装置的纳米光纤与纳米线结合状态的结构示意图；

图3为本发明将激发装置固定于微流控芯片基片的结构示意图；

图4为本发明微流控芯片的结构示意图。

图中：

1-纳米光纤11-锥尖

12-粗端2-纳米线

3-微流控芯片基片31-微通道

4-医用导管41-出气口

5-微流控芯片盖片

具体实施方式

下面，通过具体实施例，进一步详细阐释本发明的技术方案。

本发明的一种微流控芯片荧光激发装置，如图1-3所示，包括纳米光纤1和纳米线2。

纳米光纤1呈平滑的锥形，纳米线2由高分子聚合物制成，易融化易凝结，纳米线2连接于纳米光纤1的锥尖11处靠近尖端的位置，在使用时，由锥尖11伸入微流控芯片基片3的微通道31内，且锥尖11对应指定待测点，将锥尖11处的纳米线2融化，并重新凝固，使纳米光纤1由锥尖11固定在微通道31内，荧光的激发光由纳米光纤1的粗端12照射进入，纳米光纤1会将激发光导入微通道31内并集中于锥尖11处射出。由于激发光在纳米光纤1的锥尖11形成明显的倏逝场，且锥尖11具有增强效应，使得锥尖11处的光强明显增加，在锥尖11处得到亚波长或亚微米量级的光斑，对上述指定待测点进行高度集中的定点荧光激发，克服了传统荧光激发装置的激发光光照面大的缺陷，可有效避免激发光对样品荧光信号进行干扰。

为了具体实现纳米光纤1的平滑锥形，优选地，纳米光纤1采用火焰熔融拉锥法制备而成。

为了保证纳米光纤1的光传播效率和性能，并保证出射光的有效且集中程度，优选地，纳米光纤1由标准单模光纤制成，且粗端12与标准单模光纤直径相应，锥尖11直径为20-50nm，顶角为15-30°。

为了具体实现纳米线2的功能，优选地，纳米线2由聚苯乙烯材料制成，直径为350-450nm，长度为5-15μm。

为了具体实现纳米线2的制备，优选地，纳米线2采用混合溶液拉伸法制备而成。

为了具体实现纳米线2的融化，优选地，还包括与氯仿蒸气气源相连通的医用导管4，此医用导管4的出气口41对应处于锥尖11处的纳米线2设置，医用导管4将氯仿蒸气导向纳米线2进行融化作用。

本发明的一种微流控芯片，如图4所示，包括微流控芯片基片3、微流控芯片盖片5和前述各实施方式中的由纳米线2固定的纳米光纤1。纳米光纤1的锥尖11伸至微流控芯片基片3的微通道31内的指定待测点处，并且纳米光纤1与微流控芯片基片3通过被融化后再凝固的纳米线2粘结在一起；微流控芯片盖片5与微流控芯片基片3尺寸相应，并覆设于微流控芯片基片3上。其具备提高检测灵敏度和可靠性的功能，同时还增强了荧光激发装置与微流控芯片基片3及微流控芯片盖片5所构成的整个检测系统的集成度。

本发明的一种微流控芯片的制备方法，采用如下步骤：

(1)采用火焰熔融拉锥法将标准单模光纤拉制成平滑锥形的纳米光纤1；采用混合溶液拉伸法拉制高分子聚合物的纳米线2；在光学显微镜下，选取相应尺寸的纳米线2，具体可选取直径为400nm、长度为10μm的高分子聚合物纳米线2；

(2)通过微纳操作将选取的纳米线2置于纳米光纤1的锥尖11处；

(3)在光学显微镜下，通过三维微调架的控制将纳米光纤1置入微流控芯片基片3的微通道31内，锥尖11对应指定检测点；

(4)将相应尺寸的医用导管4与氯仿蒸气气源相连通，并将医用导管4的出气口41对应处于纳米光纤1的锥尖11处的纳米线2，具体可为：医用导管4位于锥尖11上方，距离微流控芯片基片3约1μm处，出气口41正对纳米线2；

(5)启动上述氯仿蒸气气源，氯仿蒸气通过医用导管4吹向纳米线2并将其融化；

(6)当纳米线2融化并在锥尖11处形成高分子聚合物溶液后，适时撤离医用导管4或关闭氯仿蒸气气源，纳米线2会逐渐凝固，并将纳米光纤1固定粘结在微流控芯片基片3的微通道31上；

(7)为了使微流控芯片更加完整，在纳米光纤1固定粘结在微流控芯片基片3上后，加装微流控芯片盖片5。

若采用完整的标准单模光纤制备纳米光纤1时，应在进行拉锥之前，首先去除标准单模光纤的涂覆层。

本发明的微流控芯片荧光激发装置、微流控芯片及其制备方法，微流控芯片基片优选为采用聚二甲基硅氧烷材料制成，也可根据实际要求选用其它适宜材料；优选在纳米光纤固定粘结在微流控芯片基片上后，加装微流控芯片盖片，并且微流控芯片盖片的整体尺寸与微流控芯片基片相应，其材质及具体形式可根据实际要求进行调整和设计；微流控芯片基片中，微通道的宽度和深度优选为25μm左右，长度约为1cm；微流控芯片基片和微流控芯片盖片采用现有的制备方法制得，具体制备方法可根据实际要求进行选取；在不影响最终完成微流控芯片的制备的情况下，步骤(1)中的各个操作的顺序可根据实际要求进行调整；医用导管优选为内径1mm左右，作用在纳米线上大约5s左右即可将其融化，然后撤离医用导管，关闭氯仿蒸气气源，在不影响后续工作的情况下，也可只关闭氯仿蒸气气源；优选为使用医用导管输送氯仿蒸气将纳米线融化，也可根据实际要求采用其它适宜蒸气或导管形式，从广义上讲，也可采用蒸气之外的现有适宜手段将纳米线融化；纳米光纤的锥尖对应指定待测点设置，根据指定待测点的不同，锥尖及整个纳米光纤的设置位置也随之改变；纳米线优选为聚苯乙烯材料，采用混合溶液拉伸法制备，直径约为400nm，长度约为10μm，也可根据实际要求选用其它适宜的高分子聚合物材料，采用其他方法和选取其它尺寸；纳米光纤优选采用标准单模SiO₂光纤制成，锥尖直径为20-50nm，顶角为15-30°，也可根据实际要求选用其它适宜的光纤材料和选取其它尺寸；为保证纳米光纤呈平滑锥形，优选为采用火焰熔融拉锥法制备，也可根据实际要求选择其它现有的适宜制备方法，且纳米光纤的粗端可根据实际要求如长度要求进行等直径延伸。

本发明的产品形式并非限于本案图示和实施例，任何人对其进行类似思路的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (6)

1.一种微流控芯片荧光激发装置，其特征在于：包括平滑锥形的纳米光纤,和连接于所述纳米光纤的锥尖处的纳米线，该纳米线由高分子聚合物制成；上述纳米光纤由标准单模SiO₂光纤制成，且粗端与标准单模光纤直径相应，锥尖直径为20-50nm，顶角为15-30°；还包括与氯仿蒸气气源相连通的医用导管，此医用导管的出气口对应上述纳米线设置，将氯仿蒸气导向所述纳米线进行融化作用。

2.根据权利要求1所述的一种微流控芯片荧光激发装置，其特征在于：上述纳米光纤采用火焰熔融拉锥法制备而成。

3.根据权利要求1所述的一种微流控芯片荧光激发装置，其特征在于：上述纳米线由聚苯乙烯材料制成，直径为350-450nm，长度为5-15μm。

4.根据权利要求3所述的一种微流控芯片荧光激发装置，其特征在于：上述纳米线采用混合溶液拉伸法制备而成。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的一种微流控芯片荧光激发装置制备的微流控芯片，其特征在于：包括微流控芯片基片、微流控芯片盖片和上述纳米光纤，所述纳米光纤的锥尖伸至所述微流控芯片基片的微通道内的指定待测点处，并且二者通过被融化后再凝固的上述纳米线粘结在一起；所述微流控芯片盖片与所述微流控芯片基片尺寸相应，并覆设于微流控芯片基片上。

6.根据权利要求5所述的一种微流控芯片的制备方法，其特征在于，采用如下步骤：

(1)采用火焰熔融拉锥法将标准单模光纤拉制成平滑锥形的上述纳米光纤；采用混合溶液拉伸法拉制高分子聚合物的上述纳米线；在光学显微镜下，选取相应尺寸的上述纳米线；

(2)通过微纳操作将选取的上述纳米线置于上述纳米光纤的锥尖处；

(3)在光学显微镜下，通过三维微调架将上述纳米光纤置入上述微流控芯片基片的微通道内，锥尖对应指定检测点；

(4)将相应尺寸的医用导管与氯仿蒸气气源相连通，并将医用导管的出气口对应处于上述纳米光纤的锥尖处的上述纳米线；

(5)启动上述氯仿蒸气气源，氯仿蒸气通过上述医用导管吹向上述纳米线并将其融化；

(6)当上述纳米线融化后，适时撤离上述医用导管或关闭氯仿蒸气气源，凝固后的所述纳米线将上述纳米光纤固定粘结在上述微流控芯片基片的微通道上；

(7)在上述纳米光纤固定粘结在上述微流控芯片基片上后，加装上述微流控芯片盖片。