CN213895849U - 一种荧光检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种荧光检测系统。该荧光检测系统包括：数字微流控装置和荧光检测模块；荧光检测模块位于数字微流控装置的上方，且荧光检测模块相对于数字微流控装置可移动；数字微流控装置包括微流控芯片和驱动电路；微流控芯片还包括：底部电极板，底部电极板包括多个电极；驱动电路用于分别控制每个电极接地或接通电源，以形成驱动液滴的电势差；多个电极形成至少一个通道，以使液滴在通道进行生物扩增反应，并通过荧光检测模块读取进行生物扩增反应后的液滴的荧光数据。本实施例提供的荧光检测系统基于数字微流控技术对反应产物进行分析，提高了实验处理效率。

Description

一种荧光检测系统

技术领域

本实用新型实施例涉及微流控技术领域，尤其涉及一种荧光检测系统。

背景技术

PCR(Polymerase chain reaction，聚合酶链式反应)扩增仪又称为PCR基因扩增仪、PCR核酸扩增仪、聚合酶链式反应核酸扩增仪，是利用PCR技术对特定DNA扩增的一种仪器设备。其中，PCR技术是一种在体外模拟自然DNA复制过程的核酸扩增技术，由高温热变性温区、低温退火复性温区和适温延伸温区组成一个周期，一个循环可以使DNA总量增加一倍，可以把定量的遗传物质迅速而简便的扩增百万倍，再使用基于FRET(荧光共振能量传递技术)进行荧光实时检测，根据荧光强度以及强度相对变化的信息，可对PCR产物进行定性定量分析。

然而，现有技术中的PCR扩增仪无法满足快速处理问题与迅速检测样本的要求。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种荧光检测系统，本实施例提供的荧光检测系统基于数字微流控技术对反应产物进行分析，提高了实验处理效率。

本实用新型实施例提供了一种荧光检测系统，该荧光检测系统包括：数字微流控装置和荧光检测模块；所述荧光检测模块位于所述数字微流控装置的上方，且所述荧光检测模块相对于所述数字微流控装置可移动；

所述数字微流控装置包括微流控芯片和驱动电路；

所述微流控芯片还包括：底部电极板，所述底部电极板包括多个电极；

所述驱动电路用于分别控制每个所述电极接地或接通电源，以形成驱动液滴的电势差；

多个所述电极形成至少一个通道，以使液滴在所述通道进行生物扩增反应，并通过所述荧光检测模块读取进行生物扩增反应后的液滴的荧光数据。

可选的，所述微流控芯片还包括顶盖；所述顶盖和所述底部电极板之间形成液滴移动空间。

可选的，还包括移动模块；所述移动模块带动所述荧光检测模块分别在第一方向、第二方向和第三方向移动；

其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。

可选的，所述移动模块包括移动单元、步进电机和机械臂；所述机械臂包括同步轮、铝型材、位于所述铝型材上的同步带；

所述荧光检测模块固定于所述移动单元；

所述步进电机驱动所述同步轮和同步带进行移动；

所述移动单元可移动的设置在所述铝型材上，以通过所述同步带带动所述移动单元移动。

可选的，所述荧光检测模块包括光电倍增管单元和激发光单元；

所述光电倍增管单元设置于所述移动单元，所述光电倍增管单元在所述移动单元上的位置可变；

所述激发光单元固定于所述移动单元。

可选的，所述光电倍增管单元通过第一固定件固定于所述移动单元；

所述激发光单元通过第二固定件固定于所述移动单元；

所述第一固定件上设置有螺丝孔，螺丝穿过所述螺丝孔将所述第一固定件固定于所述移动单元；且所述螺丝在所述螺丝孔内可沿所述第一方向移动。

可选的，所述光电倍增管单元垂直于所述底部电极板所在平面；

所述激发光单元与所述底部电极板所在平面的夹角为θ，其中，0°＜θ＜90°。

可选的，所述光电倍增管单元包括：测量探头、计数模块和多个滤光片；所述测量探头包括从光电倍增管单元和激发光单元引出来的光纤和可拆卸的设置于所述光纤末端的透镜；

所述激发光单元包括多个LED灯珠和驱动模块。

可选的，所述微流控芯片包括荧光测试区、移动反应区、扩增反应区和蓄液区；

多个所述电极包括多个第一电极、多个第二电极、多个第三电极和多个第四电极；其中，多个所述第一电极位于所述扩增反应区；多个所述第二电极位于所述移动反应区；多个所述第三电极位于所述荧光测试区；多个所述第四电极位于所述蓄液区。

可选的，还包括加热模块，设置于所述底部电极板背离所述荧光检测模块的一侧。

本实用新型提供的荧光检测系统包括数字微流控装置，由于数字微流控装置的电极可将反应试剂等分，相比于现有技术中的PCR扩增仪中反应试剂位于离心管等容纳腔体中，可以实现快速处理问题与迅速检测样本的要求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种荧光检测系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的一种微流控芯片的部分膜层结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的又一种荧光检测系统的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种荧光检测模块的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的液滴在微流控芯片和在离心管中的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型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实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

基于背景技术存在的问题，本实用新型实施例提供了一种荧光检测系统，该荧光检测系统包括数字微流控装置，即基于数字微流控技术实现生物扩增反应，同时实现对荧光信号的检测。且由于荧光检测模块的位置可调，可通过对不同浓度的荧光染料进行多点检测，可以区分开硅油，水，及从高到低不同浓度荧光染料。可通过荧光检测模块实时检测PCR扩增反应，也可涉及光学检测的生物实验。所谓数字微流控技术即为依赖于由液体表面张力引起的液滴生成。表面越疏水，液体渗透性越差。疏水性可以利用电场产生，该过程被称为介质上电湿润(Electrowetting on Dielectric,EWOD)。运用电场产生液体表面的极性亲水性，使液滴变平。控制极化位置以生成张力梯度，使受控液滴位移发生在微流控平台表面。

数字微流控平台的设置基于基板、电极及其配置，使用的电介质及其厚度，疏水层和施加的电压等方面。各个电极在底层以阵列形式图案化，连续电极则位于顶层。介电材料(如玻璃)围绕着底层电极，负责电荷和电场梯度的积累。顶层通常涂有疏水层，以在液滴接触点处形成低表面能。当施加电压时，电极被激活，导至表面液滴或多或少变得易被润湿。如果附近的电极被控制电压激活而下层电极未激活，则液滴将移动。因此可以通过沿着电极线的线性阵列电势变化来操纵液滴。

下面将结合具体示例对本申请的基于数字微流控技术的荧光检测系统进行说明。

图1是本实用新型实施例提供的一种荧光检测系统的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的一种微流控芯片的结构示意图，参见图1和图2，本实用新型实施例提供的荧光检测系统100包括：数字微流控装置10和荧光检测模块20；荧光检测模块20位于数字微流控装置10的上方，且荧光检测模块20相对于数字微流控装置10可移动，可根据实际情况调整荧光检测模块20在数字微流控装置10上方的高度以及荧光检测模块20在水平方向上的位置；数字微流控装置10包括微流控芯片11和驱动电路(图中未示出)；反应试剂位于微流控芯片11的液体空间中，微流控芯片11还包括：底部电极板111，底部电极板111包括多个电极112；驱动电路用于分别控制每个电极112接地或接通电源，以形成驱动液滴的电势差；多个电极112形成至少一个通道，以使液滴在通道进行生物扩增反应，并通过荧光检测模块20读取进行生物扩增反应后的液滴的荧光数据。

本实施例中，可以注入较大体系的反应试剂至数字微流控装置10，由于数字微流控装置10中的微流控芯片11包括多个例如为几毫米的小电极112，可通过驱动电路控制液滴移动，反复循环移动可以做到搅拌，按照既定路径运行可以实现分离液滴，即通过数字微流控装置10中的微流控芯片11将较大体系的反应试剂等分成小体系的液滴，每个液滴占满一个电极112。然后通过驱动电路驱动液滴移动至多个电极112形成的至少一个通道，液滴在该通道进行生物扩增反应后，通过驱动电路驱动生物扩增反应后的液滴移动至预设位置，预设位置即为荧光检测模块20的下方，然后可通过荧光检测模块20的移动实现荧光检测模块20和生物扩增反应后的液滴的对准，进而读取荧光数据，如此，可以得到至少一个通道的荧光曲线。可选的，当反应试剂中为激光型荧光染料时，需要激发光，此时荧光检测模块20发射出激发光，然后读取荧光数据；当反应试剂中为自发光染料时，无需激发光，可以关闭激发光，只读取液滴的荧光数据即可。本实施例提供的基于数字微流控装置10的荧光检测系统100，由于数字微流控装置10的电极112可将反应试剂等分，相比于现有技术中的PCR扩增仪中反应试剂位于离心管等容纳腔体中，可以实现快速处理问题与迅速检测样本的要求。

可选的，控制电路包括多个开关和电源，开关与电极一一对应。由开关的通断控制反应试剂的移动。

可选的，当多个电极112形成多个通道时，液滴可通过驱动电路控制其移动，反复循环移动可以做到搅拌，按照既定路径运行可以实现分离液滴。分离后的液滴可以保证在每个通道内占相等的电极数，可以实现体系均等。需要说明的是，本实施例不对通道的数量进行限定，本领域技术人员可以按照微流控芯片11的电极设计，可以实现单通道、双通道或多通道的生物扩增反应等。

可以理解的是，本实施例不对微流控芯片11的结构进行限定，图2所述的微流控芯片仅是一种示例，其中，黑色圆点表示液滴，箭头表示其可以移动的方向，每次只能动一个格，只能移动到相邻电极112，可以按照一定时间间隔连续移动。在其他可选实施例中，微流控芯片11还可以为其他结构，示例性的，图3是本实用新型实施例提供的又一种微流控芯片的结构示意图，如图3所示，微流控芯片11包括荧光测试区A1、移动反应区A2、扩增反应区A3和蓄液区A4；多个电极112包括多个第一电极113、多个第二电极114、多个第三电极115和多个第四电极116；其中，多个第一电极113位于扩增反应区A3；多个第二电极114位于移动反应区A2；多个第三电极115位于荧光测试区A1；多个第四电极116位于蓄液区A4。

具体的，参见图3，包括多个第四电极116的区域(即梯形电极的区域)为蓄液池，将反应试剂注入蓄液池，由蓄液池分出等体积的液滴，占满一个正方形电极，并通过驱动电路驱动将均分后的液滴移动移动反应区A2，以通过移动反应区A2中的第二电极114将液滴移动至扩增反应区A3，其中，扩增反应区A3的多个第一电极113包括9个并行的长方形电极阵列，即9个通道，实现9通道的生物扩增反应后，通过驱动电路驱动生物扩增反应后的液滴移动至预设位置，预设位置即为荧光测试区A1，而荧光测试区A1位于荧光检测模块20的下方，然后可通过荧光检测模块20的移动实现荧光检测模块20和生物扩增反应后的液滴的对准，进而读取荧光数据，如此，可以得到多个通道的荧光曲线。

需要说明的是，数字微流控装置10还包括本领域技术人员可知的其它结构，例如电源和导电层等，本实施例未详尽列出的可以参考现有技术中的数字微流控装置。

可选地，图4是本实用新型实施例提供的一种微流控芯片的部分膜层结构示意图，如图4所示，微流控芯片11还包括顶盖12；顶盖12和底部电极板11之间形成液滴移动空间，如此，顶盖12和底部电极板11的间隙大小使得液滴呈扁平状，单位体积下荧光检测模块20的检测面积较大，实现荧光信号的快速检测。

可选的，继续参见图1，荧光检测系统100还包括移动模块30；移动模块30带动荧光检测模块20分别在第一方向、第二方向和第三方向移动；其中，第一方向、第二方向和第三方向两两垂直。通过移动模块30调节荧光检测模块20的位置，实现荧光检测模块20和生物扩增反应后的液滴的对准；当需要激发光时，实现激发光与荧光检测模块20的检测焦点的对准。

可选的，图5是本实用新型实施例提供的又一种荧光检测系统的结构示意图，如图5所示，移动模块30包括移动单元31、步进电机(图中未示出)和机械臂32；机械臂32包括同步轮321、铝型材322、位于铝型材322上的同步带323；荧光检测模块20固定于移动单元31；步进电机驱动同步轮321和同步带323进行移动；移动单元31可移动的设置在铝型材322上，以通过同步带323带动移动单元31移动。

具体的，荧光检测模块20距离微流控芯片有一定的高度，微流控芯片内部有液滴。荧光检测模块20固定于移动单元31。步进电机驱动同步轮321和同步带323进行移动，移动单元31可移动的设置在铝型材322上，以通过同步带323带动移动单元31移动，进而带动整个荧光检测模块20的移动到预设位置，以实现荧光检测装置20与液滴的对准，方便液滴荧光信号的检测，实现自动检测的效果。

可选的，图6是本实用新型实施例提供的一种荧光检测模块的结构示意图，如图6所示，荧光检测模块20包括光电倍增管单元21和激发光单元22；光电倍增管单元21设置于移动单元31，光电倍增管单元21在移动单元31上的位置可变；激发光单元22固定于移动单元31。

其中，当需要激发光时，激发光单元22发射出激发光，然后读取荧光数据；当无需激发光时，可以关闭激发光单元22，只读取液滴的荧光数据即可。

本实施例中，将光电倍增管单元21在移动单元31上的位置设置为可变，可通过调节光电倍增管单元21实现光电倍增管单元21检测范围与激发光光斑的重合。此外，参见图7，当反应试剂均等的分布在电极112上时(图7左侧)，相比于反应试剂位于离心管(图7右侧)中，单位体积下荧光检测模块20的检测面积也较大，所以不拘泥激发光的角度，使得激发光单元22可以灵活进行设置。

可选的，继续参见图6，光电倍增管单元21通过第一固定件23固定于移动单元31；激发光单元22通过第二固定件24固定于移动单元31；第一固定件23上设置有螺丝孔25，螺丝26穿过螺丝孔25将第一固定件23固定于移动单元31；且螺丝26在螺丝孔25内可沿第一方向移动。

本实施例中，光电倍增管单元21是可以调节且可固定的，由于螺丝孔25横向有一定移动位置，所以垂直的激发光单元22可以水平移动小部分距离，这样可以实现与激发光的对准。

需要说明的是，光电倍增管单元21和激发光单元22的固定方式包括但不限于上述示例，本领域技术人员可以根据实际情况设置固定方式，本实施例不进行具体限定。

可选的，继续参见图1，光电倍增管单元21垂直于底部电极板所在平面；激发光单元22与底部电极板111所在平面的夹角为θ，其中，0°＜θ＜90°。

考虑到由于微流控芯片11非透明材质表面光滑且易镜面反射，当激发光与荧光染料发出的光谱相邻，容易干扰到光电倍增管单元21读取荧光数据。所以本实施例将激发光单元22与底部电极板111的夹角设置为锐角，即经过调整使激发光入射角度与微流控芯片11呈锐角，防止激发光反射回光电倍增管单元21中对荧光信号造成干扰，且无须限定微流控芯片11的材料，实现实时绘制微小体系的反应荧光曲线。

可选的，继续参见图1，光电倍增管单元21包括：测量探头、计数模块和多个滤光片(图中未示出)；测量探头包括从光电倍增管单元和激发光单元引出来的光纤27和可拆卸的设置于光纤末端的透镜(图中未示出)；激发光单元22包括多个LED灯珠和驱动模块(图中未示出)。

本实施例中，移动模块30带动荧光检测模块20移动至预设位置，然后打开激发光单元22，光电倍增管单元21同时打开，通过计数模块计数，得到单位时间内的光子数量。在不同位置上依次重复上述步骤，即可实现自动检测。此外由于光纤27末端设置有透镜，可以改变焦距，当微流控芯片11上面设计的电极面积有所改变时，可以通过调节镜头的焦点来实现改变光斑大小和光电倍增管单元21检测范围。且利用镜头将接收端的范围控制在一个电极大小，激发光光斑大小与电极大小接近，光功率调整到可以激发单个液滴全部的荧光信号。

可选的，荧光检测系统100还包括加热模块，设置于底部电极板111背离荧光检测模块20的一侧。

当反应需要温度限定的时候，通过微流控芯片11下方的加热模块对指定区域的电极进行加热，试剂与加热区接触面积变大，加快了反应的发生，也更易捕捉到光子。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型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实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种荧光检测系统，其特征在于，包括：数字微流控装置和荧光检测模块；所述荧光检测模块位于所述数字微流控装置的上方，且所述荧光检测模块相对于所述数字微流控装置可移动；

所述数字微流控装置包括微流控芯片和驱动电路；

所述微流控芯片还包括：底部电极板，所述底部电极板包括多个电极；

所述驱动电路用于分别控制每个所述电极接地或接通电源，以形成驱动液滴的电势差；

多个所述电极形成至少一个通道，以使液滴在所述通道进行生物扩增反应，并通过所述荧光检测模块读取进行生物扩增反应后的液滴的荧光数据。

2.根据权利要求1所述的荧光检测系统，其特征在于，所述微流控芯片还包括顶盖；所述顶盖和所述底部电极板之间形成液滴移动空间。

3.根据权利要求1所述的荧光检测系统，其特征在于，还包括移动模块；所述移动模块带动所述荧光检测模块分别在第一方向、第二方向和第三方向移动；

其中，所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向两两垂直。

4.根据权利要求3所述的荧光检测系统，其特征在于，所述移动模块包括移动单元、步进电机和机械臂；所述机械臂包括同步轮、铝型材、位于所述铝型材上的同步带；

所述荧光检测模块固定于所述移动单元；

所述步进电机驱动所述同步轮和同步带进行移动；

所述移动单元可移动的设置在所述铝型材上，以通过所述同步带带动所述移动单元移动。

5.根据权利要求4所述的荧光检测系统，其特征在于，所述荧光检测模块包括光电倍增管单元和激发光单元；

所述光电倍增管单元设置于所述移动单元，所述光电倍增管单元在所述移动单元上的位置可变；

所述激发光单元固定于所述移动单元。

6.根据权利要求5所述的荧光检测系统，其特征在于，所述光电倍增管单元通过第一固定件固定于所述移动单元；

所述激发光单元通过第二固定件固定于所述移动单元；

所述第一固定件上设置有螺丝孔，螺丝穿过所述螺丝孔将所述第一固定件固定于所述移动单元；且所述螺丝在所述螺丝孔内可沿所述第一方向移动。

7.根据权利要求5所述的荧光检测系统，其特征在于，所述光电倍增管单元垂直于所述底部电极板所在平面；

所述激发光单元与所述底部电极板所在平面的夹角为θ，其中，0°＜θ＜90°。

8.根据权利要求5所述的荧光检测系统，其特征在于，所述光电倍增管单元包括：测量探头、计数模块和多个滤光片；所述测量探头包括从光电倍增管单元和激发光单元引出来的光纤和可拆卸的设置于所述光纤末端的透镜；

所述激发光单元包括多个LED灯珠和驱动模块。

9.根据权利要求1的所述荧光检测系统，其特征在于，所述微流控芯片包括荧光测试区、移动反应区、扩增反应区和蓄液区；

多个所述电极包括多个第一电极、多个第二电极、多个第三电极和多个第四电极；其中，多个所述第一电极位于所述扩增反应区；多个所述第二电极位于所述移动反应区；多个所述第三电极位于所述荧光测试区；多个所述第四电极位于所述蓄液区。

10.根据权利要求1所述的荧光检测系统，其特征在于，还包括加热模块，设置于所述底部电极板背离所述荧光检测模块的一侧。

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