CN104697987B - 一种微流控液体波导电化学发光检测装置 - Google Patents

Abstract

一种微流控液体波导电化学发光检测装置，包括芯片、光波导及信号检测器，所述芯片开设有样品流道及波导流道，所述样品流道用于注入样品液体，所述波导流道用于注入波导液体以形成液体波导，所述波导流道的一端靠近所述样品流道且二者互不连通，所述光波导的两端分别连接所述波导流道及所述信号检测器，对所述样品流道内的样品液体施加电压，所述样品流道内的样品液体在电作用下发生电化学反应而辐射出信号光，所述信号光依次透过所述波导流道形成的液体波导及所述光波导后被所述信号检测器收集。本发明提供的微流控液体波导电化学发光检测装置，设计小巧、结构简单，且兼具减小样品液体使用量及定点检测的作用，满足了使用要求。

Description

一种微流控液体波导电化学发光检测装置

技术领域

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种微流控液体波导电化学发光检测装置。

背景技术

电化学发光通过在电极上施加一定的电压，使溶液组分在电极处发生电化学反应而发生化学发光。溶液组分中的反应物本身或反应产物与溶液组分中的其他组分会发生化学反应，化学反应中释放的能量使得溶液中的某种物质被激发，并以光辐射的形式释放该能量，通过检测辐射的光信号，就能实现对反应物进行分析的目的。电化学发光分析方法具有装置简单、重现性好，无背景光干扰，灵敏度高等优点。然而，目前常规的电化学发光装置通常将溶液组分放置于一个毫升量级的样品池内并用光电倍增管直接置于样品池上对辐射的光进行收集计数的方法进行检测，这种装置一方面对溶液组分的消耗较大，另一方面由于收集光区域较广而导致无法进行定点针对分析，无法满足使用要求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种微流控液体波导电化学发光检测装置，其设计小巧、结构简单，样品液体的消耗量小且能定点检测发光区域，满足了使用要求。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种微流控液体波导电化学发光检测装置，所述微流控液体波导电化学发光检测装置包括芯片、光波导及信号检测器，所述芯片开设有样品流道及波导流道，所述样品流道用于注入样品液体，所述波导流道用于注入波导液体以形成液体波导，所述波导流道的一端靠近所述样品流道且二者互不连通，所述光波导的两端分别连接所述波导流道及所述信号检测器，对所述样品流道内的样品液体施加电压，所述样品流道内的样品液体在电作用下发生电化学反应而辐射出信号光，所述信号光依次透过所述波导流道形成的液体波导及所述光波导后被所述信号检测器收集。

其中，所述微流控液体波导电化学发光检测装置还包括衬底，所述衬底为玻璃衬底，所述衬底固定有第一电极及第二电极，所述第一电极为工作电极，所述第二电极为对电极，所述第一电极及第二电极用于接入外电压并分别与所述芯片电性连接。

其中，所述芯片固定于所述衬底上，所述芯片由聚二甲基硅氧烷制成，所述芯片形成有第三电极及第四电极，所述第三电极为反应电极，其一端与所述第一电极电性相连，另一端连接于所述样品流道内，所述第四电极为对电极，其一端与所述第二电极电性相连，另一端连接于所述样品流道。

其中，所述样品流道包括第一侧壁及第二侧壁，所述第三电极连接于所述第一侧壁，所述第四电极连接于所述第二侧壁。

其中，所述波导流道包括入光口，所述入光口靠近所述样品流道的第二侧壁并对准所述样品流道上镀有所述第三电极的位置，所述入光口设计成凸透镜的结构，以利于收集信号光。

其中，所述波导液体的折射率高于所述聚二甲基硅氧烷的折射率，从而所述信号光在所述波导液体与所述波导流道的接触面形成全反射，以将所述信号光限制在所述波导流道内。

其中，所述波导流道还包括出光口，所述出光口连接所述光波导，所述出光口设计成鱼尾扇形结构，便于插入所述光波导。

其中，所述光波导为光纤，所述光纤的一端插入所述波导流道的出光口，另一端连接所述信号检测器。

其中，所述微流控液体波导电化学发光检测装置还包括连接件，所述连接件为光纤通道接口，所述连接件置于所述光波导及所述信号检测器之间，将在所述光波导内传播的信号光耦合到所述信号检测器内。

其中，所述信号检测器为光电倍增管，所述光电倍增管将光信号转换为电信号并放大所述电信号。

本发明实施例提供的微流控液体波导电化学发光检测装置，利用微流控芯片制成的芯片将所述样品液体限制在一个微米级的样品流道内流动，并通过在芯片上蒸镀第三电极及第四电极实现电压的加载。在所述第三电极处产生的光信号通过所述导波流道内的波导液体传播并从所述出光口导出，最终进入信号检测器，从而实现在微流孔芯片上对所述样品液体进行电化学发光检测。本发明提供的微流控液体波导电化学发光检测装置，其设计小巧、结构简单，针对不同的电化学发光体系，均可进行光的收集和检测。另外，本发明提供的微流控液体波导电化学发光检测装置还可以减小样品液体的使用量及优化内部电极点阵数目，并能够定点检测及同时检测多个电化学发光点的信号，从而实现高通量检测的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的微流控液体波导电化学发光检测装置的结构示意图。

图2是图1所示的Ⅱ的放大示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供了一种微流控液体波导电化学发光检测装置，其包括衬底10、芯片20、光波导30、连接件40及信号检测器50。所述芯片20固定于所述衬底10上，所述光波导30的一端插入所述芯片20内，所述连接件40连接所述光波导30的另一端及所述信号检测器50。

请一并参阅图2，在本发明的实施例中，所述衬底10可为玻璃衬底，所述衬底10上固定有第一电极11及第二电极12，所述第一电极11为工作电极，所述第二电极12为对电极，所述第一电极11与所述第二电极12用于接入外电压且分别与所述芯片20电性连接。

在本发明的实施例中，所述芯片20可为微流控芯片，其贴合封装于所述衬底10上并可由聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane，PDMS）制成。所述芯片20开设有样品流道23，用于注入样品液体。所述样品流道23包括第一侧壁231及第二侧壁232，所述第一侧壁231与第二侧壁232相对。利用电子束蒸发工艺的方向性并结合PDMS带有通透结构的薄膜作为掩膜，可在所述芯片20上蒸镀第三电极21及第四电极22。所述第三电极21为反应电极，其一端与所述第一电极11电性连接，另一端211连接于所述第一侧壁231。所述第四电极22为对电极，其一端与所述第二电极12电性连接，另一端221连接于所述第二侧壁232，如此当所述样品流道23内注有样品液体时，这些电极与所述样品液体之间构成一个电化学反应回路。

在本发明的实施例中，所述芯片20内还开设有波导流道24，其包括入光口241及出光口242。所述入光口241靠近所述第二侧壁232且对准所述第三电极21的端口211，所述入光口241与所述第二侧壁232不相互连通。所述入光口241设计成透镜的结构，以利于将光耦合进所述波导流道24内部，所述波导流道24内部注有波导液体以形成液体波导，所述波导液体可为矿物油，其折射率高于PDMS，光在所述波导液体与所述波导流道24内壁的接触面上产生全反射，从而将光限制在所述波导流道24的波导液体内传播。所述波导流道24的出光口242连接所述光波导30，所述光波导30可为光纤，由于所述出光口242设计成鱼尾扇形结构，因而所述光波导30可方便的插入所述出光口242内。

在本发明的实施例中，所述连接件40可为光纤通道（Fibre Channel，FC）接口，所述连接件40置于所述光波导30及所述信号检测器50之间，并将所述光波导30内的光耦合到所述信号检测器50内以保证了光从光波导30导入到所述信号检测器50时不会有大的光损耗。所述信号检测器50可为光电倍增管，其接收所述光波导30传输过来的光信号后将所述光信号转换为电信号，并对所述电信号进行放大。

组装时，将所述芯片20与所述衬底10进行封装对接，封装对接过程要保证所述衬底10表面的第一电极11与所述第三电极21导通及所述第四电极22与所述衬底10表面的第二电极12导通。所述光波导30的一端通过出光口242的鱼尾扇形口插入所述波导流道24内。所述光波导30的另一端被所述连接件40锁住在信号检测器50的接口处。

测试时，将所述样品液体注入到所述样品流道23内，通过在所述样品流道23的注入端口施加一个较小的气压可驱动所述样品液体在所述样品流道23内的流动。在所述第一电极11与第二电极12上施加电压，由于所述第三电极21与所述第一电极11电性连接，所述第四电极22与所述第二电极12之间也电性连接，因而这些电极与所述样品液体之间构成一个电化学反应回路。所述样品液体在所述第三电极21的端口211处发生电化学反应而辐射出信号光，所述信号光被所述波导流道24入光口241的透镜结构收集后进入所述波导流道24内并在所述液体波导内传播，由于所述波导流道24内的波导液体折射率大于所述PDMS的折射率，因而所述信号光在所述波导液体与所述样品流道的侧壁接触面上将发生全反射，如此所述信号光将大部分被限制在所述波导流道24的导波液体内而不会逸出。所述信号光随后经所述出光口242耦合到所述光波导30中，并经所述连接件40后最终被所述信号检测器50收集，所述信号检测器50将所述光信号转换为电信号，由于所述信号光往往比较微弱，因为其转换成的电信号也比较微弱，所述信号检测器50还同时对所述电信号进行放大，以方便接下来的分析计算。

综上所述，本发明实施例提供的微流控液体波导电化学发光检测装置，利用微流控芯片制成的芯片20将所述样品液体限制在一个微米级的样品流道23内流动，并通过在芯片20上蒸镀第三电极21及第四电极22实现电压的加载。在所述第三电极21处产生的光信号在所述导波流道24内的波导液体内传播并从所述出光口242导出，最终进入信号检测器50，从而实现在微流孔芯片上对样品液体进行电化学发光检测。本发明提供的微流控液体波导电化学发光检测装置，其设计小巧、结构简单，针对不同的电化学发光体系，均可进行光的收集和检测。另外，本发明提供的微流控液体波导电化学发光检测装置还可以减小样品液体的使用量及优化内部电极点阵数目，并能够定点检测及同时检测多个电化学发光点的信号，从而实现高通量检测的目的。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述微流控液体波导电化学发光检测装置包括衬底、芯片、光波导及信号检测器，所述衬底固定有第一电极及第二电极，所述第一电极及所述第二电极用于接入外电压并分别与所述芯片电性连接，所述芯片固定于所述衬底上，所述芯片开设有微米级的样品流道及波导流道，所述样品流道用于注入样品液体，所述波导流道用于注入波导液体以形成液体波导，所述芯片形成有第三电极和第四电极，所述第三电极的一端与所述第一电极电性连接，所述第三电极的另一端连接于所述样品流道内，所述第四电极的一端与所述第二电极电性连接，所述第四电极的另一端连接于样品流道内；所述波导流道包括入光口及出光口，所述入光口设计为透镜结构，并靠近所述样品流道且二者互不连通，所述光波导的两端分别连接所述波导流道的出光口及所述信号检测器，对所述样品流道内的样品液体施加电压，所述样品流道内的样品液体在电作用下发生电化学反应而辐射出信号光，所述信号光被所述入光口的透镜结构收集后进入所述波导流道内，并依次透过所述波导流道形成的液体波导及所述光波导后被所述信号检测器收集。

2.根据权利要求1所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述衬底为玻璃衬底，所述第一电极为工作电极，所述第二电极为对电极。

3.根据权利要求2所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述芯片由聚二甲基硅氧烷制成，所述第三电极为反应电极，所述第四电极为对电极。

4.根据权利要求3所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述样品流道包括第一侧壁及第二侧壁，所述第三电极连接于所述第一侧壁，所述第四电极连接于所述第二侧壁。

5.根据权利要求4所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述入光口靠近所述样品流道的第二侧壁并对准所述样品流道上镀有所述第三电极的位置。

6.根据权利要求3所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述波导液体的折射率高于所述聚二甲基硅氧烷的折射率，从而所述信号光在所述波导液体与所述波导流道的接触面形成全反射，以将所述信号光限制在所述波导流道内。

7.根据权利要求5所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述波导流道还包括出光口，所述出光口连接所述光波导，所述出光口设计成鱼尾扇形结构，便于插入所述光波导。

8.根据权利要求1所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述光波导为光纤，所述光纤的一端插入所述波导流道的出光口，另一端连接所述信号检测器。

9.根据权利要求1所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述微流控液体波导电化学发光检测装置还包括连接件，所述连接件为光纤通道接口，所述连接件置于所述光波导及所述信号检测器之间，将在所述光波导内传播的信号光耦合到所述信号检测器内。

10.根据权利要求1所述的微流控液体波导电化学发光检测装置，其特征在于，所述信号检测器为光电倍增管，所述光电倍增管将光信号转换为电信号并放大所述电信号。