CN110412123A - 一种光声微流控成像系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光声微流控成像系统及方法，其中，系统包括激光发射模块、成像模块、微流控芯片和信号处理模块。成像模块包括激光调控单元和超声转换单元；激光调控单元与激光发射模块连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号；微流控芯片包括多个目标样品流动通道，且微流控芯片位于激光扫描信号的传播路径上；超声转换单元用于接收目标样品经激光扫描信号扫描后产生的超声波信号，并转化超声波信号为电信号；信号处理模块与超声转换单元电连接，用于接收并处理电信号，得到目标样品的显微图像。本发明提供的光声微流控成像系统及方法，成像过程无需对样品进行标记、成像方式简单，并能够实现三维成像。

Description

一种光声微流控成像系统及方法
技术领域
本发明实施例涉及成像技术领域，尤其涉及一种光声微流控成像系统及方法。
背景技术
微流控指的是使用微管道(尺寸为数十到数百微米)处理或操纵微小流体(体积为纳升、飞升、皮升级别)的系统所涉及的科学和技术，是一门涉及化学、流体物理、微电子、新材料、生物学和生物医学工程的新兴交叉学科。微流控的重要特征之一是微尺度环境下具有独特的流体性质，如层流和液滴等。借助这些独特的流体现象，微流控可以实现一系列常规方法所难以完成的微加工和微操作。
目前针对微流控芯片的光学检测方法有荧光检测、化学发光和生物发光检测、拉曼光谱检测、折射率检测、热透镜光谱检测和表面等离子激元共振检测等，这些方法存在需要对样品进行标记、成像方式复杂以及无法进行快速三维成像的不足之处。
发明内容
本发明提供一种光声微流控成像系统及方法，成像过程无需对样品进行标记、成像方式简单，并能够实现三维成像。
第一方面，本发明实施例提供了一种光声微流控成像系统，包括激光发射模块、成像模块、微流控芯片和信号处理模块；
所述成像模块包括激光调控单元和超声转换单元；所述激光调控单元与所述激光发射模块连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号；
所述微流控芯片包括多个目标样品流动通道，且所述微流控芯片位于所述激光扫描信号的传播路径上；
所述超声转换单元用于接收目标样品经所述激光扫描信号扫描后产生的超声波信号，并转化所述超声波信号为电信号；
所述信号处理模块与所述超声转换单元电连接，用于接收并处理所述电信号，得到所述目标样品的显微图像。
可选的，所述光声微流控成像系统还包括目标样品注入模块；
所述目标样品注入模块一端与所述信号处理模块电连接，另一端与所述目标样品流动通道连接，用于接收所述信号处理模块发送的目标样品注入指令，根据所述目标样品注入指令将所述目标样品注入所述目标样品流动通道中。
可选的，所述激光发射模块包括激光源；
沿所述激光信号的传播方向，所述激光源的激光信号出射端依次设置有空间滤波器、第一准直透镜、物镜和光纤单元的入射端；
所述光纤单元的出射端与所述激光调控单元连接。
可选的，所述激光调控单元包括第二准直透镜、二维扫描振镜和扫描透镜；所述第二准直透镜的入射端与所述光纤单元的出射端连接，所述第二准直透镜用于将所述光纤单元的出射端出射的激光信号准直；所述二维扫描振镜的入射面与所述第二准直透镜的出射端连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号；所述二维扫描振镜的出射面与所述扫描透镜的入射面连接，所述扫描透镜用于将所述二维扫描振镜的出射面出射的激光扫描信号聚焦；
或者，所述激光调控单元包括第二准直透镜、聚焦透镜和微机电扫描镜；所述第二准直透镜的入射端与所述光纤单元的出射端连接，所述第二准直透镜用于将所述光纤单元的出射端出射的激光信号准直；所述聚焦透镜和所述微机电扫描镜依次位于所述第二准直透镜的出射端，所述聚焦透镜用于将所述第二准直透镜的出射端出射的激光信号聚焦，所述微机电扫描镜用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号。
可选的，所述成像模块还包括光声信号传输单元，所述光声信号传输单元为所述微流控芯片的承载平台；
所述光声信号传输单元包括容器以及设置于所述容器内的透光反声子单元，所述微流控芯片位于所述容器远离所述激光调控单元的一侧表面；所述容器内填充有超声耦合剂，所述透光反声子单元用于透射所述激光扫描信号至所述微流控芯片，并反射所述微流控芯片中目标样品产生的超声波信号至所述超声转换单元；
或者，所述光声信号传输单元包括容器以及设置于所述容器内的透声反光子单元，所述微流控芯片位于所述容器远离所述超声转换单元的一侧表面；所述容器内填充有超声耦合剂，所述透声反光子单元用于反射所述激光扫描信号至所述微流控芯片，并透射所述微流控芯片中目标样品产生的超声波信号至所述超声转换单元；
或者，所述光声信号传输单元包括容器和位于所述容器靠近所述激光调控单元一侧的薄膜；所述微流控芯片位于薄膜上；所述容器内填充有超声耦合剂。
可选的，所述信号处理模块包括信号处理单元和中央处理单元；
所述信号处理单元包括放大器、滤波器和数据采集器，所述放大器的第一端与所述超声转换单元连接，所述放大器的第二端与所述滤波器的第一端电连接，所述数据采集器的第一端与所述滤波器的第二端电连接，所述数据采集器的第二端与所述中央处理单元电连接。
可选的，所述激光源包括激光器；
所述激光器与所述信号处理模块电连接，所述信号处理模块用于控制所述激光器输出不同重频和波长的激光信号。
可选的，所述超声转换单元包括高频超声换能器，所述高频超声换能器包括点聚焦探头、线聚焦探头或平探头中的任意一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种光声微流控成像方法，适用于第一方面所述的任一光声微流控成像系统，该方法包括以下步骤：
步骤1、制备微流控芯片，所述微流控芯片包括多个目标样品流动通道；
步骤2、将所述微流控芯片设置于光声微流控成像系统中；
步骤3、对所述微流控芯片中多个目标样品通道内流动的目标样品进行扫描成像，得到所述目标样品的显微图像。
可选的，所述制备微流控芯片包括：
在基板上制备光刻胶层；
在所述光刻胶层上制备微流控通道图案；
利用所述微流控通道图案制备所述微流控芯片。
本发明实施例提供的光声微流控成像系统，通过激光调控单元调控激光信号的出射方向，对微流控芯片的多个目标样品流动通道中的目标样品进行扫描，超声转换单元接收目标样品经激光扫描信号扫描后产生的超声波信号，并转化超声波信号为电信号，通过信号处理模块接收并处理电信号，得到目标样品的显微图像。成像过程中，无需对目标样品进行荧光标记、成像方式简单，解决了现有技术中存在需要对样品进行标记以及成像方式复杂的问题。由于目标样品不同深度位置产生的超声波信号传播至超声转换单元的时间不同，可通过分析采集的超声波信号的时刻实现对目标样品不同深度的位置进行成像，进而能够对微流控芯片的目标样品进行三维成像，解决了现有技术中无法对微流控芯片进行快速三维成像的问题，实现了无需进行三维扫描即可获取微流控芯片内目标样品的三维图像的技术效果。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种光声微流控成像系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的另一种光声微流控成像系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的又一种光声微流控成像系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的又一种光声微流控成像系统的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图；
图7为不同Qi/Qo下墨水(Ink)微液滴的光声成像图；
图8为Qi/Qo与墨水(Ink)微液滴大小之间的关系图；
图9为本发明实施例提供的一种光声微流控成像方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种光声微流控成像系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的光声微流控成像系统包括激光发射模块11、成像模块12、微流控芯片13和信号处理模块14。成像模块12包括激光调控单元121和超声转换单元122，激光调控单元121与激光发射模块11连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号。图2为本发明实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图，如图2所示，微流控芯片13包括多个目标样品流动通道131，且微流控芯片13位于激光扫描信号的传播路径上。超声转换单元122用于接收目标样品经激光扫描信号扫描后产生的超声波信号，并转化超声波信号为电信号。信号处理模块14与超声转换单元122电连接，用于接收并处理电信号，得到目标样品的显微图像。
本发明实施例提供的光声微流控成像系统，通过激光调控单元121调控激光信号的出射方向，对微流控芯片13的多个目标样品流动通道131中的目标样品进行扫描，超声转换单元122接收目标样品经激光扫描信号扫描后产生的超声波信号，并转化超声波信号为电信号，通过信号处理模块14接收并处理电信号，得到目标样品的显微图像。成像过程中，无需对目标样品进行荧光标记、成像方式简单，解决了现有技术中存在需要对样品进行标记以及成像方式复杂的问题。由于目标样品不同深度位置产生的超声波信号传播至超声转换单元的时间不同，可通过分析采集的超声波信号的时刻实现对目标样品不同深度的位置进行成像，进而能够对微流控芯片13的目标样品进行三维成像，解决了现有技术中无法对微流控芯片13进行快速三维成像的问题，实现了无需进行三维扫描即可获取微流控芯片13内目标样品的三维图像的技术效果。
继续参考图1所示，可选的，本发明实施例提供的光声微流控成像系统还包括目标样品注入模块15。目标样品注入模块15一端与信号处理模块14电连接，另一端与目标样品流动通道131连接，用于接收信号处理模块14发送的目标样品注入指令，根据目标样品注入指令将目标样品注入目标样品流动通道131中。
其中，示例性的，通入目标样品流动通道131中的目标样品可以是微流控芯片13中所形成的微液滴、微化学反应物、细胞溶液、混合溶液或血液标本等液体，也可以为气体，本发明实施例对此不做限定。可选的，样品注入模块15为注射泵或气泵，样品注入模块15通过注射器、针管或导管等将目标样品以稳定的速度输送进目标样品流动通道131的入口处。将目标样品注入模块15与信号处理模块14电连接，通过信号处理模块14向样品注入模块15发送目标样品注入指令，从而控制输送进目标样品流动通道131中的目标样品的体积和流速等参数，便于设计多种不同的成像实验，提高光声微流控成像系统的灵活性。
继续参考图1所示，可选的，激光发射模块11包括激光源111，沿激光信号的传播方向，激光源111的激光信号出射端依次设置有空间滤波器112、第一准直透镜113、物镜114和光纤单元115的入射端1151。光纤单元115的出射端1152与激光调控单元121连接。
其中，激光源111输出的脉冲激光信号首先经过空间滤波器112进行空间滤波，使脉冲激光信号的光斑变为标准高斯光斑，提高光纤单元115的入射端1151处的激光耦合效率。随后脉冲激光信号光束经过第一准直透镜113进行准直，再经过物镜114聚焦，聚焦后的光束进入光纤单元115。可选的，光纤单元115的入射端1151包括五维平移台和光纤耦合器，光纤单元115可选用单模光纤传输激光信号，通过五维平移台移动光纤单元115的入射端1151，通过光纤耦合器将激光信号耦合进光纤单元115中，从而减少激光信号的损耗。通过光纤单元115向激光调控单元121传输激光信号，便于激光调控单元121进行移动调节，提高光声微流控成像系统的灵活性和便捷性。
继续参考图1所示，可选的，激光调控单元121包括第二准直透镜1211、二维扫描振镜1212和扫描透镜1213。第二准直透镜1211的入射端与光纤单元115的出射端1152连接，第二准直透镜1211用于将光纤单元115的出射端1152出射的激光信号准直。二维扫描振镜1212的入射面与第二准直透镜1211的出射端连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号。二维扫描振镜1212的出射面与扫描透镜1213的入射面连接，扫描透镜1213用于将二维扫描振镜1212的出射面出射的激光扫描信号聚焦。
其中，通过第二准直透镜1211对光纤单元115出射的激光信号进行准直，准直后的激光信号经过二维扫描振镜1212调控，并经过扫描透镜1213聚焦后，得到激光扫描信号并照射在微流控芯片13中的目标样品上，目标样品经激光扫描信号扫描后产生超声波信号，超声转换单元122接收目标样品所产生的超声波信号，并转化超声波信号为电信号，信号处理模块14接收并处理电信号，得到目标样品的显微图像。与现有的机械扫描方式相比，通过二维扫描振镜1212调控激光信号的出射方向从而对目标样品进行扫描，提高了扫描成像速度。可选的，二维扫描振镜1212采用二维高速Thorlabs振镜，从而进一步提高扫描速度，或者采用一维高速Thorlabs振镜，降低成本。
或者，示例性的，图3为本发明实施例提供的另一种光声微流控成像系统的结构示意图，如图3所示，激光调控单元121包括第二准直透镜1211、聚焦透镜1214和微机电扫描镜1215。第二准直透镜1211的入射端与光纤单元的出射端1152连接，第二准直透镜1211用于将光纤单元115的出射端1152出射的激光信号准直。聚焦透镜1214和微机电扫描镜1215依次位于第二准直透镜1211的出射端，聚焦透镜1214用于将第二准直透镜1211的出射端出射的激光信号聚焦，微机电扫描镜1215用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号。
其中，通过第二准直透镜1211对光纤单元115出射的激光信号进行准直，准直后的激光信号经过聚焦透镜1214进行聚焦，聚焦后的激光信号经过微机电扫描镜1215调控，得到激光扫描信号并照射在微流控芯片13中的目标样品上，目标样品经激光扫描信号扫描后产生超声波信号，超声转换单元122接收目标样品所产生的超声波信号，并转化超声波信号为电信号，信号处理模块14接收并处理电信号，得到目标样品的显微图像。与现有的机械扫描方式相比，通过微机电扫描镜1215调控激光信号的出射方向从而对目标样品进行扫描，提高了扫描成像速度，且成像装置体积极小，便于操作。可选的，聚焦透镜1214为双胶合透镜，双胶合透镜结构简单且光能损失小。
继续参考图1所示，可选的，成像模块12还包括光声信号传输单元123，光声信号传输单元123为微流控芯片13的承载平台。光声信号传输单元123包括容器31以及设置于容器31内的透光反声子单元32，微流控芯片13位于容器31远离激光调控单元121的一侧表面。容器31内填充有超声耦合剂33，透光反声子单元32用于透射激光扫描信号至微流控芯片13，并反射微流控芯片13中目标样品产生的超声波信号至超声转换单元122。
其中，可选的，微流控芯片13的材料为聚二甲基硅氧烷(PDMS)，可与玻璃材质键合，由于聚二甲基硅氧烷(PDMS)可与自身PDMS材质或者玻璃材质键合，可使用有机玻璃来制作容器31，微流控芯片13键合到包括二维扫描振镜1212、扫描透镜1213以及容器31的成像模块12，从而组成便携化的光声微流控显微成像系统。或者，微流控芯片13键合到包括聚焦透镜1214和微机电扫描镜1215以及容器31的成像模块12，从而组成具有小型化、一体化成像模块12的光声微流控显微成像系统。
容器31内部斜嵌有透光反声子单元32，透光反声子单元32的材料可选用薄玻璃片，能够透射激光扫描信号并反射超声波信号，使得激光扫描信号能够穿过光声信号传输单元123照射到目标样品上，并将目标样品产生的超声波信号反射至超声转换单元122。
容器31内填充有无色的超声耦合剂33，超声耦合剂33能够有效地减少超声波信号的衰减，从而增大超声转换单元122接收超声波信号的信噪比，改善成像质量。容器31内也可填充去离子水，以降低成本，本发明实施例对容器31中的填充物不做限定，只要能传播超声波信号并对激光衰减较小即可。
或者，可选的，图4为本发明实施例提供的又一种光声微流控成像系统的结构示意图，如图4所示，光声信号传输单元123包括容器31以及设置于容器31内的透声反光子单元51，微流控芯片13位于容器31远离超声转换单元122的一侧表面。容器31内填充有超声耦合剂33，透声反光子单元51用于反射激光扫描信号至微流控芯片13，并透射微流控芯片13中目标样品产生的超声波信号至超声转换单元122。
或者，示例性的，如图3所示，光声信号传输单元123包括容器31和位于容器31靠近激光调控单元121一侧的薄膜34，微流控芯片13位于薄膜34上，容器31内填充有超声耦合剂33。
其中，在容器31靠近微流控芯片13一侧设置薄膜34，并在微流控芯片13与薄膜34之间填充超声耦合剂，以减少超声波信号的衰减。薄膜34可采用保鲜膜，成本低且易获取，从而在微流控芯片13具有一定尺寸的情况下，无需键合即实现便携化的光声微流控显微成像系统。
示例性的，图5为本发明实施例提供的又一种光声微流控成像系统的结构示意图，如图5所示，如在传统的透射式光声成像系统下，采用培养皿作为容器31，培养皿内注水或注入超声耦合剂33，直接将微流控芯片13放入培养皿，然后用薄膜34封住底部，也可组成具有超高时空分辨率的光声微流控显微成像系统。本发明实施例提供的光声微流控成像系统应用灵活性高，成像模块12可根据实际应用需要选择不同的组合方案，本领域技术人员能够进行各种明显的变化、调整和替代而不脱离本发明的保护范围。
继续参考图1所示，可选的，信号处理模块14包括信号处理单元141和中央处理单元142，信号处理单元141包括放大器41、滤波器42和数据采集器43，放大器41的第一端411与超声转换单元122连接，放大器41的第二端412与滤波器42的第一端421电连接，数据采集器43的第一端431与滤波器42的第二端422电连接，数据采集器43的第二端432与中央处理单元142电连接。
其中，放大器41用于放大超声转换单元122的电信号，滤波器42用于滤除干扰信号，以提高超声转换单元122的电信号的信噪比。数据采集器43用于将超声转换单元122输出的电信号转换为数字信号，以便于中央处理单元142对数字信号进行处理。
可选的，中央处理单元142为计算机，计算机内装有采集控制和数据处理软件，软件可使用Labview软件，用于对数字信号进行处理和图像重建，得到目标样品的显微图像。结合Labview控制程序还可对整个光声微流控成像系统进行运行同步控制，提高光声成像质量。得到目标样品的显微图像之后通过使用Labview软件内嵌的c语言程序能够对采集到的显微图像进行实时显示，便于工作人员直接观察到微流控芯片13中所含液体成分的形态变化。中央处理单元142还可以通过反馈算法对样品注入模块15出口的压力进行设置，从而对目标样品在目标样品流动通道131中的流速进行调整。
可选的，激光源111包括激光器，激光器与信号处理模块14电连接，信号处理模块14用于控制激光器输出不同重频和波长的激光信号。
其中，根据成像目标样品光学吸收特性的不同，在光声微流控成像系统中使用波长和重频可自由选择的脉冲激光器，通过调节脉冲激光器输出波长不同的激光信号，能够针对不同的目标物体进行成像，使得本发明实施例提供的光声微流控成像系统使用灵活且应用范围更加广泛。也可采用激光信号波长不可调的脉冲激光器，以降低光声微流控成像系统的成本，针对不同的目标样品可选用不同波长的脉冲激光器。
可选的，超声转换单元122包括高频超声换能器1221，高频超声换能器包括点聚焦探头、线聚焦探头或平探头中的任意一种。
其中，在光声微流控成像系统的超声转换单元122部分使用高频超声换能器1221接收信号，高频超声换能器1221随着中心频率的提升，可以提升目标样品的轴向(深度)分辨率，进而提升成像目标物体的三维图像质量。可根据目标样品流动通道131的宽度和数量来选择高频超声换能器1221的类型。高频超声换能器1221可选用点聚焦探头、线聚焦探头或者平探头，点聚焦探头适合高分辨率单通道成像，线聚焦探头可探测的范围宽，适合多通道成像。
继续参考图1所示，可选的，超声转换单元122还包括固定支架1222，用于固定高频超声换能器1221，防止高频超声换能器1221松动。
本发明实施例提供的光声微流控成像系统价格低廉、整体结构可灵活变化、调试和使用简单方便、易于应用和推广，应用场景和应用范围多样化，例如，且结合器官芯片技术，能够无需活体实验开展相关疾病模型研究，或者，通过采用二维扫描振镜1212或微机电扫描镜1215提高扫描速度，实现对细胞的高分辨率实时三维成像，又或者，实现对血液标本中无标记肿瘤细胞与血细胞的精准检测和计量，从而开展对细胞学的无标记研究。
示例性的，图6为本发明实施例提供的另一种微流控芯片的结构示意图，如图6所示，向多个目标样品流动通道131中分别注入墨水(Ink)和油(Oil)，利用本发明实施例提供的光声微流控成像系统对目标样品通道131中的墨水(Ink)微液滴进行系统观察，从而研究墨水(Ink)微液滴的大小与墨水(Ink)和油(Oil)的流速比(flow rate ratioQi/Qo)之间的关系，其中，Qi为墨水(Ink)的流速，Qo为油(Oil)的流速。
在成像过程中，通过激光调控单元121调控激光信号的出射方向，并使得扫描方向(Scan)与目标样品流动通道131垂直，对微流控芯片13的目标样品流动通道131中的墨水(Ink)微液滴进行扫描，当目标样品流动通道131中墨水(Ink)微液滴经过扫描位置时，由于光声效应，墨水(Ink)微液滴吸收光能量，并将其转化为热能，并最后转化为机械能，以超声波形式向周围传播超声波信号。在反射式光声微流控成像系统中超声波信号在经过透光反声子单元32的反射后，被超声转换单元122所接收；在透射式光声微流控成像系统中，激光扫描信号与超声转换单元122同轴共焦，超声波信号可直接被超声转换单元122接收。超声转换单元122接收到超声波信号后将超声波信号转化为电信号，电信号经过放大器41、滤波器42以及数据采集器43后被转化为数字信号，经过中央处理单元142进行图像重建，得到目标样品的显微图像。
图7为不同Qi/Qo下墨水(Ink)微液滴的光声成像图，如图7所示，当Qi/Qo为1/3、2/3、1/1、3/2和3/1时，墨水(Ink)微液滴变得越来越大，其中，墨水(Ink)和油(Oil)的流速之和Qtotal＝Qi+Qo＝120μL/h。图8为Qi/Qo与墨水(Ink)微液滴大小之间的关系图，如图8所示，墨水(Ink)和油(Oil)的流速比Qi/Qo与墨水(Ink)微液滴大小之间基本成线性关系，其中，墨水(Ink)微液滴的大小指墨水(Ink)微液滴的长度Ld与目标样品通道宽度W的比值Ld/W。
本发明实施例将光声显微成像技术与微流控技术相结合，提供了一种具有光学分辨率的光声微流控成像系统，在微流控技术应用领域，本发明实施例提供的光声微流控成像系统具有无标记、高通量、高速、成像方式简单、对比度高、高时间和空间分辨率高等优势。本发明实施例提供的光声微流控成像系统成像机制以光学吸收特性为基础，穿透深度强、自带深度信息，在液体检测方面，无需进行三维扫描即可对目标样品流动通道131的目标样品进行三维成像。根据不同物质对激光的吸收谱的差异，本发明实施例提供的光声微流控成像系统利用多光谱技术，采用波长和重频可自由选择的脉冲激光器，实现在微流控芯片13中直接观察具有不同光学吸收特性的目标物质的形态与数量上的差异。通过将微流控芯片13与成像模块12键合，本发明实施例提供的光声微流控成像系统小型化难度较低，整体结构装置可进一步小型化、便携化、一体化，从而进一步发展为可穿戴光声微流控成像系统进行体外诊断。
基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种光声微流控成像方法，该方法适用于上述实施例所述的任一光声微流控成像系统，与上述实施例相同或相应的结构以及术语的解释在此不再赘述，图9为本发明实施例提供的一种光声微流控成像方法的流程示意图，如图9所示，该方法包括以下步骤：
步骤1、制备微流控芯片，所述微流控芯片包括多个目标样品流动通道。
其中，多个目标样品流动通道可根据实际需求进行设计。
步骤2、将所述微流控芯片设置于光声微流控成像系统中。
其中，首先搭建光学分辨率光声微流控成像系统，将微流控芯片键合到光声显微镜系统上的成像模块12，使用样品注入模块15，将待成像的目标样品注入微流控芯片13的目标样品流动通道131中。
步骤3、对所述微流控芯片中多个目标样品通道内流动的目标样品进行扫描成像，得到所述目标样品的显微图像。
使用本发明实施例提供的光声微流控成像系统对微流控芯片中的目标样品流动通道131进行扫描，对目标样品进行成像，应用中央处理单元142中数据处理软件对得到的目标样品的显微图像进行处理分析。
可选的，所述制备微流控芯片包括：在基板上制备光刻胶层，在所述光刻胶层上制备微流控通道图案，利用所述微流控通道图案制备所述微流控芯片。
其中，可根据需求使用AutoCAD等画图软件设计制作掩膜版，示例性的，采用单晶硅片作为基板，首先，使用丙酮或者异丙醇清洗单晶硅片，来去除单晶硅片表面的氧化层、增加单晶硅片表面的疏水性，然后将单晶硅片干燥，可使用热板将单晶硅片在180度下加热15分钟进行干燥。将单晶硅片固定于旋转涂胶机上，并将光刻胶缓慢倾倒至单晶硅片半径的二分之一处，以尽量减少气泡的产生。光刻胶可采用正胶或负胶，本发明实施例以SU-83050或SU-8 2075负光刻胶为例。在利用旋转涂胶机进行旋涂的过程中，根据所需目标样品流动通道131的高度去设置旋转涂胶机的时间曲线，如旋转的速度、加速度以及加速时间和维持时间等参数，单晶硅片经过旋转涂胶机旋涂负光刻胶后使得负光刻胶以均匀厚度铺满在单晶硅片的表面，从而获得光刻胶层。
旋涂完毕之后，根据所需目标样品流动通道131的厚度加热单晶硅片，如分别在65度和95度下加热单晶硅片若干分钟，以使光刻胶层在一定程度上固化。随后将掩膜版放置在光刻胶层上，使用紫外曝光机对单晶硅片进行曝光，曝光完毕后继续加热单晶硅片，如在95度下进行加热，以使光刻胶层进一步固化。待单晶硅片静置冷却后，使用显影剂显影8-10分钟，以将掩膜版下未曝光的光刻胶层洗掉，并再次将单晶硅片加热，如在180度下加热15分钟，以使光刻胶层固化为坚膜，从而完成在光刻胶层上制备微流控通道图案，得到制备微流控芯片的芯片模具。
将芯片模具放置在底面平整且大小合适的培养皿里面，随后向培养皿中注入聚二甲基硅氧烷(PDMS)，利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)进行反向注模，之后将装有PDMS的培养皿加热以使PDMS固化，如将装有PDMS的培养皿在75℃的真空干燥箱中加热40分钟，在真空干燥箱中加热能够减少PDMS中的气泡。随后取下固化后的PDMS作为微流控芯片13的主体，将主体与PDMS薄膜置于等离子表面处理机中进行处理，例如将主体与与150μm的PDMS薄膜置于等离子表面处理机中处理70秒，以使主体与PDMS薄膜键合成为微流体芯片13，从而实现微流控芯片的制备。
本发明实施例提供了光声微流控成像方法，将光声显微成像技术与微流控技术相结合，具有无标记、高通量、高速、成像方式简单、对比度丰富、高时间和空间分辨率高等优势。与现有技术相比，本发明实施例提供的光声微流控成像方法的成像机制以光学吸收特性为基础，穿透深度强、自带深度信息，在液体检测方面，无需进行三维扫描即可对目标样品流动通道131的目标样品进行三维成像。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种光声微流控成像系统，其特征在于，包括激光发射模块、成像模块、微流控芯片和信号处理模块；
所述成像模块包括激光调控单元和超声转换单元；所述激光调控单元与所述激光发射模块连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号；
所述微流控芯片包括多个目标样品流动通道，且所述微流控芯片位于所述激光扫描信号的传播路径上；
所述超声转换单元用于接收目标样品经所述激光扫描信号扫描后产生的超声波信号，并转化所述超声波信号为电信号；
所述信号处理模块与所述超声转换单元电连接，用于接收并处理所述电信号，得到所述目标样品的显微图像。
2.根据权利要求1所述的光声微流控成像系统，其特征在于，还包括目标样品注入模块；
所述目标样品注入模块一端与所述信号处理模块电连接，另一端与所述目标样品流动通道连接，用于接收所述信号处理模块发送的目标样品注入指令，根据所述目标样品注入指令将所述目标样品注入所述目标样品流动通道中。
3.根据权利要求1所述的光声微流控成像系统，其特征在于，所述激光发射模块包括激光源；
沿所述激光信号的传播方向，所述激光源的激光信号出射端依次设置有空间滤波器、第一准直透镜、物镜和光纤单元的入射端；
所述光纤单元的出射端与所述激光调控单元连接。
4.根据权利要求3所述的光声微流控成像系统，其特征在于，所述激光调控单元包括第二准直透镜、二维扫描振镜和扫描透镜；所述第二准直透镜的入射端与所述光纤单元的出射端连接，所述第二准直透镜用于将所述光纤单元的出射端出射的激光信号准直；所述二维扫描振镜的入射面与所述第二准直透镜的出射端连接，用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号；所述二维扫描振镜的出射面与所述扫描透镜的入射面连接，所述扫描透镜用于将所述二维扫描振镜的出射面出射的激光扫描信号聚焦；
或者，所述激光调控单元包括第二准直透镜、聚焦透镜和微机电扫描镜；所述第二准直透镜的入射端与所述光纤单元的出射端连接，所述第二准直透镜用于将所述光纤单元的出射端出射的激光信号准直；所述聚焦透镜和所述微机电扫描镜依次位于所述第二准直透镜的出射端，所述聚焦透镜用于将所述第二准直透镜的出射端出射的激光信号聚焦，所述微机电扫描镜用于调控激光信号的出射方向，得到激光扫描信号。
5.根据权利要求1所述的光声微流控成像系统，其特征在于，所述成像模块还包括光声信号传输单元，所述光声信号传输单元为所述微流控芯片的承载平台；
所述光声信号传输单元包括容器以及设置于所述容器内的透光反声子单元，所述微流控芯片位于所述容器远离所述激光调控单元的一侧表面；所述容器内填充有超声耦合剂，所述透光反声子单元用于透射所述激光扫描信号至所述微流控芯片，并反射所述微流控芯片中目标样品产生的超声波信号至所述超声转换单元；
或者，所述光声信号传输单元包括容器以及设置于所述容器内的透声反光子单元，所述微流控芯片位于所述容器远离所述超声转换单元的一侧表面；所述容器内填充有超声耦合剂，所述透声反光子单元用于反射所述激光扫描信号至所述微流控芯片，并透射所述微流控芯片中目标样品产生的超声波信号至所述超声转换单元；
或者，所述光声信号传输单元包括容器和位于所述容器靠近所述激光调控单元一侧的薄膜；所述微流控芯片位于薄膜上；所述容器内填充有超声耦合剂。
6.根据权利要求1所述的光声微流控成像系统，其特征在于，所述信号处理模块包括信号处理单元和中央处理单元；
所述信号处理单元包括放大器、滤波器和数据采集器，所述放大器的第一端与所述超声转换单元连接，所述放大器的第二端与所述滤波器的第一端电连接，所述数据采集器的第一端与所述滤波器的第二端电连接，所述数据采集器的第二端与所述中央处理单元电连接。
7.根据权利要求3所述的光声微流控成像系统，其特征在于，所述激光源包括激光器；
所述激光器与所述信号处理模块电连接，所述信号处理模块用于控制所述激光器输出不同重频和波长的激光信号。
8.根据权利要求1所述的光声微流控成像系统，其特征在于，所述超声转换单元包括高频超声换能器，所述高频超声换能器包括点聚焦探头、线聚焦探头或平探头中的任意一种。
9.一种光声微流控成像方法，适用于权利要求1-8中任一项所述的光声微流控成像系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、制备微流控芯片，所述微流控芯片包括多个目标样品流动通道；
步骤2、将所述微流控芯片设置于光声微流控成像系统中；
步骤3、对所述微流控芯片中多个目标样品通道内流动的目标样品进行扫描成像，得到所述目标样品的显微图像。
10.根据权利要求9所述的光声微流控成像方法，其特征在于，所述制备微流控芯片包括：
在基板上制备光刻胶层；
在所述光刻胶层上制备微流控通道图案；
利用所述微流控通道图案制备所述微流控芯片。
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