CN114700121A - 基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片及检测装置，属于荧光检测和微流控技术领域，本发明提供了一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片及检测装置，包括激光光源、自聚焦透镜传感光纤、微流控通道和接收单元；微流控芯片由有机玻璃材料制备而成，用于嵌入光纤、样品流通和荧光反应；自聚焦透镜与光纤端面熔接并嵌入微流控芯片通道中，用于激发和接收荧光；自聚焦透镜激发光纤另一端与激光光源连接，接收光纤另一端与接收单元连接；微流控芯片内部包括了用于流通的样品通道和用于荧光反应的反应池，样品池内壁固定有反射镜用于增加激发光通道长度，从而有效增强荧光强度。
Description
技术领域
本发明涉及荧光检测和微流控技术领域，更具体地说，涉及一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片及检测装置。
背景技术
在化学医药、食品安全和材料工业等领域中，对指定物质的痕量检测具有严格要求，随着检测环境的复杂化和多样化，传统的荧光检测仪器不能满足实际需求。考虑到光纤具有体积小、质量轻、抗干扰能力强、便于集成等优点，再结合荧光检测灵敏度高、特异性强等优势，光纤荧光传感器可以有效地适应复杂、恶劣的检测环境。
就目前的研究现状而言，从传感光纤结构的角度分析，可以将光纤荧光传感器分为空间光耦合型、微结构光纤型、空心光纤型等，但是这些传感器作为产品应用时，还需要考虑许多实际因素，诸如：产品制作成本、检测的可重复性、样品检测耗量等。其中，微结构光纤型传感器对微结构光纤进行自组装修饰，以实现高灵敏度检测，但是自组装修饰后的光纤不可重复使用；而空心光纤型传感器需要能够将荧光物质导入光纤空心孔的设备，其技术成本过高而难以实现量产化。
因此，设计出一种低成本、可重复使用、自适应检测环境、低样品检测耗量的光纤荧光传感器仍然具有较高的研究价值与应用前景。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，针对现有的技术缺陷和改进需求，本发明提供了一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片及检测装置，旨在实现便携紧凑、低成本、少耗材的光纤荧光传感，以解决目前光纤荧光传感器难以适应复杂、恶劣检测环境的问题。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片，包括微流控芯片、自聚焦透镜光纤、有机玻璃、蛇型样品通道、样品出入口、光纤嵌入通道、光纤通道、反应池、待测溶液和荧光染料溶液；
所述蛇型样品通道和样品出入口位于有机玻璃内，所述蛇形样品通道的左端分别设有待测溶液注入口、荧光染料溶液注入口，所述待测溶液与荧光染料溶液通过蛇形样品通道融合和流通，所述蛇形样品通道的的右端设有反应池，所述反应池的外侧开设有废料口，所述光纤嵌入通道嵌入有机玻璃中，所述有机玻璃用于激发光纤嵌入通道和接收光纤嵌入通道，所述反应池用于提供荧光反应场所，所述反应池的上下端均安装有反射镜，所述反射镜(6)实现激发光的多次镜面反射，用于增加激光光路从而有效增强荧光强度。
进一步的，所述激发光纤嵌入通道和接收光纤嵌入通道与反应池不连通，即自聚焦透镜光纤嵌入后于待测溶液不接触，以防止自聚焦透镜光纤受损。
进一步的，所述激发光纤嵌入通道与微流控芯片长边成20°角，所述激发光纤嵌入通道与接收光纤嵌入通道成110°，以尽量减少光源对荧光接收的影响。
进一步的，包括：激光光源、注射泵、自聚焦透镜光纤、接收单元；
所述激光光源用于提供荧光反应的激发光；所述注射泵用于注待测溶液和荧光染料溶液，所述自聚焦透镜光纤分别嵌入激发光纤嵌入通道和接收光纤嵌入通道内，所述接收单元用于接收和处理荧光信号。
进一步的，自聚焦透镜光纤使用多模光纤，以提供大光斑激发产生荧光和接收荧光信号。
进一步的，所述自聚焦透镜光纤熔接的自聚焦透镜孔径等于微流控芯片光纤通道直径。
进一步的，所述自聚焦透镜光纤的自聚焦透镜长度大于或等于所述激发光纤嵌入通道和接收光纤嵌入通道长度。
进一步的，所述蛇形样品通道的内壁固定连接有一对固定杆，一对固定杆之间固定连接有连接杆，所述连接杆位于所述蛇形样品通道的内部，所述连接杆的外端固定连接有多个均匀分布的固定块，多个所述固定块的方向均朝向所述蛇形样品通道内液体流动方向，多个所述固定块远离连接杆的一端均固定连接有止逆网，所述止逆网采用植物纤维制成，所述止逆网的外端涂刷有变色油墨，所述止逆网的外端固定连接有微绒毛，将待测溶液与荧光染料溶液通过和注入所述蛇形样品通道内时，待测溶液与荧光染料溶液在止逆网的表面流过使得止逆网摆动，止逆网外侧微绒毛随着摆动而变色，便于很好的贯穿待测溶液与荧光染料溶液的流速，当关闭时，通过止逆网的阻力，有效的减少待测溶液与荧光染料溶液的回流。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片及检测装置，包括激光光源、自聚焦透镜传感光纤、微流控通道和接收单元；微流控芯片由有机玻璃材料制备而成，用于嵌入光纤、样品流通和荧光反应；自聚焦透镜与光纤端面熔接并嵌入微流控芯片通道中，用于激发和接收荧光；自聚焦透镜激发光纤另一端与激光光源连接，接收光纤另一端与接收单元连接；微流控芯片内部包括了用于流通的样品通道和用于荧光反应的反应池，样品池内壁固定有反射镜用于增加激发光通道长度，从而有效增强荧光强度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片示意图；
图2为本发明实施例提供的检测装置结构示意图；
图3为本发明的蛇型样品通道正视剖面结构示意图；
图4为本发明的连接杆放大结构示意图；
图5为本发明的止逆网放大结构示意图。
图中标号说明：
1待测溶液注入口、2荧光染料溶液注入口、3蛇型样品通道、301固定杆、4反应池、5激发光纤嵌入通道、6反射镜、7废液口、8接收光纤嵌入通道、9激光光源、10注射泵、11自聚焦透镜光纤、12接收单元、13连接杆、14固定块、15止逆网、16微绒毛。
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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片，包括微流控芯片、自聚焦透镜光纤11、有机玻璃、蛇型样品通道3、样品出入口、光纤嵌入通道5、光纤通道8、反应池4、待测溶液和荧光染料溶液；
蛇型样品通道4和样品出入口位于有机玻璃内，蛇形样品通道的左端分别设有待测溶液注入口1、荧光染料溶液注入口2，待测溶液与荧光染料溶液通过蛇形样品通道3融合和流通，蛇形样品通道的3的右端设有反应池4，反应池4的外侧开设有废料口7，光纤嵌入通道5嵌入有机玻璃中，有机玻璃用于激发光纤嵌入通道5和接收光纤嵌入通道8，反应池4用于提供荧光反应场所，反应池4的上下端均安装有反射镜6，以减少光源对荧光接收的影响；反射镜6将光源进行多次反射，增加光源的光路长度，并且可以通过有效增加荧光分子数而增加荧光强度；废液口7设置在有机玻璃的顶部，用于排除和回收检测后的废液，接收单元11用于接收和处理荧光信号，通常选择光谱仪或光子计数器等。
请参阅图2，激发光纤嵌入通道5和接收光纤嵌入通道8与反应池4不连通，即自聚焦透镜光纤嵌入后于待测溶液不接触，以防止自聚焦透镜光纤受损，激发光纤嵌入通道5与微流控芯片长边成20°角，激发光纤嵌入通道5与接收光纤嵌入通道8成110°，以尽量减少光源对荧光接收的影响。
请参阅图2，包括：激光光源9、注射泵10、自聚焦透镜光纤11、接收单元12；
激光光源9用于提供荧光反应的激发光；注射泵10用于注待测溶液和荧光染料溶液，自聚焦透镜光纤11分别嵌入激发光纤嵌入通道5和接收光纤嵌入通道8内，接收单元11用于接收和处理荧光信号，自聚焦透镜光纤11使用多模光纤，以提供大光斑激发产生荧光和接收荧光信号，自聚焦透镜光纤11熔接的自聚焦透镜孔径等于微流控芯片光纤通道直径，自聚焦透镜光纤11的自聚焦透镜长度大于或等于激发光纤嵌入通道6和接收光纤嵌入通道8长度，由注射泵10通过注射导管将分别将待测溶液和荧光染料溶液注入到微流控芯片的待测溶液注入口1和荧光染料溶液注入口2中，待测溶液和荧光染料溶液再汇合流入蛇型样品通道3中，经过充分混合后进入反应池4；激发光纤嵌入通道5嵌入光纤用于激发产生荧光，接收光纤嵌入通道8嵌入光纤用于接收荧光，最终接入到接受单元12进行荧光光谱分析。
请参阅图3-5，蛇形样品通道3的内壁固定连接有一对固定杆301，一对固定杆301之间固定连接有连接杆13，连接杆13位于蛇形样品通道3的内部，连接杆13的外端固定连接有多个均匀分布的固定块14，多个固定块14的方向均朝向蛇形样品通道3内液体流动方向，多个固定块14远离连接杆13的一端均固定连接有止逆网15，止逆网15采用植物纤维制成，止逆网15的外端涂刷有变色油墨，止逆网15的外端固定连接有微绒毛16，将待测溶液与荧光染料溶液通过1和2注入蛇形样品通道3内时，待测溶液与荧光染料溶液在止逆网15的表面流过使得止逆网15摆动，止逆网15外侧微绒毛16随着摆动而变色，便于很好的贯穿待测溶液与荧光染料溶液的流速，当10关闭时，通过止逆网15的阻力，有效的减少待测溶液与荧光染料溶液的回流。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片，包括微流控芯片、自聚焦透镜光纤(11)、有机玻璃、蛇型样品通道(3)、样品出入口、光纤嵌入通道(5)、光纤通道(8)、反应池(4)、待测溶液和荧光染料溶液，其特征在于：
所述蛇型样品通道(4)和样品出入口位于有机玻璃内，所述蛇形样品通道的左端分别设有待测溶液注入口(1)、荧光染料溶液注入口(2)，所述待测溶液与荧光染料溶液通过蛇形样品通道(3)融合和流通，所述蛇形样品通道的(3)的右端设有反应池(4)，所述反应池(4)的外侧开设有废料口(7)，所述光纤嵌入通道(5)嵌入有机玻璃中，所述有机玻璃用于激发光纤嵌入通道(5)和接收光纤嵌入通道(8)，所述反应池(4)用于提供荧光反应场所，所述反应池(4)的上下端均安装有反射镜(6)。
2.根据权利要求1所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片，其特征在于：所述激发光纤嵌入通道(5)和接收光纤嵌入通道(8)与反应池(4)不连通。
3.根据权利要求1所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片，其特征在于：所述激发光纤嵌入通道(5)与微流控芯片长边成20°角，所述激发光纤嵌入通道(5)与接收光纤嵌入通道(8)成110°。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片的检测装置，包括：激光光源(9)、注射泵(10)、自聚焦透镜光纤(11)、接收单元(12)，其特征在于：
所述激光光源(9)用于提供荧光反应的激发光；所述注射泵(10)用于注待测溶液和荧光染料溶液，所述自聚焦透镜光纤(11)分别嵌入激发光纤嵌入通道(5)和接收光纤嵌入通道(8)内，所述接收单元(11)用于接收和处理荧光信号。
5.根据权利要求1所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片的检测装置，其特征在于：自聚焦透镜光纤(11)使用多模光纤。
6.根据权利要求5所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片的检测装置，其特征在于：所述自聚焦透镜光纤(11)熔接的自聚焦透镜孔径等于微流控芯片光纤通道直径。
7.根据利要求5所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片的检测装置，其特征在于：所述自聚焦透镜光纤(11)的自聚焦透镜长度大于或等于所述激发光纤嵌入通道(6)和接收光纤嵌入通道(8)长度。
8.根据权利要求1所述的一种基于荧光检测的自聚焦透镜光纤嵌入式微流控芯片的检测装置，其特征在于：所述蛇形样品通道(3)的内壁固定连接有一对固定杆(301)，一对固定杆(301)之间固定连接有连接杆(13)，所述连接杆(13)位于蛇形样品通道(3)的内部，所述连接杆(13)的外端固定连接有多个均匀分布的固定块(14)，多个所述固定块(14)的方向均朝向蛇形样品通道(3)内液体流动方向，多个所述固定块(14)远离连接杆(13)的一端均固定连接有止逆网(15)，所述止逆网(15)采用植物纤维制成，所述止逆网(15)的外端涂刷有变色油墨，所述止逆网(15)的外端固定连接有微绒毛(16)。
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2021
- 2021-12-31 CN CN202111673576.0A patent/CN114700121A/zh active Pending
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