CN1548944A

CN1548944A - 一种微流控芯片激光诱导荧光分析仪

Info

Publication number: CN1548944A
Application number: CNA031333303A
Authority: CN
Inventors: 周小棉; 戴忠鹏; 林炳承; 李义海
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2003-05-20
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-11-24

Abstract

本发明包括光路、电路、计算机和操作平台；光路包括光源、滤光镜、物镜、半透半反镜、滤光镜、聚光镜、针孔、光电倍增管，光源和滤光镜依次置于半透半反镜的横光轴线上，物镜置于半透半反镜纵光轴线上在上方，滤光镜、聚光镜、针孔和光电倍增管依次置于半透半反镜纵光轴线上在下方；电路包括光电倍增器(PMT)数据采集AD转换、高压继电器控制、高压输出控制和高压输出检测；计算机与电路通过通讯装置连接；其特征在于所述的计算机采用CE WINDOWS应用软件实施参数设定、对峰谱的检测和数据处理。本发明的特点是使用方便可靠，提供直接的数据，拓宽检测用染料的选择范围。

Description

一种微流控芯片激光诱导荧光分析仪

技术领域：

本发明涉及分析化学领域中的一种光学仪器，计算机控制的光学仪器。

背景技术：

由加拿大Albert公司生产的微流控芯片分析仪，其基本原理是利用半导体激光器所产生的530nm激光经过一个滤光片变成比较单色的光经过个半透半反镜然后经物镜照射到微流控芯片的管道中；管道中如果有荧光物质存在，它(们)在激光的照射下获得能量后会放出一定波长的荧光，然后，此荧光经过物镜进入光学回路，再经一个滤光片将非荧光波长的光过滤掉，荧光再经针孔进入光电倍增管上，经放大，将光信号转变成电信号，再经信号采集单元整理输入计算机，经软件处理，在计算机屏幕上显示其时间-电压曲线。其仪器构成包括三部分：计算机、电路和高压控制模块、光路和操作平台。各部分独自成件，通过导线连接。其不足之处：

①聚焦为手动，极不方便，而且要想获得较好的重复性难；

②发射波长只有570纳米一个波长，这样限制了染料的选择，有较大的局限性；

③软件无电流-时间曲线检测显示，造成运行时如出现故障则分析困难；

④此种仪器无曲线峰面积、峰高、半峰宽等数据的直接计算结果；

由安吉伦公司生产的2100型生物分析仪其原理基本与前述的机器原理相同，只是其激光波长不同，后者为630纳米，导致发射波长亦不同。其仪器结构分二部分：计算机控制部分和操作平台与光学检测一体化部分。操作平台由十六个固定的电极组成。其不足之处：

①采用制造厂商专用芯片。由于电极为固定的大小尺寸，所以，只能使用专用芯片，故不对外开放芯片使用，不适合做微流控芯片基础性探索研究；

②仪器专用性强，灵活性受限制；

③激发波长为630纳米，而发射波波长单一，无选择；

④无时间-电流曲线显示。

发明内容：

本发明提供一种具有CCD监测，计算机屏幕显示聚焦，显示内容更多，使用范围更广的微流控芯片激光诱导荧光分析仪。本发明提供的微流控芯片激光诱导荧光分析仪包括光路、电路、计算机和操作平台；光路包括光源(1)、滤光镜(2)、物镜(4)、半透半反镜(5)、滤光镜(6)、聚光镜(7)、针孔(8)、光电倍增管(9)，光源(1)和滤光镜(2)依次置于半透半反镜(5)的横光轴线上，物镜(4)置于半透半反镜(5)纵光轴线上在上方，滤光镜(6)、聚光镜(7)、针孔(8)和光电倍增管(9)依次置于半透半反镜(5)纵光轴线上在下方；电路包括光电倍增器(PMT)数据采集AD转换、高压继电器控制、高压输出控制和高压输出检测；计算机与电路通过通讯装置连接；其特征在于所述的计算机采用CE WINDOWS应用软件实施参数设定、对谱峰的检测(包括峰的高度和面积的检测)和数据处理。

在所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的针孔(8)处置有可转换的CCD摄像机(10)，与计算机通讯连接，以获得图像信号。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的计算机控制步进电机，以设定不同的速度移动三维平台，达到最佳检测位置。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的光源(1)、滤光镜(2)和滤光镜(6)是可换的，以达到使用多种波长光源和扩大应用范围。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的光源(1)、滤光镜(2)和滤光镜(6)的波长优选为532nm。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的电路包括：

PMT数据采集板，采集检测PMT信号，经单片机A/D转换后将数据传给上述计算机——通讯装置；

高压电源控制板，接收来自计算机的数字信号指令并实施和确定继电器状态；

输出控制板，在接收来自计算机的数字量信号D/A转换后控制高压模块的高电压输出；

检测控制板，采集高压电源模块输出电压、电流信号，经单片机A/D转换后将数据传给上位机；

步进电机控制板，接收计算机数字信号，控制光学平台的三维移动。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的计算机采用WINDOWS应用程序完成：

参数设定，WINDOWS应用程序下设定PMT数据采集量程、各高压电源电极的电压参数、继电器输出状态(高压、接地、悬空)；

平台移动，在CCD监测下，设定不同的速度移动三维平台达到最佳检测位置；

数据采集，接收单片机上传的数字信号显示谱图、显示各高压电源电极的电压、电流曲线图；

数据处理，采集检测完成后，可以将采集到的谱图放大、移动显示便于分析比较，可以将采集到的谱图数据保存到相应的文件名下。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪设有下列硬件控制：

电源控制：硬件系统开关电源总体供电，采集控制板DC/DC隔离供电；

保护电路：机箱开关操作高压电源断路保护；

CCD电源：聚焦操作、检测过程交叉使用(防止干扰)。

所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪的输出谱图包括输出电压—时间曲线、电流—时间曲线、PMT-时间曲线或某一个检测点CCD全程检测四个。

所述的微流控芯片荧光分析仪的软件操作系统由三部分组成：

①分离控制程序，包括CCD检测下的光路鼠标点击调焦和分离过程的时间选择及电压调节控制；

②数据收集部分，由屏幕显示的四个输出电压—时间曲线，电流—时间曲线，PMT-时间曲线或某一个检测点CCD全程检测组成；

③数据处理部分。

本发明提供的微流控芯片荧光分析仪的特点如下：

①采用CCD监测，计算机屏幕显示聚焦，使用方便可靠。

②除显示电压—时间曲线外，还同时显示电流—时间曲线；电流—时间曲线对监测分离通道中发生的阻塞等情况极为有利，同时对电渗流的计算提供了直接的数据，这样为此数据计算变得简单、快捷。

③光源和滤光片可更换，拓宽了检测用染料的选择范围。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的原理光路图，图中3是被测芯片；

图3是本发明的计算机软件的通讯连接图。

具体实施方式：

本微流控芯片荧光分析仪的构成包括光路、用于电路和高压控制的模块和操作平台，通过计算机软件实施其各项功能。

本仪器的计算机软件的通讯连接图见图3。

本仪器的原理光路图见图2。

本仪器采用CCD监测，计算机屏幕显示聚焦；采用532nm激光器，光源和滤光片可更换，以拓宽了实验用染料的选择范围。

本仪器软件操作系统由三部分组成：

②数据收集部分，由屏幕显示的输出电压—时间曲线，电流—时间曲线，PMT-时间曲线和某一个检测点CCD全程检测组成；

③数据处理部分。用PMMA芯片在此仪器上进行罗丹明(Rhodamine)6G和DNA样品分析，在检测罗丹明6G时其检测灵敏度达6.67×10^-13mol/L。

Claims

1、微流控芯片激光诱导荧光分析仪，包括光路、电路、计算机和操作平台；光路包括光源(1)、滤光镜(2)、物镜(4)、半透半反镜(5)、滤光镜(6)、聚光镜(7)、针孔(8)、光电倍增管(9)；电路包括光电倍增管数据采集AD转换装置、高压继电器控制装置、高压输出控制装置和高压输出检测装置；计算机与电路通过通讯装置连接；其特征在于所述的计算机采用CE WINDOWS应用软件实施参数设定、对谱峰的检测和数据处理。

2、按照权利要求1所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪，其特征在于在所述的针孔(8)处置有一个可转换的CCD摄像机(10)，与计算机通讯连接。

3、按照权利要求2所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪，其特征在于所述的计算机实施对操作平台的控制。

4、按照权利要求1～3之一所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪，其特征在于所述的光源(1)、滤光镜(2)和滤光镜(6)是在波长520nm～640nm范围内可换的。

5、按照权利要求4之一所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪，其特征在于所述的光源(1)、滤光镜(2)和滤光镜(6)的波长都是532nm。

6、按照权利要求1～3之一所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪，其特征在于还备有一个或多个硬件控制，如：电源控制、保护电路、CCD电源控制。

7、按照权利要求1～3之一所述的微流控芯片激光诱导荧光分析仪，其特征在于其输出谱图包括输出电压—时间曲线、电流—时间曲线、PMT—时间曲线和某一个检测点CCD全程检测中的一个、多个或全部四个。