CN110237875A - 基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片 - Google Patents

基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片 Download PDF

Info

Publication number
CN110237875A
CN110237875A CN201910468904.XA CN201910468904A CN110237875A CN 110237875 A CN110237875 A CN 110237875A CN 201910468904 A CN201910468904 A CN 201910468904A CN 110237875 A CN110237875 A CN 110237875A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quasi
label
scatterometry
waveguiding
fluidic chip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910468904.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110237875B (zh
Inventor
张璐
吕宁
蒋丽丽
吴涵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201910468904.XA priority Critical patent/CN110237875B/zh
Publication of CN110237875A publication Critical patent/CN110237875A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110237875B publication Critical patent/CN110237875B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/502—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures
    • B01L3/5027—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip
    • B01L3/502707—Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes with fluid transport, e.g. in multi-compartment structures by integrated microfluidic structures, i.e. dimensions of channels and chambers are such that surface tension forces are important, e.g. lab-on-a-chip characterised by the manufacture of the container or its components
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/47—Scattering, i.e. diffuse reflection
    • G01N2021/4704—Angular selective
    • G01N2021/4707—Forward scatter; Low angle scatter
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2201/00—Features of devices classified in G01N21/00
    • G01N2201/08—Optical fibres; light guides
    • G01N2201/0873—Using optically integrated constructions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Hematology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Optical Measuring Cells (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导结构同轴依次排列，免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构同轴依次排列，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导的轴线与免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构的轴线夹角为6°‑‑9°。微流控芯片前端实现具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束波导结构，解决入射光束发散角控制问题，提高微流控芯片内细胞散射前向小角度重要光信息的信噪比；在微流控芯片接收端设计免标记细胞散射接收波导结构，能够将某一角度散射信号精准导出并聚焦，实现高精度的微流控系统内的免标记细胞识别与分类。

Description

基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片
技术领域
本发明属于免标记细胞散射检测研究领域，涉及基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片。
背景技术
微流控芯片是细胞检测的重要工具，广泛应用于临床血液诊断，免疫生物学等。目前，常规的微流控细胞检测技术，多采用荧光标记方法。由于荧光染料具有毒性等问题，导致对细胞活性、生物功能及状态产生不可逆的影响，无法满足药物敏感实验，病变状态追踪等后续研究与应用的需要。故此，基于微流控系统的免标记细胞对散射检测方法成为近年来的研究热点。细胞的光学散射信息蕴含大量细胞的生物、物理特征。不同角度的散射信息与细胞的各类特征均有密切的联系，例如前向小角度散射信息与细胞的粒度关系密切，侧向散射信息可以反映细胞的内部组成。然而，细胞的散射信号极其微弱，非常容易受到外界噪声的干扰。发散入射光束的泄露是导致细胞散射信噪比大幅度下降，乃至被淹没的主要问题。目前公开的免标记散射测量的入射光束主要采用空间线性光束调制方法，入射光束的发散角控制效果较差，特别在采用光纤系统测量时，极易导致散射信号被淹没的现象。
发明内容
本发明的目的为了克服上述现有技术不足，提出基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，采用微纳光波导制造技术，在微流控芯片内实现准贝塞尔光束的非线性入射光场发散调控，在微流控芯片前端设计并实现具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束波导结构，从而解决入射光束发散角控制问题，提高微流控芯片内细胞散射前向小角度重要光信息的信噪比。在微流控芯片接收端设计免标记细胞散射接收波导结构，能够将某一角度散射信号精准导出并聚焦，实现高精度的微流控系统内的免标记细胞识别与分类。
本发明采用如下技术方案实现：
基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，包括入射光纤耦合波导结构、准贝塞尔光束调控波导结构、微流体入口和出口端、流体聚焦微通道结构、免标记细胞散射接收波导结构、采集光纤定位结构，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导结构同轴依次排列，免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构同轴依次排列，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导的轴线与免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构的轴线夹角为6°到9°中的选择测量角度。
准贝塞尔光束调控波导结构包括依次排列的准贝塞尔光束前棱角结构、后棱角结构，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角和后棱角，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本。
免标记细胞散射接收波导结构包括依次排列的散射测量波导结构、散射测量聚焦微透镜，散射测量波导结构、散射测量聚焦微透镜的轴线与依次排列的前棱角结构、后棱角结构轴线夹角为6°--9°，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角和后棱角，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本，产生的散射光由散射测量波导结构前端面接收，经由散射测量波导结构的波导传递至后端面的散射测量聚焦微透镜聚焦。
采集光纤定位结构包括依次排列的光纤限位结构和光纤固定结构，光纤限位结构和光纤固定结构与散射测量波导结构、散射测量聚焦微透镜同轴，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角和后棱角，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本，产生的散射光由散射测量波导结构前端面接收，经由散射测量波导结构的波导传递至后端面的散射测量聚焦微透镜聚焦，由光纤限位结构和光纤固定结构固定在散射测量聚焦微透镜焦点位置处的光纤所接收。
本发明在微流控芯片前端设计并实现具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束波导结构，从而解决入射光束发散角控制问题，提高微流控芯片内细胞散射前向小角度重要光信息的信噪比；在微流控芯片接收端设计免标记细胞散射接收波导结构，能够将某一角度散射信号精准导出并聚焦，实现高精度的微流控系统内的免标记细胞识别与分类。本设计中的微流控芯片无需改变生物颗粒的原始生理状态，无需对生物样本进行任何化学染色等处理，避免了实验操作中不一致性等问题导致的样品识别错误等问题；样本颗粒检测方法简单，无需依赖操作人员的从业经验，同时无需使用任何具有毒性、环境破坏性等化学物质；基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，有望为临床医学检测提供一种绿色化的活体细胞检测新方法。
附图说明
图1为芯片结构示意图。其中：1入射光纤耦合波导结构，2前棱角结构，3后棱角结构，4缓冲液第一入口端,5缓冲液第二入口端，6缓冲液第三入口端，7样本液入口端，8出口端,9流体聚焦微通道结构，10散射测量波导结构，11散射测量聚焦微透镜；12光纤限位结构；13光纤定位结构；
图2为准贝塞尔光束调控波导结构中后棱角设计验证图；其中：2(a)不同后棱角设计形成的微流道轴向不同位置准贝塞尔光束光斑结果，2(b)不同后棱角对应的光束发散性；
图3为基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片流体聚焦实验结果；
图4为基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片的前向散射测量下限角度模拟结果；
图5为基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片检测平台。其中14光纤激光器，15电控注液泵,16光电探测器，17信号采集卡，18存储计算机，19缓冲液注入口，20探测区域，21基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片。
图6为基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片散射信号实验结果，其中：6(a)准贝塞尔光束微流控芯片测量的免标记16.5微米微球前向6度散射实验结果,6(b)免标记16.5微米微球前向6度散射实验数据分析结果；
图7为基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片的制造工艺。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一种实施例过程做进一步描述。
本发明公开了基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，参照图1所示，分为入射光纤耦合波导结构、准贝塞尔光束调控波导结构、微流体入口和出口端、流体聚焦微通道结构、免标记细胞散射接收波导结构；包括入射光纤耦合波导结构，前棱角结构，后棱角结构，缓冲液第一入口端,缓冲液第二入口端，缓冲液第三入口端，样本液入口端，出口端,流体聚焦微通道结构，散射测量波导结构，散射测量波导结构，散射测量聚焦微透镜，光纤限位结构，光纤定位结构。
本发明光纤嵌入入射光纤耦合波导结构，高斯光束经过准贝塞尔光束调控波导结构，获得适合免标记细胞散射测量的具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束；通过微流体入口和出口端、流体聚焦微通道结构将检测细胞稳定在流道中间的探测区域，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束通过准贝塞尔光束调控波导结构辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的检测细胞，产生的散射光由散射测量波导结构前端面接收，经由波导传递至后端面的散射测量聚焦微透镜聚焦，由采集光纤定位结构固定的在散射测量聚焦微透镜焦点位置的光纤所接收。
本发明采用以下技术方案：高斯光束分别通过前棱角α和后棱角β的两次调控，将高斯光束调整为无衍射的准贝塞尔光束，确保在微流控区域径向自由空间输出光束光强分布保存一直，反映到宏观即其发散角控制在有限范围内，形成光束平行特性优良的免标记细胞入射光源。前后棱镜结构是由携带大角度棱镜的波导结构构成，当高斯光束通过其后将形成一段零阶准贝塞尔光束，在自修复距离内零阶准贝塞尔光束遇到细胞或其它障碍物时，光场不会受到障碍物的影响而增大发散角，一方面高效地为细胞提供散射照明光源，另一方面利用贝塞尔光束的自修复能力保证后续传播光束的平行特性，提高前向散射采集端的信噪比。零阶准贝塞尔光束的自修复距离数学表达为：
其中，r是通光孔径半径，θ为光线偏向角。
参照图2所示，通常准贝塞尔光束的调制棱镜设计为前棱角大于后棱角，定前棱角为175°，仅对高斯光束进行微会聚调整，主要通过改变后棱角的大小来获得满足检测条件的准备塞尔光束，分别设计了后棱角为130°，140°，150°，的微棱镜进行光学仿真。利用Tracepro光学仿真软件模拟高斯光束经微棱镜调制后再流道中，沿传播方向不同位置截面的光斑大小。如图2(a)所示，其中α为微棱角的前棱角设为170°，β为微棱镜的后棱角分别设为130°，140°，150°，L为微棱镜厚度，设为100μm，图表中横坐标为流道与探测平面的距离，纵坐标为探测光束不同位置处光斑面积相对于流道中心处(Distance＝300μm)光斑面积的相对大小,从图2(a)可以看出不同距离不同角度的下的能量分布差异不明显，验证本发明设计的准贝塞尔光束调控波导结构所调制的光束基本符合准贝塞尔光束在一段距离不发生衍射的特性，能满足探测光束的基本要求。从图2(b)中可以看出贝塞尔光束在流道中传播，光斑面积逐渐增大，而大小变换相对于流道中心处(Distance＝300μm)的光斑均未超过10％，其中后棱角为140°时相较130°和150°在曲线平滑性方面稍具优势。
参照图3所示,将样本液和缓冲液注入样本液入口以及缓冲液入口、对流体聚焦微通道结构以及散射信号探测区域进行观察，由实验结果可以看出，样本液在流道内可以形成稳定的流体聚焦，此情况下设置的缓冲液进液口流速为0.014m/s和样本液进液口流速为0.002m/s，
参照图4所示，为了实现探测信号最优的信噪比，探测光纤接收角度选定至关重要，本发明基于流道中心线与光路主轴分别设计了4°，5°，6°，7°，8°，9°接收角度，当小球通过流道时，设小球在探测光束正中心时坐标为0，样本流动方向为正方向，以5μm为步进长度，分别设置了13个步进分别计算小球在不同位置时接收光纤槽横截面的通光量，采用TracePro软件模拟计算，仿真使用30μm的小球模拟细胞流经探测区域，分别在接收端设计4°～9°的探测光纤接收面来接收小球在经激光辐照过程的散射信号变化趋势。图4中可以看出，探测光纤角度设置过小时，散射信号会淹没在背景噪声中，从而无法探测到颗粒产生的散射信号，就仿真结果而言，6°--9°的光纤设置角度所采集到的散射信号具有较好的识别性；高于9°散射信号携带信息较少，故不考虑。
参照图5所示，将光纤激光器的光纤接入芯片的入射光纤耦合波导结构，光电探测器的光纤接入芯片的光纤定位结构；将电控注液泵的样本注入口，缓冲液注入口根据需求连接芯片样本液入口端和缓冲液入口端，注入样本液以及缓冲液，散射信号由光电探测器的光纤接收端接收，保存在采集卡中，经由存储计算机进行信号处理。
参照图6所示，如图6(a)所示横坐标为采样时间，纵坐标为光电探测器输出的强度值，图6(b)即为大量数据点统计而成的结果图，横坐标为数据点的电压强度值，纵坐标为样本点的个数。聚苯乙烯颗粒漂浮在水中，水的散射信号作为背景必然具有更多的样本数量，颗粒具有比水更高的折射率，因此其信号强度相较背景会更强，而统计数据应满足高斯分布的规律，从图中可以看出左侧的高峰即为统计的背景数据量，右侧小的峰值应为颗粒的散射信号。从信号统计分布上看，颗粒的散射信号强度值与背景散射值可以清晰的分辨出来。
实施例一：
参照图7所示,其主要构思是通过翻模方式将结构复制到PDMS上，PDMS翻模以后便可以形成流道、波导等不同的功能结构。相比于现有技术，本发明既可以实现功能结构的快速、精确成型，又不需要昂贵的设备和复杂的操作流程，从而可以降低微流控芯片的生产成本，有助于微流控芯片的推广。
步骤1：制作光刻掩膜版，具体是利用不透明的遮光薄膜在透明基板上形成掩膜图形结构，再通过曝光过程将图形信息转移到衬底基片上。此外，光刻掩膜版中透明基板的材料一般为透明玻璃，遮光膜的材料一般为铬膜。上述制作详细步骤在本发明中不作详述。
步骤2：匀胶，选择硅片作为基底，将EPG535光刻胶以一定的膜厚度均匀平整地分布在基底表面上。
步骤3:前烘，匀胶结束后，对匀有EPG535的硅片放到95℃中保持5分钟，后冷却，将前烘完成的匀有EPG535的硅片冷却至室温，方便后续操作。
步骤4：光刻，将光刻掩膜版覆盖在匀有EPG535的硅片上，并用紫外线进行照射。
步骤5:配置显影液，取5gNaOH固体颗粒溶于1000ml的纯水中，配置5‰的NaOH溶液为光刻胶显影液。
步骤6：后烘，匀胶结束后，对匀有EPG535的硅片放到95℃中保持5分钟。后冷却，将后烘完成的光刻完的硅片冷却至室温，方便后续操作。
步骤7：显影，在将冷却好的光刻完的硅片整体侵泡在5‰的NaOH溶液中30s进行显影。步骤四和八中，应使用数显电热板，而不是鼓风干燥箱，以免因光刻胶表面优先固化而延缓甚至阻止内层光刻胶溶剂的挥发。将显影过的硅片进行小鼓细流冲洗，直至显影液冲洗干净，并烘干硅片表面残留的水珠
步骤8：溅射铝，在整个显影过的硅片表面磁溅射厚度为200纳米的铝膜。
步骤9：剥离，将溅射铝薄膜的硅片侵泡在丙酮溶液中进行剥离，将侵泡过丙酮溶液的硅片用酒精进行冲洗去除表面的丙酮残夜，而后继续用纯水流冲洗，直至表面冲洗干净，并烘干表面残留的水珠。
步骤10:刻蚀，将剥离完成的硅片进行干法刻蚀，根据需求设定刻蚀深度。上述制作详细步骤在本发明中不作详述。
步骤11:配置PDMS翻模溶液，PDMS常温下以液态存在，加入固化剂以后加热固化。配置的时候，PDMS和固化剂按照质量分数10:1配比，由于PDMS粘度比较大，为了使固化剂充分混合到PDMS溶液中去，必须用搅拌棒充分搅拌。不可避免的在搅拌过程中，会产生大量的气泡。气泡的存在会破坏流道结构，而且会影响观察。所以需要将配置好的混合剂放在真空干燥箱中抽取真空以便将气泡抽取出来。步骤中的真空干燥箱，应在常温状态下使用防止PDMS翻模溶液提前固化。
步骤13：浇注，经过抽真空处理的PDMS翻模溶液透明清澈，接下来将PDMS翻模溶液浇注到放有刻蚀好的硅片的培养皿中，在浇注过程中注意溶液应该不存在气泡，如果存在气泡可以通过不锈钢针的针尖将气泡戳破，以防止气泡影响结构精度。选择浇注厚度约为3-5mm，为了避免结构太薄的不稳定性，以及太厚造成的成像不清晰。将培养皿静置到溶液表面平整，最后将其放到烘烤台，温度75℃保温半小时使得PDMS固化，然后冷却到室温。
步骤14：翻模，固化好的PDMS在整个培养皿中，先用尖头的切割刀从结构边缘部位切割PDMS，待PDMS与培养皿整个边缘脱离以后轻轻的从不同部位掀起PDMS，将揭下来的PDMS放在新鲜的保鲜膜上，上方也覆盖保鲜膜，防止灰尘污染表面。
步骤15：键合，将PDMS置于等离子清洗机中进行电子轰击，进行等离子体表面活性处理，处理完成的PDMS粘附到提前制备的PDMS基底上，静置直至键合牢固。
步骤5、步骤11不分先后，可以按照实际要求调整进行的顺序。
以上步骤除了可以进行芯片的制作之外，还可以进行键合PDMS基底的制作，其中PDMS制取与上述方式相同，即先制备PDMS翻模溶液，然后将PDMS翻模溶液浇注到放置平板基底的培养皿中，待溶液表面平整，将其放到烘烤台加热固化，根据所需大小割取相应的PDMS基底，并延边缘掀起PDMS基底，将揭下来的PDMS基底平放在新鲜的保鲜膜上，上方也覆盖保鲜膜，防止灰尘污染表面。制取PDMS基底的放置培养皿中的平板基底可以是硅片，玻璃等较稳定的固体平板。
以上步骤除了可以进行芯片的制取，还可以实验微流道深度的调整，其具体的调整方式是：通过调整刻蚀深度，可以调整翻模时候流道的形成高度从而调整芯片流道深度。
以上是对基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片的制造工艺的具体说明，但本发明制造工艺并不限于所述步骤，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神前提下还可做出种种等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明要求所限定的范围内。
基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片制作完成后，按照图5搭建控检测平台，确保流道通畅及光束调制合乎设计要求；
(1)按照图5，将光纤激光器的光纤接入芯片的入射光纤耦合波导结构，光电探测器的光纤接入芯片的光纤定位结构；将电控注液泵的样本注入口，缓冲液注入口连接芯片样本液入口端和缓冲液入口端；
(2)配制样本液，采用16.5μm的聚苯乙烯小球作为探测样本与纯水配置样本液。通过电控注液泵的样本注入口，缓冲液注入口注入样本液以及缓冲液；
(3)开启电控注液泵，调整样本液和缓冲液的流速配比，经过样本液入口和缓冲液入口注入芯片，液体经过流体聚焦微通道结构在流体聚焦区域形成稳定的流体聚焦，并在探测区域形成较细的稳定在流道中心的样本流，废液经由废液流出口流出；
(4)打开激光器，将高斯光束通过准贝塞尔光束调控波导结构产生准贝塞尔探测光束，对流道中心流经的样本进行辐照；
(5)开启光电探测器，调节合适的量程及采样频率，接收准贝塞尔光束辐照细胞后产生的散射信号；
(6)光电探测器将采集到的信号存储信号采集卡中，如图6(a)；通过存储计算机matlab对数据进行统计，制作成图表6(b)进行分析；
实验结论：
本发明在微流控芯片前端设计并实现具有自我修复束型能力的不易发生衍射的准贝塞尔光束波导结构，从而解决入射光束发散角控制问题，提高微流控芯片内细胞散射前向小角度重要光信息的信噪比；在微流控芯片接收端设计免标记细胞散射接收波导结构，能够将某一角度散射信号精准导出并聚焦，实现高精度的微流控系统内的免标记细胞识别与分类。本设计中的微流控芯片无需改变生物颗粒的原始生理状态，无需对生物样本进行任何化学染色等处理，避免了实验操作中不一致性等问题导致的样品识别错误等问题；样本颗粒检测方法简单，无需依赖操作人员的从业经验，同时无需使用任何具有毒性、环境破坏性等化学物质；基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，有望为临床医学检测提供一种绿色化的活体细胞检测新方法。

Claims (4)

1.基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，包括入射光纤耦合波导结构、准贝塞尔光束调控波导结构、微流体入口和出口端、流体聚焦微通道结构、免标记细胞散射接收波导结构、采集光纤定位结构，其特征在于，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导结构同轴依次排列，免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构同轴依次排列，入射光纤耦合波导结构与准贝塞尔光束调控波导的轴线与免标记细胞散射接收波导结构与采集光纤定位结构的轴线夹角为6°--9°。
2.根据权利要求1所述的基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，其特征在于，准贝塞尔光束调控波导结构包括依次排列的准贝塞尔光束前棱角结构(2)、后棱角结构(3)，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角(2)和后棱角(3)，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本。
3.根据权利要求1所述的基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，其特征在于，免标记细胞散射接收波导结构包括依次排列的散射测量波导结构(10)、散射测量聚焦微透镜(11)，散射测量波导结构(10)、散射测量聚焦微透镜(11)的轴线与前棱角结构(2)、后棱角结构(3)轴线夹角为6°--9°，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角(2)和后棱角(3)，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本，产生的散射光由散射测量波导结构(10)前端面接收，经由散射测量波导结构(10)的波导传递至后端面的散射测量聚焦微透镜(11)聚焦。
4.根据权利要求1所述的基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片，其特征在于，采集光纤定位结构，包括依次排列的光纤限位结构(12)和光纤固定结构(13)，光纤限位结构(12)和光纤固定结构(13)与散射测量波导结构(10)、散射测量聚焦微透镜(11)同轴，入射光纤耦合波导结构导入的高斯光束入射光依次通过前棱角(2)和后棱角(3)，出射光为准贝塞尔光束辐照流体聚焦微通道结构检测区域中的样本，产生的散射光由散射测量波导结构(10)前端面接收，经由散射测量波导结构(10)的波导传递至后端面的散射测量聚焦微透镜(11)聚焦，由光纤限位结构(12)和光纤固定结构(13)固定在散射测量聚焦微透镜(11)焦点位置处的光纤所接收。
CN201910468904.XA 2019-05-31 2019-05-31 基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片 Active CN110237875B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910468904.XA CN110237875B (zh) 2019-05-31 2019-05-31 基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910468904.XA CN110237875B (zh) 2019-05-31 2019-05-31 基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110237875A true CN110237875A (zh) 2019-09-17
CN110237875B CN110237875B (zh) 2020-11-10

Family

ID=67885668

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910468904.XA Active CN110237875B (zh) 2019-05-31 2019-05-31 基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110237875B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110724627A (zh) * 2019-11-15 2020-01-24 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法
CN111751263A (zh) * 2020-06-08 2020-10-09 西安交通大学 基于灰度共生矩阵的免标记细胞二维散射图像反演方法
CN111921469A (zh) * 2020-08-24 2020-11-13 天津大学 一种“笔记本型”台阶式乳化或反应微装置模块
CN112625900A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 西安电子科技大学 倾斜波导谐振腔电磁辐照细胞实验装置
CN114317234A (zh) * 2022-01-14 2022-04-12 西安交通大学 基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011147943A (ja) * 2010-01-19 2011-08-04 Hitachi Zosen Corp レーザ加工方法とその装置
WO2014076445A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 The University Of Dundee Tunable laser for fluorescence microscopy
CN107773217A (zh) * 2017-09-29 2018-03-09 天津大学 活体组织微循环代谢动态测量装置及方法
CN107907983A (zh) * 2017-10-31 2018-04-13 昆明理工大学 基于局域空心光束照明的数字全息显微装置及其工作方法
CN108444897A (zh) * 2018-03-06 2018-08-24 山东大学 基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法
US20180321233A1 (en) * 2017-05-02 2018-11-08 Sanguis LLC System, Device and Method for Counting Desired Cells in a Body Fluid
CN108873171A (zh) * 2018-07-16 2018-11-23 哈尔滨工程大学 一种多芯光纤类贝塞尔光束阵列光镊
CN108855255A (zh) * 2018-04-17 2018-11-23 华中科技大学 测量动态光散射的微流控芯片、其制备方法和应用
CN109570781A (zh) * 2017-09-28 2019-04-05 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种微孔阵列加工装置及方法
CN109683330A (zh) * 2019-01-30 2019-04-26 复旦大学 通过光纤端面生长微锥产生类贝塞尔光束的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011147943A (ja) * 2010-01-19 2011-08-04 Hitachi Zosen Corp レーザ加工方法とその装置
WO2014076445A1 (en) * 2012-11-14 2014-05-22 The University Of Dundee Tunable laser for fluorescence microscopy
US20180321233A1 (en) * 2017-05-02 2018-11-08 Sanguis LLC System, Device and Method for Counting Desired Cells in a Body Fluid
CN109570781A (zh) * 2017-09-28 2019-04-05 上海微电子装备（集团）股份有限公司 一种微孔阵列加工装置及方法
CN107773217A (zh) * 2017-09-29 2018-03-09 天津大学 活体组织微循环代谢动态测量装置及方法
CN107907983A (zh) * 2017-10-31 2018-04-13 昆明理工大学 基于局域空心光束照明的数字全息显微装置及其工作方法
CN108444897A (zh) * 2018-03-06 2018-08-24 山东大学 基于光片照明与鞘流技术的免标记微流控细胞仪及方法
CN108855255A (zh) * 2018-04-17 2018-11-23 华中科技大学 测量动态光散射的微流控芯片、其制备方法和应用
CN108873171A (zh) * 2018-07-16 2018-11-23 哈尔滨工程大学 一种多芯光纤类贝塞尔光束阵列光镊
CN109683330A (zh) * 2019-01-30 2019-04-26 复旦大学 通过光纤端面生长微锥产生类贝塞尔光束的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴平辉: "Bessel光束的机理及方法研究", 《中国博士学位论文全文数据库 基础科学辑》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110724627A (zh) * 2019-11-15 2020-01-24 长春长光辰英生物科学仪器有限公司 单细胞分选仪的样品菌落定位装置与定位方法
CN111751263A (zh) * 2020-06-08 2020-10-09 西安交通大学 基于灰度共生矩阵的免标记细胞二维散射图像反演方法
CN111921469A (zh) * 2020-08-24 2020-11-13 天津大学 一种“笔记本型”台阶式乳化或反应微装置模块
CN112625900A (zh) * 2020-12-17 2021-04-09 西安电子科技大学 倾斜波导谐振腔电磁辐照细胞实验装置
CN114317234A (zh) * 2022-01-14 2022-04-12 西安交通大学 基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统
CN114317234B (zh) * 2022-01-14 2023-06-27 西安交通大学 基于模块结构的多重病原快速检测体式微流控系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110237875B (zh) 2020-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110237875A (zh) 基于准贝塞尔光波导结构的免标记活细胞检测微流控芯片
CN102998242B (zh) 微流体细胞仪及制作方法
CN103191791B (zh) 生物微粒高通量分选和计数检测的集成芯片系统及应用
US9846151B2 (en) Sample vial for digital holographic analysis of a liquid cell sample
US8194243B2 (en) Cell tray
US10060850B2 (en) Particle detection using reflective surface
CN101490529A (zh) 测量设备、方法和计算机程序
CA2913667A1 (en) Image forming cytometer
CN105136744B (zh) 一种基于微流控芯片粒子捕获式的单粒子散射测量装置
CN203220910U (zh) 生物微粒高通量分选和计数检测的集成芯片
US11455719B2 (en) Image based analysis of samples
CA2464476A1 (en) Optical biological disk analyser
WO2017216314A1 (en) Sample holder for image based analysis of samples
CN106595727A (zh) 基于纳米复制成型的光子晶体纳米流体传感器及制备方法
CN105181649A (zh) 一种新型免标记模式识别细胞仪方法
CN107329249A (zh) 一种单细胞给药与spr检测实验装置
CN115561220A (zh) 一种光散射角分辨检测分析系统
CN109375355A (zh) 共聚焦三维测量装置及其多孔径尼普科夫圆盘
CN102230934A (zh) 激光镊子及微流控对肿瘤微粒体的检测法及检测器
CN108855255A (zh) 测量动态光散射的微流控芯片、其制备方法和应用
CN211826084U (zh) 光栅波导微流体检测系统
CN109433282B (zh) 一种台阶式生物芯片以及用于检测该生物芯片的基因测序装置
CN204514812U (zh) 共聚焦拉曼光谱仪及其光路装置
CN204269525U (zh) 一种微流控多色荧光细胞计数仪
CN211826082U (zh) 光波导微流体检测系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant