專(zhuān)利名稱(chēng)：一種微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析化學(xué)領(lǐng)域中的一種光學(xué)儀器，計(jì)算機(jī)控制的光學(xué)儀器。
背景技術(shù)：
由加拿大Albert公司生產(chǎn)的微流控芯片分析儀，其基本原理是利用半導(dǎo)體激光器所產(chǎn)生的530nm激光經(jīng)過(guò)一個(gè)濾光片變成比較單色的光經(jīng)過(guò)個(gè)半透半反鏡然后經(jīng)物鏡照射到微流控芯片的管道中；管道中如果有熒光物質(zhì)存在，它(們)在激光的照射下獲得能量后會(huì)放出一定波長(zhǎng)的熒光，然后，此熒光經(jīng)過(guò)物鏡進(jìn)入光學(xué)回路，再經(jīng)一個(gè)濾光片將非熒光波長(zhǎng)的光過(guò)濾掉，熒光再經(jīng)針孔進(jìn)入光電倍增管上，經(jīng)放大，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再經(jīng)信號(hào)采集單元整理輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)軟件處理，在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示其時(shí)間-電壓曲線。其儀器構(gòu)成包括三部分計(jì)算機(jī)、電路和高壓控制模塊、光路和操作平臺(tái)。各部分獨(dú)自成件，通過(guò)導(dǎo)線連接。其不足之處①聚焦為手動(dòng)，極不方便，而且要想獲得較好的重復(fù)性難；②發(fā)射波長(zhǎng)只有570納米一個(gè)波長(zhǎng)，這樣限制了染料的選擇，有較大的局限性；③軟件無(wú)電流-時(shí)間曲線檢測(cè)顯示，造成運(yùn)行時(shí)如出現(xiàn)故障則分析困難；④此種儀器無(wú)曲線峰面積、峰高、半峰寬等數(shù)據(jù)的直接計(jì)算結(jié)果；由安吉倫公司生產(chǎn)的2100型生物分析儀其原理基本與前述的機(jī)器原理相同，只是其激光波長(zhǎng)不同，后者為630納米，導(dǎo)致發(fā)射波長(zhǎng)亦不同。其儀器結(jié)構(gòu)分二部分計(jì)算機(jī)控制部分和操作平臺(tái)與光學(xué)檢測(cè)一體化部分。操作平臺(tái)由十六個(gè)固定的電極組成。其不足之處
①采用制造廠商專(zhuān)用芯片。由于電極為固定的大小尺寸，所以，只能使用專(zhuān)用芯片，故不對(duì)外開(kāi)放芯片使用，不適合做微流控芯片基礎(chǔ)性探索研究；②儀器專(zhuān)用性強(qiáng)，靈活性受限制；③激發(fā)波長(zhǎng)為630納米，而發(fā)射波波長(zhǎng)單一，無(wú)選擇；④無(wú)時(shí)間-電流曲線顯示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有CCD監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)屏幕顯示聚焦，顯示內(nèi)容更多，使用范圍更廣的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀。本發(fā)明提供的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀包括光路、電路、計(jì)算機(jī)和操作平臺(tái)；光路包括光源(1)、濾光鏡(2)、物鏡(4)、半透半反鏡(5)、濾光鏡(6)、聚光鏡(7)、針孔(8)、光電倍增管(9)，光源(1)和濾光鏡(2)依次置于半透半反鏡(5)的橫光軸線上，物鏡(4)置于半透半反鏡(5)縱光軸線上在上方，濾光鏡(6)、聚光鏡(7)、針孔(8)和光電倍增管(9)依次置于半透半反鏡(5)縱光軸線上在下方；電路包括光電倍增器(PMT)數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換、高壓繼電器控制、高壓輸出控制和高壓輸出檢測(cè)；計(jì)算機(jī)與電路通過(guò)通訊裝置連接；其特征在于所述的計(jì)算機(jī)采用CE WINDOWS應(yīng)用軟件實(shí)施參數(shù)設(shè)定、對(duì)譜峰的檢測(cè)(包括峰的高度和面積的檢測(cè))和數(shù)據(jù)處理。
在所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的針孔(8)處置有可轉(zhuǎn)換的CCD攝像機(jī)(10)，與計(jì)算機(jī)通訊連接，以獲得圖像信號(hào)。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)，以設(shè)定不同的速度移動(dòng)三維平臺(tái)，達(dá)到最佳檢測(cè)位置。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的光源(1)、濾光鏡(2)和濾光鏡(6)是可換的，以達(dá)到使用多種波長(zhǎng)光源和擴(kuò)大應(yīng)用范圍。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的光源(1)、濾光鏡(2)和濾光鏡(6)的波長(zhǎng)優(yōu)選為532nm。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的電路包括PMT數(shù)據(jù)采集板，采集檢測(cè)PMT信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳給上述計(jì)算機(jī)——通訊裝置；高壓電源控制板，接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)指令并實(shí)施和確定繼電器狀態(tài)；輸出控制板，在接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)字量信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換后控制高壓模塊的高電壓輸出；檢測(cè)控制板，采集高壓電源模塊輸出電壓、電流信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)；步進(jìn)電機(jī)控制板，接收計(jì)算機(jī)數(shù)字信號(hào)，控制光學(xué)平臺(tái)的三維移動(dòng)。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的計(jì)算機(jī)采用WINDOWS應(yīng)用程序完成參數(shù)設(shè)定，WINDOWS應(yīng)用程序下設(shè)定PMT數(shù)據(jù)采集量程、各高壓電源電極的電壓參數(shù)、繼電器輸出狀態(tài)(高壓、接地、懸空)；平臺(tái)移動(dòng)，在CCD監(jiān)測(cè)下，設(shè)定不同的速度移動(dòng)三維平臺(tái)達(dá)到最佳檢測(cè)位置；數(shù)據(jù)采集，接收單片機(jī)上傳的數(shù)字信號(hào)顯示譜圖、顯示各高壓電源電極的電壓、電流曲線圖；數(shù)據(jù)處理，采集檢測(cè)完成后，可以將采集到的譜圖放大、移動(dòng)顯示便于分析比較，可以將采集到的譜圖數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的文件名下。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀設(shè)有下列硬件控制
電源控制硬件系統(tǒng)開(kāi)關(guān)電源總體供電，采集控制板DC/DC隔離供電；保護(hù)電路機(jī)箱開(kāi)關(guān)操作高壓電源斷路保護(hù)；CCD電源聚焦操作、檢測(cè)過(guò)程交叉使用(防止干擾)。
所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀的輸出譜圖包括輸出電壓—時(shí)間曲線、電流—時(shí)間曲線、PMT-時(shí)間曲線或某一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)CCD全程檢測(cè)四個(gè)。
所述的微流控芯片熒光分析儀的軟件操作系統(tǒng)由三部分組成①分離控制程序，包括CCD檢測(cè)下的光路鼠標(biāo)點(diǎn)擊調(diào)焦和分離過(guò)程的時(shí)間選擇及電壓調(diào)節(jié)控制；②數(shù)據(jù)收集部分，由屏幕顯示的四個(gè)輸出電壓—時(shí)間曲線，電流—時(shí)間曲線，PMT-時(shí)間曲線或某一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)CCD全程檢測(cè)組成；③數(shù)據(jù)處理部分。
本發(fā)明提供的微流控芯片熒光分析儀的特點(diǎn)如下①采用CCD監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)屏幕顯示聚焦，使用方便可靠。
②除顯示電壓—時(shí)間曲線外，還同時(shí)顯示電流—時(shí)間曲線；電流—時(shí)間曲線對(duì)監(jiān)測(cè)分離通道中發(fā)生的阻塞等情況極為有利，同時(shí)對(duì)電滲流的計(jì)算提供了直接的數(shù)據(jù)，這樣為此數(shù)據(jù)計(jì)算變得簡(jiǎn)單、快捷。
③光源和濾光片可更換，拓寬了檢測(cè)用染料的選擇范圍。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的原理光路圖，圖中3是被測(cè)芯片；圖3是本發(fā)明的計(jì)算機(jī)軟件的通訊連接圖。
具體實(shí)施例方式本微流控芯片熒光分析儀的構(gòu)成包括光路、用于電路和高壓控制的模塊和操作平臺(tái)，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)施其各項(xiàng)功能。
本儀器的計(jì)算機(jī)軟件的通訊連接圖見(jiàn)圖3。
本儀器的原理光路圖見(jiàn)圖2。
本儀器采用CCD監(jiān)測(cè)，計(jì)算機(jī)屏幕顯示聚焦；采用532nm激光器，光源和濾光片可更換，以拓寬了實(shí)驗(yàn)用染料的選擇范圍。
本儀器軟件操作系統(tǒng)由三部分組成①分離控制程序，包括CCD檢測(cè)下的光路鼠標(biāo)點(diǎn)擊調(diào)焦和分離過(guò)程的時(shí)間選擇及電壓調(diào)節(jié)控制；②數(shù)據(jù)收集部分，由屏幕顯示的輸出電壓—時(shí)間曲線，電流—時(shí)間曲線，PMT-時(shí)間曲線和某一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)CCD全程檢測(cè)組成；③數(shù)據(jù)處理部分。用PMMA芯片在此儀器上進(jìn)行羅丹明(Rhodamine)6G和DNA樣品分析，在檢測(cè)羅丹明6G時(shí)其檢測(cè)靈敏度達(dá)6.67×10-13mol/L。
權(quán)利要求
1.微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，包括光路、電路、計(jì)算機(jī)和操作平臺(tái)；光路包括光源(1)、濾光鏡(2)、物鏡(4)、半透半反鏡(5)、濾光鏡(6)、聚光鏡(7)、針孔(8)、光電倍增管(9)；電路包括光電倍增管數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換裝置、高壓繼電器控制裝置、高壓輸出控制裝置和高壓輸出檢測(cè)裝置；計(jì)算機(jī)與電路通過(guò)通訊裝置連接；其特征在于所述的計(jì)算機(jī)采用CE WINDOWS應(yīng)用軟件實(shí)施參數(shù)設(shè)定、對(duì)譜峰的檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。
2.按照權(quán)利要求1所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，其特征在于在所述的針孔(8)處置有一個(gè)可轉(zhuǎn)換的CCD攝像機(jī)(10)，與計(jì)算機(jī)通訊連接。
3.按照權(quán)利要求2所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，其特征在于所述的計(jì)算機(jī)實(shí)施對(duì)操作平臺(tái)的控制。
4.按照權(quán)利要求1～3之一所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，其特征在于所述的光源(1)、濾光鏡(2)和濾光鏡(6)是在波長(zhǎng)520nm～640nm范圍內(nèi)可換的。
5.按照權(quán)利要求4之一所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，其特征在于所述的光源(1)、濾光鏡(2)和濾光鏡(6)的波長(zhǎng)都是532nm。
6.按照權(quán)利要求1～3之一所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，其特征在于還備有一個(gè)或多個(gè)硬件控制，如電源控制、保護(hù)電路、CCD電源控制。
7.按照權(quán)利要求1～3之一所述的微流控芯片激光誘導(dǎo)熒光分析儀，其特征在于其輸出譜圖包括輸出電壓—時(shí)間曲線、電流—時(shí)間曲線、PMT—時(shí)間曲線和某一個(gè)檢測(cè)點(diǎn)CCD全程檢測(cè)中的一個(gè)、多個(gè)或全部四個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明包括光路、電路、計(jì)算機(jī)和操作平臺(tái)；光路包括光源、濾光鏡、物鏡、半透半反鏡、濾光鏡、聚光鏡、針孔、光電倍增管，光源和濾光鏡依次置于半透半反鏡的橫光軸線上，物鏡置于半透半反鏡縱光軸線上在上方，濾光鏡、聚光鏡、針孔和光電倍增管依次置于半透半反鏡縱光軸線上在下方；電路包括光電倍增器(PMT)數(shù)據(jù)采集AD轉(zhuǎn)換、高壓繼電器控制、高壓輸出控制和高壓輸出檢測(cè)；計(jì)算機(jī)與電路通過(guò)通訊裝置連接；其特征在于所述的計(jì)算機(jī)采用CE WINDOWS應(yīng)用軟件實(shí)施參數(shù)設(shè)定、對(duì)峰譜的檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明的特點(diǎn)是使用方便可靠，提供直接的數(shù)據(jù)，拓寬檢測(cè)用染料的選擇范圍。
文檔編號(hào)G01N21/64GK1548944SQ03133330
公開(kāi)日2004年11月24日 申請(qǐng)日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者周小棉, 戴忠鵬, 林炳承, 李義海 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所