CN2501046Y - 一种微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器 - Google Patents

Abstract

一种微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器,属于分析检测仪器技术领域,由样品前处理、激光诱导荧光检测和信号接收与数据处理三部分构成,检测器主体装在方型的箱体内,箱内装有三维操作平台,在XYZ组合移动平台上装有芯片架,芯片架一端下部固定废液槽,另一端连接一个电极插板,激光光路架位于芯片架的下部,固定在箱底上,激光光路架下面装有变压器,上面装有半导体激光器,在激光光路架的一端装一平面镜,光路架的上部装有凸透镜,光路架的头部装有一束光纤,光纤的一端经过滤光片与光电倍增管光窗相联,光电倍增管接微光测量仪,微光测量仪通过信号线与记录仪或微机相联,本实用新型具有体积小、性能稳定、成本低、寿命长、易于操作和维护等优点。

Description

一种微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器

(一)技术领域：

本实用新型属于分析检测仪器。

(二)背景技术：

为适应21世纪科技发展的要求，许多发达国家已把现代科学仪器当作信息的源头和基础，纳入本国未来发展的战略重点，分析仪器是其中最重要的组成部分之一。微流控分析系统是分析科学及分析仪器重要的发展前沿，是90年代初发展起来的微全分析系统(MiniaturizedTotal Analysis Systems，μTAS又称“芯片实验室”，Labchip)的主要组成部分及目前其中最为活跃的领域。μTAS与微流控分析的目标是通过分析化学、微机电加工(MEMS)、计算机、电子学、材料科学及生物学、医学的多学科交叉实现化学分析系统从试样处理到检测的整体微型化、自动化、集成化与便携化。微流控芯片分析系统具有体积小、分析速度快、试样试剂消耗少，检测费用低等突出的特点，它为分析测试技术进入病房、生产现场甚至家庭创造了条件。

用于微流控芯片分析的检测方法有激光诱导荧光法(Laserinduced fluorescence，LIF)、电化学法、化学发光法、质谱法等，其中激光诱导荧光法因其灵敏度高，较易实现芯片上的检测而成为目前最广为采用的方法。激光诱导荧光检测的光学系统主要有两种：一种是激光从与芯片平面成45°角并垂直于微通道的方向照射检测区，在与入射光成135°角并垂直于微通道的方向上用光电倍增管或电荷耦合检测器(CCD)检测荧光信号；另一种是共焦式，它是用显微镜物镜把入射激光光束聚焦在微通道上，激发的荧光用同轴的另一共焦物镜成像到检测器上。目前LIF技术存在的主要问题是检测器体积较大，价格昂贵，光学结构复杂等，难以实现分析系统的微型化。

(三)发明内容：

针对现有的微流控芯片分析激光诱导荧光检测器体积大、难以实现小型化和便携化、光学结构复杂、价格昂贵等问题，本实用新型设计了一种体积小、结构简单、易于操作、成本低、性能稳定的微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器。

本实用新型主要由样品前处理、激光诱导荧光检测和信号接收与数据处理三部分构成。样品前处理采用现有的流动注射系统，检测器装在一个方型的壳体内，方型外壳的上盖有一部分可以打开，箱体内装有三维操作平台。该操作平台选用X-Y-Z组合移动平台为基体将其底部通过螺钉固定在机箱的底部，在其上面装一个芯片架，芯片架上带有滑道，在滑道上固定两个T型滑杆，用来固定芯片。芯片架用来固定芯片的部分开两个圆孔，一个孔用来通过激光束和荧光信号，另一个孔与废液槽相通，在芯片架的一端下部固定废液槽，而在芯片架的另一端通过轴连接一个电极插板，电极插板上开有若干螺纹孔，在一些螺纹孔内装有电极，一般装4个电极，电极由一高压电源供电，高压电源可达1800V，电压可调。电极插板与芯片架由于采用轴连接，因此可打开或合上。

在芯片架的下面装有激光光路架，激光光路架固定在机箱底部壳体上，激光光路架为中空、矩形，在下面装有给半导体激光器供电的变压器，半导体激光器装在光路架上，在半导体激光器的头部装有一光阑，此光阑用一中间开孔的黑色遮光塑料片制成，在激光光路架的一端装有一平面镜，平面镜正对激光器的头部，平面镜用镀铝玻璃制成，平面镜固定在一个稳固的托片上，托片固定在一支架上，由于托片角度和与激光头距离通过固定支架上的螺钉和滑道可调，从而使平面镜的角度及与激光头的距离可调。

在激光光路架的上部装一凸透镜，凸透镜与平面呈45°角，固定平面镜的钢片与支座的夹角为22.5°，保证经过平面镜反射的激光束正好穿过凸透镜的轴心，激光光路架的头部装有一束光纤，光纤束的直径为1.5mm，光纤束头部的塑料包皮有一坡面，使光束通过，坡面与垂直面之间的夹角为30～45°，凸透镜聚焦的焦点在光纤束的正上方，而光纤正好在激光聚焦点的下方，装在激光光路架上的光纤束下端通过机箱壳体引出，光纤引出后经过一个滤光片与光电倍增管联接，滤光片与光电倍增管光窗靠近，光电倍增管下面有一个放大电路(微光测量仪)，微光测量仪通过信号线与记录仪或微机联接。

使用本实用新型，依以下步骤：

1.把激光器的电源和其它所有的电源开关打开；

2.预先将微流控芯片通道充满缓冲溶液，储液槽中分别加入样品溶液和缓冲溶液，然后放在芯片架上，并使检测点在激光束聚焦点附近，用T形滑杆固定好，合上电极盖，关上机箱盖；

3.输入高压，使芯片分离通道充满样品溶液；

4.旋转X-Y-Z组合移动平台螺杆，调节芯片的水平位置，至微光测量仪显示信号值不再降低；

5.切换高压，用缓冲溶液将分离通道中的样品溶液冲净；

6.输入进样和分离的高压电源程序并运行，分析结果由记录仪自动记录或用微机采集、处理数据；

7.分析过程结束后，关闭所有电源开关，将芯片取出，其储液槽用缓冲溶液冲洗三遍。

本实用新型由于采用了小型半导体激光器代替He-Ne激光器、Ar离子激光器等作为激发光源，不仅使检测器体积大大减小，而且成本也大大降低，本实用新型整个光学结构只用了一个平面镜，一个透镜，用光纤直接收集信号，使光学结构既紧凑又简单，性能稳定。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图，

图2为本实用新型激光光路架部分结构示意图。

图中：1XYZ组合移动台，2激光光路架，3T形滑杆，4芯片架，5废液槽，6电极插板，7平面镜架，8变压器，9透镜，10光纤，11半导体激光器，12光电倍增管，13滤光片。

具体实施方式

本实用新型由样品前处理，激光诱导荧光检测和信号接收与数据处理三部分构成，样品前处理采用现有的流动注射系统，向装在芯片架上的微流控分析芯片进试样，检测器装在一个机箱内，打开机箱，其内部结构如图1所示，箱体内装有一个三维操作平台，三维操作平台1选用XYZ组合移动台为基体，在其上面装一个芯片架4，芯片架4上带有滑道，在芯片架4的滑道上固定两个T形滑杆3，在芯片架4用来固定芯片的部分开两个圆孔，一个孔用来通过激光束和荧光信号，另一个孔与废液槽5相通，在芯片架4的一端下部固定废液槽5，在芯片架4的另一端通过轴连接一个电极插板6，电极插板6上开有若干螺纹孔，在一些螺纹孔内装有电极，一般装4个电极，在芯片架4的下面装有激光光路架2。如图2所示，激光光路架2为中空矩形，在下面装有变压器8，半导体激光器11装在激光光路架2上，在半导体激光器11的头部装有一光阑，在激光光路架2的一端装有一平面镜架7，平面镜架7上装有平面镜，此平面镜正对半导体激光器11的头部。在激光光路架2的上部装有凸透镜9，凸透镜9与平面成45°角。在激光光路架2的头部装有光纤10，光纤10通过机箱壳体引出，经过滤光片13与光电倍增管12相接，光电倍增管12的下面连有微光测量仪，微光测量仪通过信号线与记录仪或微机联接。

Claims (5)

1.一种微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器，其特征在于由样品前处理，激光诱导荧光检测和信号接收与数据处理三部分构成，检测器主体装在一个方型的箱体内，箱内装有三维操作平台，三维操作平台是在XYZ组合移动平台上装一个芯片架，芯片架一端下部固定废液槽，另一端通过轴连接一个电极插板，电极插板上装有电极，激光光路架位于芯片架的下部固定在外壳箱底上，激光光路架下面装有变压器，上面装有半导体激光器，半导体激光器的头部装有一光阑，在激光光路架的一端装有一平面镜，在激光光路架的上部装一凸透镜，在激光光路架的头部装有一束光纤，光纤接收荧光信号端塑料外包层一侧带有斜面，光纤的另一端有一窄带滤光片，并与光电倍增管光窗相联，光电倍增管接微光测量仪，微光测量仪通过信号线与记录仪或微机联接。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器，其特征在于所说的芯片架上带有滑道，在滑道上装有两个用来固定芯片的T型滑杆，芯片架上用来固定芯片的部分开两个圆孔，一个孔用来通过激光束和荧光信号，另一个孔与废液槽相通。

3.根据权利要求1或2所述的微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器，其特征在于所说的电极插板上带有若干螺纹孔，在一些孔内装有电极，一般装4个电极。

4.根据权利要求1所述的微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器，其特征在于所说的装在激光光路架上的平面镜正对激光器的头部，该平面镜被固定在一个稳固的托片上，托片被固定在一个支架上，平面镜的角度以及平面镜与激光头的距离可调。

5.根据权利要求1所述的微流控芯片分析半导体激光诱导荧光检测器，其特征在于所说的在激光光路架的上部的凸透镜与平面呈45°角。

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