CN2727734Y - 一种阵列微流控芯片仪 - Google Patents

Abstract

一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：系统主要由机壳、激光器、光学透镜组、CCD摄像头、三维聚焦调节平台、采集控制板卡、高压控制输出系统、照明系统、供电系统和系统软件十大部分组合而成；其中激光器、光学透镜组、CCD摄像头相对位置固定。系统设计合理简单，加工制造成本低廉；无需太高的数据输入输出要求；可方便更换各种波长范围的滤光片，采集灵敏度高，应用范围宽，适合多种不同染料的应用，并可以有潜在的开发多色荧光检测的优势，且其采集和控制电路均为单片机数字电路，具有运行稳定，控制灵活的特点。

Description

一种阵列微流控芯片仪

技术领域：

本实用新型涉及一种化学分析仪器，特别提供了一种专用于多通道微流控芯片激光诱导荧光检测单元系统的阵列微流控芯片仪。

背景技术：

微全分析系统(Micro Total Analysis System，μ-TAS)是一个跨学科的新领域，其最终目的是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中(如各类芯片)，实现分析实验室的“微型化”，因此，微全分析系统也被通俗的称为“芯片实验室”(Lab-On-A-Chip)。

根据芯片结构及工作机理，微全分析系统可以分为两大类：微阵列芯片(Microarray Chip)和微流控芯片(Microfluidic Chip)。前者发展已相当成熟，在国外已深度产业化；后者主要以分析化学和生物化学为基础，利用微机电加工的技术(MEMS)，在硅、玻璃、石英、塑料表面加工出10-100微米的微通道网络，主要以电渗流和电泳流为驱动力，通过改变驱动电压，控制流体在微通道网络中的流动方向和速率，从而实现对目标分析物的采样、稀释、加试剂、富集、萃取、混合、反应、分离、检测等步骤，是当前研究的重点。

微流控芯片应用于高通量药物筛选。高通量药物筛选技术是20世纪末发展起来的药物开发新技术，其核心部分由体外分子或细胞水平的筛选模型、计算机控制的操作系统和灵敏的生物反应检测系统组成。同时，高通量药物筛选技术作为药物发现的手段之一，尽管它不可能解决筛选药物过程中的所有问题；但是由于其微量、快速、灵敏、通量大的特点，该技术已经扮演了药物筛选领域里的重要角色。当微流控芯片应用于高通量药物筛选时，需要设计制造高通量多通道的芯片，随之而来的一个问题就是检测问题。对于多通道微流控芯片的检测，需要同时获得多通道中各个通道的实时信号。

文献报道，目前实验室中通常的做法是，用一个可移动的激光光束，激发多个通道内的荧光信号，并实施采集，这种做法有很多缺陷：

1、高速运动的部件有惯性和机械磨损带来的误差；

2、对软件的控制采集有很高的设计要求；

3、装置和系统设计复杂，成本偏高；

4、由于在时间上采用分辨分配的采集，对信号灵敏度有很大的损失；

5、对微流控芯片的设计和制造要求提高；

6、不易于推广和产业化。

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种阵列微流控芯片仪，所述微流控芯片仪专用于多通道微流控芯片激光诱导荧光检测单元系统，可以实时获得多通道内的荧光信号。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：系统主要由机壳(1)、激光器(2)、光学透镜组(3)、CCD摄像头(4)、三维聚焦调节平台(5)、采集控制板卡(6)、高压控制输出系统、照明系统、供电系统和系统软件共十大部分组合而成；其中：

激光器(2)、光学透镜组(3)、CCD摄像头(4)相对位置固定，比如可以都固定在机壳(1)上；

系统总电源及照明开关位于机壳面板前。

光学透镜组(3)具有使激光器发出的激光束聚焦成一4mm长窄线的功能，窄线宽小于100微米；

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述激光器(2)为半导体473nm激光器，功率20mW，外壳可以是金属材质，配有稳压电源和控制器。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：光学透镜组(3)和CCD摄像头(4)均为可调设计，焦距和成像距离在三维聚焦调节平台(5)的控制下在规定范围内可调，并可达到微米级精度。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：激光器(2)发出的激光经过透镜组聚焦焦点与CCD摄像头(4)成像焦点位置一致。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述光学透镜组(3)的光学中心与CCD摄像头(4)芯片中心处于同一水平位置。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述机壳(1)是合金件，表面氧化喷塑处理，光洁度范围为3.2～6。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述采集控制板卡(6)和高压控制输出系统的电路均为单片机数字电路。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：采集控制板卡(6)采用串行接口。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述阵列微流控芯片仪专用于多通道微流控芯片激光诱导荧光检测单元系统。多通道微流控芯片多个通道内的荧光信号可以同时被CCD采集并由软件记录存储。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述高压控制输出系统可分别控制六个电极完成高压输出、悬空和接地三个动作，各动作相互独立并不互相干扰，同时具有过流或误操作时自动响应的紧急断电安全保护功能。

本实用新型提供了一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述系统软件可以每秒25桢的速度同步采集图像，曝光时间由1ms至1000ms可调，桢频由1FPS至25FPS可调。同时，系统软件可将CCD摄像头(4)靶面的成像选取其多个特定点，并按稳定的速率，将这些特定点的灰度值分别输出并存储。

本实用新型阵列微流控芯片仪与文献报道多通道检测系统相比，具有下述优点：

1、系统设计简单，加工制造成本低廉；

2、软加设计合理简便，无需太高的数据输入输出要求；

3、采集灵敏度高，应用范围宽，适合多种不同染料的应用，并可以有潜在的开发多色荧光检测的优势；

4、光路系统设计合理，可方便更换各种波长范围的滤光片，荧光激发效率高；

5、本实用新型阵列微流控芯片仪，其采集和控制电路均为单片机数字电路，具有运行稳定，控制灵活的特点。

附图说明：

图1为阵列微流控芯片仪结构示意图正视图；

图2为阵列微流控芯片仪结构示意图俯视图。

具体实施方式：

如附图1、图2所示阵列微流控芯片仪，由机壳(1)、激光器(2)、光学透镜组(3)、CCD摄像头(4)、三维聚焦调节平台(5)、采集控制板卡(6)、高压控制输出系统、照明系统、供电系统和系统软件组合而成。

机壳(1)为长方体，其底部及边侧有固定螺孔；激光器(2)固定于机壳下底板上，激光束由光纤引导至光学透镜组(3)的光学中心；光学透镜组(3)固定于机壳(1)内的相应位置，将光纤发出的激光束进行聚焦准直；将多通道微流控芯片放置在合适的位置，即激光束聚焦处；窄线激光同时激发多通道微流控芯片上多个通道内的荧光染料发出荧光，荧光由CCD摄像头(4)采集，并由采集控制板卡(6)传输至计算机由系统软件记录信号并对信息进行计算处理和储存操作。同时多通道微流控芯片通道内的液流由六个高压模块输出高压产生电渗流驱动。

Claims (8)

1、一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：系统主要由机壳(1)、激光器(2)、光学透镜组(3)、CCD摄像头(4)、三维聚焦调节平台(5)、采集控制板卡(6)、高压控制输出系统、照明系统、供电系统和系统软件共十大部分组合而成；其中：

激光器(2)、光学透镜组(3)、CCD摄像头(4)相对位置固定。

2、按权利要求1所述一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述激光器(2)为半导体473nm激光器，功率20mW；配有稳压电源和控制器。

3、按权利要求1所述一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：光学透镜组(3)和CCD摄像头(4)均为可调设计，焦距和成像距离在三维聚焦调节平台(5)的控制下在规定范围内可调，并可达到微米级精度。

4、按权利要求1所述一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：激光器(2)发出的激光经过透镜组聚焦焦点与CCD摄像头(4)成像焦点位置一致。

5、按权利要求1所述一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述光学透镜组(3)的光学中心与CCD摄像头(4)芯片中心处于同一水平位置。

6、按权利要求1所述一种阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述机壳(1)是合金件，表面氧化喷塑处理，光洁度范围为3.2～6。

7、按权利要求1所述阵列微流控芯片仪，其特征在于：所述采集控制板卡(6)和高压控制输出系统的电路均为单片机数字电路。

8、按权利要求1或7所述阵列微流控芯片仪，其特征在于：采集控制板卡(6)采用串行接口。

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