CN108593530B - 微颗粒前向散射光检测装置及其检测方法 - Google Patents
微颗粒前向散射光检测装置及其检测方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种微颗粒前向散射光检测装置及其检测方法，所述装置包括：平台、微流控芯片、驱动组件、光激发组件、光检测组件和数据处理组件，所述平台为暗室结构，光激发组件嵌于平台顶部或通过密封结构与平台连接，微流控芯片和光检测组件固定在平台内，驱动组件通过平台与微流控芯片连接，光检测组件与数据处理组件连接，本发明有益效果为检测装置结构简单、准确度高、成本低，检测方法简单科学。
Description
技术领域
本发明涉及一种微颗粒前向散射光检测装置及其检测方法。
背景技术
微颗粒普遍存在于生活生产与科学研究中，固体粉末或悬浮粒子尺寸大小的测量，在科学研究和工农业生产的许多部门都有着广泛的应用，诸如环保、动力、医药、机械、电子、轻工、建筑及化工等领域。产品质量的优劣以及生产过程中的安全性与颗粒尺寸的大小有直接的关系，颗粒尺寸的大小对环境保护、工业生产质量控制、医疗卫生等众多领域的发展有着重要的意义。因而近年来微颗粒尺寸的测量技术受到了国内外的重视，得到了迅速的发展。精确而又方便地测量微颗粒尺寸的大小已成为一门专门的科学技术。
粒子尺寸的测量方法通常可以分为两大类，取样测量法和非接触式测量法。非接触式测量法中，由于光学测粒技术对流场无扰动，尤其是能够与激光技术和计算机技术相结合进行实时在线测量，因而得到了迅速的发展。采用Mie散射理论的小角前向散射颗粒测量技术，是目前使用的一种先进、应用最广泛和最有发展前景的一种颗粒测量技术。在测量颗粒粒径的多种技术中，光散射法以其特有的优势——适用性广、粒径测量范围大、测量重复性好、快速实时、自动化和智能化程度高、干扰因素少、在线测量等而得到充分重视。并在其相关技术光电器件和计算机信息处理等技术发展成熟的前提下得到了飞速发展和广泛应用。目前已有的最准确方法是用流式细胞仪进行前向散射的检测，但是流式细胞仪的体积庞大并且对所检测颗粒的要求非常苛刻，所以用流式细胞仪有一定的不方便性。
发明内容
本发明克服了流式细胞仪中所检测微颗粒的局限性问题，提供一种结构简单、体积小巧、准确度高的微颗粒前向散射光的装置及其检测方法，解决了对于微颗粒尺寸大小无法现场检测、检测设备昂贵、样品处理繁琐等问题。
本发明提供了一种微颗粒前向散射光检测装置，包括平台、微流控芯片、驱动组件、光激发组件、光检测组件和数据处理组件，所述平台为暗室结构，光激发组件嵌入在平台顶部或通过密封结构与平台连接，微流控芯片和光检测组件固定在平台内，驱动组件通过平台与微流控芯片连接，光检测组件与数据处理组件连接；
所述微流控芯片由玻璃片和固定在玻璃片上的聚二甲基硅氧烷组成，所述聚二甲基硅氧烷表面设有样品储液槽、鞘液储液槽、废液储液槽，样品储液槽设有与样品储液槽连通的样品通道，鞘液储液槽设有与鞘液储液槽连通的鞘液通道，废液储液槽设有与废液储液槽连通的检测通道，样品通道与鞘液通道交汇后与检测通道连通，检测通道设有检测区域，样品储液槽、鞘液储液槽和废液储液槽被驱动组件所驱动；
所述光激发组件由LED、聚焦光路和滤光片Ⅰ组成，所述LED与滤光片Ⅰ之间设置有聚焦光路；
所述光检测组件由滤光片Ⅱ和光敏探测器组成，所述滤光片Ⅱ的下方设有光敏探测器。
所述LED发出的光线经过聚焦光路聚焦后透过滤光片Ⅰ，垂直照射检测区域的微颗粒，使微颗粒产生小角度的前向散射光，从而透过滤光片Ⅱ，被光敏探测器所接收。
所述驱动组件为压力驱动组件或电力驱动组件。
所述数据处理组件使用包括微处理器。
所述样品通道与鞘液通道垂直交汇。
所述光激发组件的光斑所覆盖区域布满微流控芯片的检测区域。
所述光检测组件在平台的内部位于微流控芯片的下方，所述数据处理组件在平台的外部且封装在平台的底部。
所述LED与光激发组件中的滤光片Ⅰ同一种颜色。同时所述LED和光激发组件中的滤光片Ⅰ要与光检测组件中的滤光片Ⅱ不是同一种颜色。
一种微颗粒前向散射光检测方法，包括如下步骤：
a、将鞘液加入到鞘液储液槽，将微颗粒加入到样品储液槽，开启光激发组件、光检测组件、数据处理组件、驱动组件，使鞘液和样品溶液分别沿着样品通道和鞘液通道经过检测通道流向废液储液槽，微颗粒经过检测区时会在光激发组件的作用下产生前向散射光，从而透过光检测组件中的滤光片后被光敏探测器所接收，经过数据处理组件进行数据处理，最终将数据在PC显示端显示出来；
b、通过脉冲信号的强弱和数量，从而反映微颗粒的尺寸大小和数量。
本发明的工作原理：
本发明所述微颗粒在鞘液作用下，经聚焦光路聚焦后一个一个经过检测区域，避免了多个微颗粒同时经过检测区域而产生的误差，在检测区域处，利用一束LED光垂直照射微颗粒，使微颗粒产生小角度的前向散射光，该小角度前向散射光会由于角度原因透过与之颜色不同的滤光片，从而被光检测组件检测到，所检测到的光强大小表征微颗粒的体积与尺寸大小，光强越强，则微颗粒粒径越大；反之，光强越弱，则微颗粒粒径越小。
本发明的有益效果：
本发明根据Mie散射在前向小角范围内的散射光强是颗粒尺寸的单调函数，提供一种通过测量前向小角散射光强来确定颗粒尺寸的装置和方法。本发明解决了微颗粒尺寸大小无法现场检测、检测设备昂贵、样品处理繁琐等问题，该装置结构简单、体积小、精度高、成本低，并且可检测很多微颗粒的前向散射光。该方法方便科学，重复性好，与计算机技术联用后可以发展为一种新型的粒子在线检测技术。这将对于环保、动力、医药、机械、电子、轻工、建筑及化工等领域具有重要的科学意义和现实价值。
附图说明
本发明共有附图5幅，其中：
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的微流控芯片结构示意图；
图3为本发明的光激发组件结构示意图；
图4为本发明的光检测组件结构示意图；
图5为本发明的整体流程示意图；
图中：1、平台，2、光激发组件，3、微流控芯片，4、光检测组件，5、数据处理组件，6、驱动组件，7、玻璃片，8、聚二甲基硅氧烷，9、样品储液槽，10、鞘液储液槽，11、废液储液槽，12、鞘液通道，13、样品通道，14、检测区域，15、检测通道，16、LED，17、滤光片Ⅰ，18、聚焦光路，19、滤光片Ⅱ，20、光敏探测器，21、PC显示端。
具体实施方式
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
实施例
结合附图说明该实施例。如图1-5所示，一种微颗粒前向散射光检测检测装置，包括平台1、微流控芯片3、驱动组件6、光激发组件2、光检测组件4和数据处理组件5，所述平台1为暗室结构，光激发组件2嵌于平台1顶部，微流控芯片3和光检测组件4固定在平台1内，光检测组件4位于微流控芯片3的下方，驱动组件6通过平台1与微流控芯片3连接，光检测组件4与数据处理组件5连接，PC显示端21与数据处理组件5连接；
所述微流控芯片3由玻璃片7和固定在玻璃片上的聚二甲基硅氧烷8组成，所述聚二甲基硅氧烷8表面设有样品储液槽9、鞘液储液槽10和废液储液槽11，样品储液槽9设有与样品储液槽9连通的样品通道13，鞘液储液槽10设有与鞘液储液槽10连通的鞘液通道12，废液储液槽11设有与废液储液槽11连通的检测通道15，样品通道13和鞘液通道12垂直交汇后与检测通道15连通，检测通道15设有检测区域14，样品储液槽9、鞘液储液槽10和废液储液槽11被电力驱动组件6所驱动；
所述光激发组件2由LED16、聚焦光路18和滤光片Ⅰ17组成，所述LED16与滤光片Ⅰ17之间设置有聚焦光路18；
所述光检测组件4由滤光片Ⅱ19和光敏探测器20组成，所述滤光片Ⅱ19的下方设有光敏探测器20。
所述LED16发出的光线经过聚焦光路18聚焦后透过滤光片Ⅰ17，垂直照射检测区域14的微颗粒，使微颗粒产生小角度的前向散射光，从而透过滤光片Ⅱ19，被光敏探测器20所接收。
所述数据处理组件5使用包括微处理器。
所述LED16与光激发组件2中的滤光片Ⅰ17同一种颜色。同时所述LED16和光激发组件2中的滤光片Ⅰ17要与光检测组件4中的滤光片Ⅱ19不是同一种颜色。所述光激发组件3的光斑所覆盖区域布满微流控芯片2的检测区域14。
一种微颗粒前向散射光检测方法，包括如下步骤：
将10μL鞘液加入到鞘液储液池10，将1μL含微颗粒的溶液加入到样品储液池9，开启光激发组件2、光检测组件4、数据处理组件5、电力驱动组件6，使鞘液和样品溶液分别沿着鞘液通道12和样品通道13经过检测通道15流向废液储液池11，样品溶液中微颗粒经过检测区域14时，会被光激发组件激发出前向小角散射光，这个光强会被光检测组件4中的光敏探测器所接收，经过数据处理组件5将光信号转化为数字脉冲信号，最终在PC显示端21显示出来，可已通过脉冲信号的强弱和数量，从而反映微颗粒的尺寸大小和数量。
Claims (5)
1.一种微颗粒前向散射光检测装置的检测方法，其特征在于：所述的装置包括平台(1)、微流控芯片(3)、驱动组件(6)、光激发组件(2)、光检测组件(4)和数据处理组件(5)，所述平台(1)为暗室结构，光激发组件(2)嵌于平台(1)顶部或通过密封结构与平台(1)连接，微流控芯片(3)和光检测组件(4)固定在平台(1)内，驱动组件(6)通过平台(1)与微流控芯片(3)连接，光检测组件(4)与数据处理组件(5)连接；
所述微流控芯片(3)由玻璃片(7)和固定在玻璃片上的聚二甲基硅氧烷(8)组成，所述聚二甲基硅氧烷(8)表面设有样品储液槽(9)、鞘液储液槽(10)和废液储液槽(11)，样品储液槽(9)设有与样品储液槽(9)连通的样品通道(13)，鞘液储液槽(10)设有与鞘液储液槽(10)连通的鞘液通道(12)，废液储液槽(11)设有与废液储液槽(11)连通的检测通道(15)，样品通道(13)和鞘液通道(12)交汇后与检测通道(15)连通，检测通道(15)设有检测区域(14)，样品储液槽(9)、鞘液储液槽(10)和废液储液槽(11)被驱动组件(6)所驱动；
所述光激发组件(2)由LED(16)、聚焦光路(18)和滤光片Ⅰ(17)组成，所述LED(16)与滤光片Ⅰ(17)之间设置有聚焦光路(18)；
所述光检测组件(4)由滤光片Ⅱ(19)和光敏探测器(20)组成，所述滤光片Ⅱ(19)的下方设有光敏探测器(20)；
所述LED(16)发出的光线经过聚焦光路(18)聚焦后透过滤光片Ⅰ(17)，垂直照射检测区域(14)的微颗粒，使微颗粒产生小角度的前向散射光，从而透过滤光片Ⅱ(19)，被光敏探测器(20)所接收；
所述LED(16)与光激发组件(2)中的滤光片Ⅰ(17)为同一种颜色，同时与光检测组件(4)中的滤光片Ⅱ(19)不是同一种颜色；
所述的装置的检测方法，包括如下步骤：
①将鞘液加入到鞘液储液槽(10)，将微颗粒加入到样品储液槽(9)，开启光激发组件(2)、光检测组件(4)、数据处理组件(5)、驱动组件(6)，使鞘液和样品溶液分别沿着样品通道(13)和鞘液通道(12)经过检测通道(15)流向废液储液槽(11)，微颗粒经过检测区时会在光激发组件(2)的作用下产生前向散射光，从而透过光检测组件(4)中的滤光片(19)后被光敏探测器(20)所接收，经过数据处理组件(5)进行数据处理，最终将数据传送到PC显示端(21)；
②通过脉冲信号的强弱和数量，从而反映微颗粒的尺寸大小和数量。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述驱动组件(6)为压力驱动组件或电力驱动组件。
3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述数据处理组件(5)包括微处理器。
4.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述样品通道(13)与鞘液通道(12)垂直交汇。
5.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述光检测组件在平台的内部位于微流控芯片的下方。
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