CN115372326A - 一种荧光成像传感检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学传感检测技术领域，提供一种荧光成像传感检测系统及方法，本发明的荧光成像传感检测系统，包括暗箱、激发光源模块、传感模块、光路调整模块和图像采集模块，激发光源模块设置在暗箱中，用于提供激发光源；传感模块设置在暗箱的顶部，传感模块内设有用于体相溶液检测的盖玻片或用于固相表面检测的生物传感芯片，传感模块连接有多个样品输送管路，用于向盖玻片或生物传感芯片提供待检测样品溶液；光路调整模块用于对激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将激发光源的出射光导向传感模块内的待检测样品溶液使其发出荧光，并对荧光进行接收；图像采集模块用于采集透过光路调整模块的荧光图像，并转换为对应的图像数据信号。

Description

一种荧光成像传感检测系统及方法

技术领域

本发明涉及光学传感检测技术领域，尤其涉及一种荧光成像传感检测系统及方法。

背景技术

荧光传感检测技术因其灵敏度高、特异性好、方法多样等优势，被广泛应用于临床诊断、医药开发、食品安全和环境监测等众多领域。荧光传感检测技术大体可以根据荧光的空间分布状态区别为两类：体相溶液和固相表面。当前的研究主要集中在荧光传感技术本身的开发，但需要配套光电系统和信号处理方法的支持才能实现传感应用。

传统的荧光传感检测通常需要激光激发并使用独立显微镜，虽然技术成熟且先进，能够实现对一些分析物的检测，但这类仪器通常昂贵、体积庞大，其检测过程需要专业人员在实验室条件下进行操作，这严重影响了测试的快速便利性，无法满足社会各界日益增长的检测需求，尤其在资源受限的贫困地区，并且传统荧光分析仪较难实现多样品同时检测，实际检测效率低。

发明内容

本发明提供一种荧光成像传感检测系统及方法，用以解决现有技术中荧光传感检测设备便携性差、检测效率低的缺陷，提高检测的便捷性和检测效率。

第一方面，本发明提供一种荧光成像传感检测系统，包括：

暗箱，设置有容纳腔；

激发光源模块，设置在所述容纳腔中，用于提供激发光源；

传感模块，设置在所述暗箱的顶部，所述传感模块内设有用于体相溶液检测的盖玻片或用于固相表面检测的生物传感芯片，所述传感模块连接有样品输送管路，用于向所述盖玻片或所述生物传感芯片提供待检测样品溶液；

光路调整模块，所述光路调整模块与所述传感模块的底部连接，所述光路调整模块的一侧与所述激发光源模块连接，用于对所述激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将所述激发光源的出射光导向所述传感模块内的待检测样品溶液使其发出荧光，并对荧光进行接收；

图像采集模块，设置在所述容纳腔中，所述图像采集模块设置在所述光路调整模块的底部，用于采集透过所述光路调整模块的荧光图像，并转换为对应的图像数据信号。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述传感模块包括：

夹具盖板；

夹具底板，设置有容纳槽，所述容纳槽底部开设有用于透光的通孔，所述通孔上覆盖有所述盖玻片或生物传感芯片，所述容纳槽四周均连接有所述样品输送管路，所述夹具底板与所述夹具盖板可拆卸连接；

流控芯片，所述流控芯片的底面与所述盖玻片或生物传感芯片的顶面接触，所述流控芯片设置有多个微流通槽，用于存储待检测样品溶液。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述流控芯片由下至上依次包括：

流道层，所述流道层间隔设置有四个所述微流通槽，四个所述微流通槽所在的区域与所述通孔对应，所述流道层的四周均设置有微流入口和微流出口；

连通层，设置有四对导液通槽，一对所述导液通槽对应分布在所述微流通槽的两端，且每个所述导液通槽分别与所述微流通槽、所述微流入口或所述微流出口连通；

键合层，覆盖在所述连通层的顶部，所述流道层、连通层和键合层键合连接。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述光路调整模块包括：

镜座，设置有腔体，且所述镜座的顶部开设有与所述通孔对应的第一通光孔，所述镜座的底部开设有与所述图像采集模块对应的第二通光孔，所述镜座与所述激发光源模块连接的一侧开设第三通光孔，其中，所述第一通光孔、所述第二通光孔及所述通孔同轴线设置；

二向色分光棱镜，设置在所述腔体中，用于对所述激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将所述激发光源的出射光沿垂直于所述盖玻片或所述生物传感芯片的方向，导向所述传感模块内的待检测样品溶液使其发出荧光；

镜座支架，所述镜座支架的顶端与所述镜座连接，所述镜座支架的底端与所述容纳腔的底部连接。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述镜座支架包括:

底座；

第一连杆，所述第一连杆沿竖直方向与所述第一连杆活动连接，所述第一连杆的顶端连接有转接块；

第二连杆，所述第二连杆垂直于所述第一连杆设置，所述第二连杆的第一端沿水平方向与所述转接块活动连接，所述第二连杆的第二端与所述镜座连接。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述激发光源模块包括依次设置的所述激发光源、会聚透镜、小孔光阑和中性密度滤光片；所述光源、会聚透镜、小孔光阑和中性密度滤光片的中心共轴线设置。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述激发光源用于提供波长范围为470nm-510nm的窄带出射光，用以对待检测侧溶液激发波长范围500nm-560nm的荧光。

根据本发明提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，所述图像采集模块包括：

相机，所述相机通过相机固定件与所述容纳腔底部连接；

镜筒，设置在所述相机的镜头上，所述镜筒的顶端与所述镜座的底部连接，所述镜筒内设置有中继透镜，且所述中继透镜、所述相机的镜头及所述第二通光孔同轴设置；

固定支架，设置在所述镜座与所述相机之间，所述固定支架的顶端与所述镜座连接，所述固定支架的底端与所述相机连接。

第二方面，本发明提供一种流控多通道荧光成像传感检测方法，采用第一方面所描述的荧光成像传感检测系统，包括以下步骤：

根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的激发光源参数；

将盖玻片设置在传感模块的容纳槽，确认激发光源处于关闭状态，通过图像采集模块获得暗背景图像；

制备含荧光探针的阴性样品溶液，对阴性样品溶液提供荧光探针识别分析物所需的孵育环境，将阴性样品溶液导入传感模块的微流通槽中；

开启光源，通过图像采集模块获得阴性样品的图像；

关闭激发光源，清除微流通槽中的阴性样品溶液，制备含荧光探针的待检测样品溶液，对该溶液提供荧光探针识别分析物所需的孵育环境，将含荧光探针的待检测样品溶液导入微流通槽中；

开启光源，通过图像采集模块获得待检测样品的图像。

第三方面，本发明还提供一种流控多通道荧光成像传感检测方法，采用第一方面所描述的荧光成像传感检测系统，包括以下步骤：

根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的小孔光阑和中性密度滤光片的参数；

在生物传感芯片上修饰适合的第一抗体，用于识别分析物，将已经由第一抗体功能化的生物传感芯片设置在传感模块的容纳槽，确认激发光源处于关闭状态，通过图像采集模块获得暗背景图像；

制备阴性样品溶液，将阴性样品溶液导入传感模块的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除阴性样品溶液；

制备含荧光基团标记的第二抗体溶液，将第二抗体溶液导入传感模块的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除第二抗体溶液；

开启光源，通过图像采集模块获得阴性样品的图像；

关闭激发光源，清洗微流通槽，制备待检测样品溶液，将待检测样品溶液导入微流通槽中，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除待检测样品溶液；

制备含荧光基团标记的第二抗体溶液，将第二抗体溶液导入传感模块的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除第二抗体溶液；

开启光源，通过图像采集模块获得待检测样品的图像。

本发明提供的荧光成像传感检测系统，包括暗箱、激发光源模块、传感模块、光路调整模块和图像采集模块，通过将各个模块设置在暗箱中，根据光路传递路线合理设置各模块的位置，缩小了光学结构的体积，进而缩小荧光成像传感检测系统的体积，提高便携性；进一步地，根据实际情况，通过在传感模块中设置用于体相溶液检测的盖玻片或用于固相表面检测的生物传感芯片，构成适用于体相溶液和固相表面的荧光传感检测模式，通过流控芯片上的多个微流通槽同时对多个样品同时检测，实现多样品检测，节约了检测时间，提高了检测效率。

本发明还提供了一种荧光成像传感检测方法，采用第一方面所描述的荧光成像传感检测系统，可实现对体相溶液和固相表面的荧光传感检测。该有益效果的推导过程与上述荧光成像传感检测系统所带来的有益效果的推导过程大体类似，此处不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的整体装配示意图；

图2为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的分解结构示意图；

图3为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的激发光源模块示意图；

图4为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的光路调整模块示意图；

图5为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的传感模块示意图；

图6为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的图像采集模块示意图；

图7为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统的图像采集模块的局部示意图；

图8为本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统工作时的光路示意图；

图9为本发明实施例提供的荧光成像传感检测方法的流程图；

图10为本发明另一实施例提供的荧光成像传感检测方法的流程图。

附图标记：

1、暗箱；11、顶板；111、方形安装孔；12、壁板；121、光源供电插座；122、相机插座；123、窗板；13、底板；14、光学面包板；

2、激发光源模块；211、激发光源；212、会聚透镜；213、灯架；214、固定镜筒；215、固定笼板；216、固定笼杆；217、灯珠供电线；218、小孔光阑；219、固定卡环；221、中性密度滤光片；222、滤光片固定笼板；223、滤光片固定笼杆；224、滤光片固定镜筒；225、滤光片固定卡环；

3、光路调整模块；31、二向色分光棱镜；32、镜座；33、遮光盖；34、第二连杆；35、转接块；36、第一连杆；37、底座；

4、传感模块；411、第一进样管路；412、第一出样管路；421、第二进样管路；422、第二出样管路；431、第三进样管路；432、第三出样管路；441、第四进样管路；442、第四出样管路；45、管路接头；46、生物传感芯片；47、流控芯片；471、流道层；472、连通层；473、键合层；481、夹具底板；482、夹具盖板；

5、图像采集模块；511、相机；512、相机固定件；513、镜头；514、镜头法兰；521、中继透镜；522、镜筒；531、固定支架；54、相机供电线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

下面结合图1至图10描述本发明的实施例中提供的一种荧光成像传感检测系统及方法。

本实施例提供的流控多通道荧光成像传感检测系统，包括：暗箱1、激发光源模块2、光路调整模块3、传感模块4和图像采集模块5。

其中，暗箱1设置有容纳腔，激发光源模块2设置在容纳腔中，用于提供激发光源；传感模块4设置在暗箱1的顶部，传感模块4内设有用于体相溶液检测的盖玻片或用于固相表面检测的生物传感芯片46，传感模块4连接有多个样品输送管路，用于向盖玻片或生物传感芯片46提供待检测样品溶液；光路调整模块3与传感模块4的底部连接，光路调整模块3的一侧与激发光源模块2连接，用于对激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将激发光源的出射光导向传感模块4内的待检测样品溶液使其发出荧光，并对荧光进行接收；图像采集模块5设置在容纳腔中，图像采集模块5设置在光路调整模块3的底部，用于采集透过光路调整模块3的荧光图像，并转换为对应的图像数据信号。

在本实施例中，暗箱1为封闭式结构，整体尺寸分别为长170mm，宽127mm，高132mm，满足便携式的要求，用于提供实验所需的黑暗环境，并且将各模块设置在暗箱1内，暗箱1还可以提供防震保护的效果。

参照图2，在一些实施例中，暗箱1包括顶板11、壁板12与底板13，相互之间通过螺丝连接围成立方体结构，在壁板12的前表面可拆卸连接有窗板123，用于打开之后对内部各模块做出调整，窗板123可以通过磁扣吸附在壁板12前表面窗口内，也可以通过螺丝实现紧固。壁板12的一侧还可设置有光源供电插座121和相机插座122，顶板11与壁板12通过螺丝连接，顶板11开设方形安装孔111，传感模块4嵌设在方形安装孔111中，传感模块4的底部通过螺丝与光路调整模块3连接，使传感模块4仅部分位于暗箱1的外部，并且多个样品输送管路也位于暗箱1的外部，便于输送待检测样品。通过传感模块4相对暗箱1的外露设计，为盖玻片或生物传感芯片46、流控芯片47的放置或取出操作以及进出样操作提供便利。

在进一步地实施例中，还包括信号处理模块，信号处理模块可以是电脑，可以与相机插座122连接，用于接收和存储来自图像采集模块5的实时图像信号，并通过数据分析方法，获取位于生物传感芯片46或盖玻片上待测样品溶液的荧光传感特性。

参照图5，在本实施例中，传感模块4包括：夹具盖板482、夹具底板481和流控芯片47，流控芯片47的材质采用PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)，夹具底板481设置有容纳槽，容纳槽底部开设有用于透光的通孔，通孔上覆盖有盖玻片或生物传感芯片46。

示例性地，通孔的直径为19mm，盖玻片或生物传感芯片46与通孔同轴线设置，可使荧光经过通孔被正下方的图像采集模块5获取，容纳槽四周均连接有样品输送管路，夹具底板481与夹具盖板482可拆卸连接，例如，夹具盖板482置于夹具底板481上，二者可以通过四对磁扣进行定位，并由螺钉实现紧固。

流控芯片47的底面与盖玻片或生物传感芯片46的顶面接触，流控芯片47设置有多个微流通槽，用于存储待检测样品溶液，由于微流通槽贯穿流控芯片47，微流通槽中的溶液会与盖玻片或生物传感芯片46接触。

需要说明的是，盖玻片或生物传感芯片46与流控芯片47表面紧靠，但不形成键合连接，一同置于夹具底板481的容纳槽内，容纳槽深度略小于流控芯片47和盖玻片或生物传感芯片46的总厚度，可设置相差1mm，基于此，利用PDMS材料的弹性，使得流控芯片47分别与夹具底板481及盖玻片或生物传感芯片46紧密连接，对通孔密封，防止在此处发生溶液渗漏。

参照图5，在进一步地实施例中，流控芯片47由下至上依次包括：流道层471、连通层472和键合层473。

流道层471间隔设置有四个微流通槽，可以是呈长条形，宽度为2mm，长度为16mm，相邻微流通槽之间的距离2mm，微流通槽的深度为1.5mm；四个微流通槽所在的区域与通孔对应，流道层471的四周均设置有微流入口和微流出口；连通层472设置有四对导液通槽，一对导液通槽对应分布在微流通槽的两端，且每个导液通槽分别与微流通槽、微流入口或微流出口连通；键合层473覆盖在连通层472的顶部，流道层471、连通层472和键合层473键合连接。

参照图5，在本实施例中，夹具底板481的四周设置有与容纳槽连通的管路接头45，用于连接样品输送管路，样品输送管路设置有八个，两两一组分布在夹具底板481的四周，分别包括第一进样管路411、第一出样管路412、第二进样管路421、第二出样管路422、第三进样管路431、第三出样管路432、第四进样管路441和第四出样管路442，每个管路接头45均位于流道层471下方，对应于流道层471四周的微流入口和微流出口。如此设置，可实现四通道的进出样传感模块4，八个管路接头45依次排布在芯片夹具四周，溶液通过四个进样管路进入容纳槽后，通过流道层471的微流入口流入连通层472的导液通槽，然后从一端进入对应的微流通槽中，微流通槽由于底部和顶部均被封堵，当微流通槽中的溶液填充满后，再通过另一端对应的导液通槽流出，之后经过微流出口从对应的出样管路流出容纳槽。

如此设置，通过上述方案可实现多通道流控效果，可实现对单一目标分析物或多个目标分析物的实验检测。本实施例采用四个微流通槽，在标准的荧光强度-待检测样品溶液浓度函数关系下，可以同时对多个样品进行检测，通过荧光强度得出待检测样品溶液浓度，相比只有一个微流通槽，显著提高了检测效率。如果浓度函数关系尚不完善，可以让其中一个微流通槽为未知样品，另外三个微流通槽为梯度浓度的标准溶液，之后根据四个微流通槽荧光强度的对比，可以对未知样品的浓度进行估算。

本实施例中可以同时检测四种目标分析物，在四种目标分析物分别建立了标准函数关系的前提下，四个微流通槽可以分别用于检测四种目标分析物；通常该情况下使用同一个待检测样品溶液(比如某一个人的血清)，分成四份分别检测，相较于单个微流通槽只能一次检测一份样品中的某一种目标分析物，这种检测具有更高通量。

在一些实施例中，盖玻片或生物传感芯片46均为正方形，边长20mm，其中，生物传感芯片46上设置有纳米结构传感阵列，纳米结构传感阵列为金属纳米结构传感阵列，金属包括金、银或铜中的一种或多种，本发明实施例中采用金。纳米结构传感阵列的阵列为点阵、孔阵或光栅阵列。本实施例中，生物传感芯片46的纳米结构图案设置有四列，每列分别对应一个微流通槽，每列有6个直径1.5mm的圆形贵金属纳米结构薄膜附着区域，可以实现多点位检测，其纳米结构经过适当设计可实现荧光增强，有利于提高系统精度。

参照图4，在本实施例中，光路调整模块3包括镜座32、二向色分光棱镜31和镜座支架。

其中，镜座32设置有腔体，且镜座32的顶部开设有与通孔对应的第一通光孔，镜座32的底部开设有与图像采集模块5对应的第二通光孔，镜座32与激发光源模块2连接的一侧开设第三通光孔，镜座32上与第三通光孔相对的一侧设置遮光盖33，第一通光孔、第二通光孔及通孔同轴线设置，实现传感模块4与光路调整模块3在竖直方向的光学共轴。

二向色分光棱镜31设置在腔体中，用于对激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将激发光源的出射光沿垂直于盖玻片或生物传感芯片46的方向，导向传感模块4内的待检测样品溶液。

镜座支架的顶端与镜座32连接，镜座支架的底端与容纳腔的底部连接。如此设置，由于光路调整模块3处于光路折转位置且质量较大，所以为其设计镜座支架实现重心支撑，可以有效增加系统的结构稳定性；通过二向色分光棱镜31可以对入射的波长为470nm-510nm波段的激发光源的光束实现90°偏转至正上方的传感模块4，对从上方入射的波长为500nm-560nm波段的荧光光束实现无偏转透射，从而同时兼具90°反射镜和滤光片的功能，有效节约空间，提高便携性；相比通用的二向色分光平行平板，二向色分光棱镜31可以避免光轴的偏移和虚影现象，有利于保证荧光图像识别与提取的精度。

参照图4，在进一步地实施例中，镜座支架包括底座37、第一连杆36和第二连杆34，第一连杆36沿竖直方向与底座37活动连接，第一连杆36的顶端连接有转接块35；第二连杆34垂直于第一连杆36设置，第二连杆34的第一端沿水平方向与转接块35活动连接，第二连杆34的第二端与镜座32连接；在一些实施例中，底座37上可以是沿竖向连接有套管，第一连杆36插接在套管中可实现竖向移动，并且套管外部可设置有锁紧螺栓，用于对第一连杆36定位；转接块35可沿水平方向设置插孔，第二连杆34插接在插孔内，并且在转接块35上对应插孔处也设置有锁紧螺栓，可对第二连杆34进行定位，调节第二连杆34穿过插孔的长度，依次改变镜座32相对于第一连杆36的距离，如此实现对第一连杆36竖向调节和第二连杆34的水平调节。如此设置，通过第一连杆36与底座37沿竖直方向的活动连接，实现对镜座32竖直方向上的移动调节，通过第二连杆34与转接块35的活动连接，实现对镜座32沿水平方向上的移动调节。

参照图3，在本实施例中，激发光源模块2包括依次设置的激发光源211、会聚透镜212、小孔光阑218和中性密度滤光片221；激发光源211、会聚透镜212、小孔光阑218和中性密度滤光片221的中心共轴线设置。如此设置，是为了解决激发光源211的功率过高的问题，使用小孔光阑218和中性密度滤光片221可实现功率衰减，从而提高采集图像的信噪比，避免荧光探针过快出现光漂白现象；同时，小孔光阑218的开孔尺寸和中性密度滤光片221的透过率可以根据荧光探针的需要进行调整，以满足实验要求。

中性密度滤光片221(衰减片)，是利用物质对光的吸收特性，制成片状，设置在光路中，可以将光强衰减。

具体地，激发光源211、会聚透镜212、小孔光阑218、中性密度滤光片221以及第三通光孔依次平行共轴设置；为了保证结构的紧凑性与光学共轴要求，激发光源211和会聚透镜212通过灯架213实现同轴连接，灯架213设为筒状结构，灯架213套设于固定镜筒214内，固定镜筒214与固定笼板215通过螺纹连接，小孔光阑218通过固定卡环219固定在灯架213内，中性密度滤光片221通过滤光片固定卡环225固定在滤光片固定镜筒224内，滤光片固定镜筒224通过螺纹固定在滤光片固定笼板222上，滤光片固定笼板222的两侧均设置四个滤光片固定笼杆223，固定笼板215对应滤光片固定笼板222的一侧也设置有固定笼杆216，并且固定笼杆216与滤光片固定笼杆223一一对应且连接，滤光片固定笼板222与镜座32之间通过滤光片固定笼杆223连接，由此实现激发光源模块2与光路调整模块3在水平方向的光学共轴。

在一些实施例中，可选择灯架213的直径为24mm，会聚透镜212的出射光全发散角为15°，所用到的固定镜筒、固定卡环的内外螺纹规格均为

在本实施例中，激发光源模块2用于提供光谱波长范围为470nm-510nm、功率和光束直径适宜的窄带出射光，用以对待检测侧溶液激发光谱波长范围500nm-560nm的荧光。

在一些实施例中，激发光源模块2选择输出功率为1W冰蓝色LED灯珠作为激发光源，相对于采用488nm中心波长激光二极管的激发方式，LED(Light Emitting Diode，发光二极管)不仅可以提供多种波长的出射光，且能耗低、寿命长、集成化水平高、驱动简单，可以有效地降低成本，减小体积。LED灯珠通过灯珠供电线217与固定在壁板12的光源供电插座121连接，光源供电插座121可设计为USB插孔，可以连接外部5V的USB电源，包括电脑USB接口和智能手机充电器等。

需要说明的是，功率适宜是指最终照射在盖玻片或生物传感芯片46上的功率不会过大或过小，功率过大一方面会引起荧光物质的光漂白现象，另一方面，激发光会穿透二向色分光棱镜31抵达图像采集模块5降低信噪比；功率过小会导致荧光偏弱，同样会降低信噪比。光束直径适宜，可让最终照射在盖玻片或生物传感芯片46上的光束只比待检测样品所在区域的范围略大，可以避免过多杂散光被图像采集模块5接收，提高信噪比。

参照图6、图7、图8，在本实施例中，图像采集模块5包括：相机511、镜筒522和固定支架531。

具体地，相机511可采用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)相机，相机511通过相机固定件512连接在容纳腔底部的光学面包板14上；由于光学面包板14上阵列有连接孔，可选择在相机固定件512两侧使用腰型沉头孔，通过螺栓将腰型沉头孔与连接孔连接，并通过松紧螺栓实现图像采集模块5在光学面包板14上的位置微调；相机511通过相机供电线54与固定在壁板12的相机插座122连接，电脑可通过USB数据线和相机插座122连接，用于供电与数据传输。

相机511通过镜头法兰514连接有镜头513，镜筒522设置在相机511的镜头513上方，镜筒522的顶端与镜座32的底部连接，镜筒522内设置有中继透镜521，且中继透镜521、CMOS相机的镜头513及第二通光孔同轴设置，实现光路调整模块3与图像采集模块5在竖直方向的光学共轴。

固定支架531设置在镜座32与相机511之间，可设置为四根相互平行的支杆，分别连接于相机511的四周，固定支架531的顶端与镜座32连接，固定支架531的底端与相机511连接。如此设置，通过中继透镜521为相机511提供较大的视场范围，以便将四个微流通槽的图像完整采集。

在一些实施例中，中继透镜521的直径25.4mm，焦距60mm。CMOS相机的镜头513焦距12mm，F值可以在2.8～32的范围内调节，接口为C型；CMOS相机511中CMOS芯片的尺寸为1/2.9英寸，二者在配置上可以充分发挥CMOS相机的视场和分辨率性能，同时为系统提供了光学调节的灵活性。

本发明实施例提供的荧光成像传感检测系统，集成LED光源、多通道流控技术、CMOS相机与个人电脑的优势，再利用二向色棱镜分束和滤光原理，构成体相和固相双模荧光传感检测应用的便携式、多通道、大视场、成像传感检测系统，可以有效缩小仪器尺寸，实现多通道或多样品的同时检测，节约了检测时间，显著的提高了检测的效率。

如图9所示，本发明实施例还提供一种流控多通道荧光成像传感检测方法，采用上述的荧光成像传感检测系统，应用于体相溶液荧光检测，包括以下步骤：

步骤1：根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的激发光源参数；

步骤2：根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的小孔光阑和中性密度滤光片的参数；

步骤3：将盖玻片和PDMS流控芯片设置在传感模块4中容纳槽的设定位置，将夹具盖板482与夹具底板481闭合扣紧，在激发光源处于关闭状态下，通过CMOS相机获得暗背景图像；

步骤4：制备阴性样品溶液，将其与荧光探针溶液充分混合，对混合后的阴性样品溶液提供荧光探针识别分析物所需的孵育环境，比如长时间保温等；通过第一进样管路411、第二进样管路421、第三进样管路431和第四进样管路441通入该阴性样品溶液，使阴性样品溶液充满PDMS流控芯片的微流通槽；

步骤5：开启激发光源，通过CMOS相机获得阴性样品图像；

步骤6：关闭激发光源，清除微流通槽中的阴性样品溶液，制备待检测样品溶液，将其与荧光探针溶液充分混合，对该溶液提供荧光探针识别分析物所需的孵育环境，之后，通过第一进样管路411、第二进样管路421、第三进样管路431和第四进样管路441将充分反应后的待检测样品溶液导入微流通槽中；

步骤7：开启激发光源，通过CMOS相机获得待检测样品的图像；

步骤8：通过信号处理模块将获取的暗背景图像、阴性样品图像和待检测样品图像进行分析计算，获取位于盖玻片上待测样品的荧光传感特性。

如图10所示，本发明实施例还公开了一种流控多通道荧光成像传感检测方法，采用上述的荧光成像传感检测系统，应用于固相表面荧光检测，包括以下步骤：

步骤1：根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的激发光源参数；

步骤2：根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的小孔光阑和中性密度滤光片的参数；

步骤3：在生物传感芯片46上修饰适合的第一抗体，用于识别分析物，将已经由第一抗体功能化的生物传感芯片46和PDMS流控芯片设置在传感模块4中容纳槽的设定位置，将夹具盖板482与夹具底板481闭合扣紧，在激发光源处于关闭状态下，通过CMOS相机获得暗背景图像；

步骤4：制备阴性样品溶液，通过第一进样管路411、第二进样管路421、第三进样管路431和第四进样管路441通入阴性样品溶液，使阴性样品溶液充满PDMS流控芯片的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，比如长时间保温等，然后清除阴性样品溶液；

步骤5：制备含荧光基团标记的第二抗体溶液，通过第一进样管路411、第二进样管路421、第三进样管路431和第四进样管路441通入第二抗体溶液，使第二抗体溶液充满PDMS流控芯片的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除第二抗体溶液；

步骤6：开启激发光源，通过CMOS相机获得阴性样品图像；

步骤7：关闭激发光源，清洗微流通槽，制备待检测样品溶液，通过第一进样管路411、第二进样管路421、第三进样管路431和第四进样管路441将待检测样品溶液充满微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除待检测样品溶液；

步骤8：制备含荧光基团标记的第二抗体溶液，通过第一进样管路411、第二进样管路421、第三进样管路431和第四进样管路441通入第二抗体溶液，使第二抗体溶液充满PDMS流控芯片的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除第二抗体溶液；

步骤9：开启激发光源，通过CMOS相机获得待检测样品的图像；

步骤10：通过信号处理模块将获取的暗背景图像、阴性样品图像和待检测样品图像进行分析计算，获取位于生物传感芯片46上待测样品的荧光传感特性。

需要说明的是，步骤3中的在生物传感芯片46上修饰适合的第一抗体，指的是在生物传感芯片46表面的纳米结构传感阵列，例如金颗粒上面，通过物理或化学方式，附着一层用于捕获目标分析物分子的抗体分子(自组装分子层)。

本实施例是通过在固体表面(如普通载玻片或贵金属纳米结构表面)修饰一层第一抗体分子，然后加入待检测样品，提供抗原抗体识别所需的孵育环境后，在该环境下，目标分析物分子会被固体表面的第一抗体分子捕获。为了产生荧光并建立生物传感关联，需要清除微流通槽中残留的样品溶液，然后加入荧光基团标记的第二抗体溶液，提供抗原抗体识别所需的孵育环境，在该环境下，作为荧光探针的第二抗体会与被第一抗体捕获的分析物分子特异性结合。清除多余的第二抗体溶液，荧光基团的数量便与被捕获的分析物分子建立了直接联系，而荧光强度与荧光基团的数量存在正相关的函数关系，由此可实现荧光生物传感检测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种荧光成像传感检测系统，其特征在于，包括：

暗箱，设置有容纳腔；

激发光源模块，设置在所述容纳腔中，用于提供激发光源；

传感模块，设置在所述暗箱的顶部，所述传感模块内设有用于体相溶液检测的盖玻片或用于固相表面检测的生物传感芯片，所述传感模块连接有样品输送管路，用于向所述盖玻片或所述生物传感芯片提供待检测样品溶液；

光路调整模块，所述光路调整模块与所述传感模块的底部连接，所述光路调整模块的一侧与所述激发光源模块连接，用于对所述激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将所述激发光源的出射光导向所述传感模块内的待检测样品溶液使其发出荧光，并对荧光进行接收；

图像采集模块，设置在所述容纳腔中，所述图像采集模块设置在所述光路调整模块的底部，用于采集透过所述光路调整模块的荧光图像，并转换为对应的图像数据信号。

2.根据权利要求1所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述传感模块包括：

夹具盖板；

夹具底板，设置有容纳槽，所述容纳槽底部开设有用于透光的通孔，所述通孔上覆盖有所述盖玻片或生物传感芯片，所述容纳槽四周均连接有所述样品输送管路，所述夹具底板与所述夹具盖板可拆卸连接；

流控芯片，所述流控芯片的底面与所述盖玻片或生物传感芯片的顶面接触，所述流控芯片设置有多个微流通槽，用于存储待检测样品溶液。

3.根据权利要求2所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述流控芯片由下至上依次包括：

流道层，所述流道层间隔设置有四个所述微流通槽，四个所述微流通槽所在的区域与所述通孔对应，所述流道层的四周均设置有微流入口和微流出口；

连通层，设置有四对导液通槽，一对所述导液通槽对应分布在所述微流通槽的两端，且每个所述导液通槽分别与所述微流通槽、所述微流入口或所述微流出口连通；

键合层，覆盖在所述连通层的顶部，所述流道层、连通层和键合层键合连接。

4.根据权利要求2所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述光路调整模块包括：

镜座，设置有腔体，且所述镜座的顶部开设有与所述通孔对应的第一通光孔，所述镜座的底部开设有与所述图像采集模块对应的第二通光孔，所述镜座与所述激发光源模块连接的一侧开设第三通光孔，其中，所述第一通光孔、所述第二通光孔及所述通孔同轴线设置；

二向色分光棱镜，设置在所述腔体中，用于对所述激发光源的出射光实现滤波和光束转向，将所述激发光源的出射光沿垂直于所述盖玻片或所述生物传感芯片的方向，导向所述传感模块内的待检测样品溶液使其发出荧光；

镜座支架，所述镜座支架的顶端与所述镜座连接，所述镜座支架的底端与所述容纳腔的底部连接。

5.根据权利要求4所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述镜座支架包括:

底座；

第一连杆，所述第一连杆沿竖直方向与所述第一连杆活动连接，所述第一连杆的顶端连接有转接块；

第二连杆，所述第二连杆垂直于所述第一连杆设置，所述第二连杆的第一端沿水平方向与所述转接块活动连接，所述第二连杆的第二端与所述镜座连接。

6.根据权利要求1所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述激发光源模块包括依次设置的所述激发光源、会聚透镜、小孔光阑和中性密度滤光片；所述光源、会聚透镜、小孔光阑和中性密度滤光片的中心共轴线设置。

7.根据权利要求1所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述激发光源用于提供波长范围为470nm-510nm的窄带出射光，用以对待检测侧溶液激发波长范围500nm-560nm的荧光。

8.根据权利要求4所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括：

相机，所述相机通过相机固定件与所述容纳腔底部连接；

镜筒，设置在所述相机的镜头上，所述镜筒的顶端与所述镜座的底部连接，所述镜筒内设置有中继透镜，且所述中继透镜、所述相机的镜头及所述第二通光孔同轴设置；

固定支架，设置在所述镜座与所述相机之间，所述固定支架的顶端与所述镜座连接，所述固定支架的底端与所述相机连接。

9.一种荧光成像传感检测方法，采用权利要求1-8任一项所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的激发光源参数；

将盖玻片设置在传感模块的容纳槽，确认激发光源处于关闭状态，通过图像采集模块获得暗背景图像；

制备含荧光探针的阴性样品溶液，对阴性样品溶液提供荧光探针识别分析物所需的孵育环境，将该阴性样品溶液导入传感模块的微流通槽中；

开启光源，通过图像采集模块获得阴性样品的图像；

关闭激发光源，清除微流通槽中的阴性样品溶液，制备含荧光探针的待检测样品溶液，对该溶液提供荧光探针识别分析物所需的孵育环境，将含荧光探针的待检测样品溶液导入微流通槽中；

开启光源，通过图像采集模块获得待检测样品的图像。

10.一种荧光成像传感检测方法，采用权利要求1-8任一项所述的荧光成像传感检测系统，其特征在于，包括以下步骤：

根据待检测样品的特性和实验要求，确定荧光成像传感检测系统的激发光源参数；

在生物传感芯片上修饰适合的第一抗体，用于识别分析物，将已经由第一抗体功能化的生物传感芯片设置在传感模块的容纳槽，确认激发光源处于关闭状态，通过图像采集模块获得暗背景图像；

制备阴性样品溶液，将阴性样品溶液导入传感模块的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除阴性样品溶液；

制备含荧光基团标记的第二抗体溶液，将第二抗体溶液导入传感模块的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除第二抗体溶液；

开启光源，通过图像采集模块获得阴性样品的图像；

关闭激发光源，清洗微流通槽，制备待检测样品溶液，将待检测样品溶液导入微流通槽中，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除待检测样品溶液；

制备含荧光基团标记的第二抗体溶液，将第二抗体溶液导入传感模块的微流通槽，对传感模块提供抗原抗体识别所需的孵育环境，然后清除第二抗体溶液；

开启光源，通过图像采集模块获得待检测样品的图像。

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