專利名稱：一種用于微芯片分析的正交光路型熒光檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控芯片分析，特別是涉及一種微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置。
背景技術(shù)：
本專利涉及的領(lǐng)域是有關(guān)微分析芯片上的檢測系統(tǒng)的研究。檢測系統(tǒng)是一個(gè)分析系統(tǒng)的重要組成部分。微分析芯片因其芯片體積小，進(jìn)樣量僅為皮、納升級(jí)，檢測處的反應(yīng)通道一般為幾十微米寬，因此對(duì)其檢測手段和裝置的要求有其特殊性。
目前微分析芯片中使用的主要檢測方法之一是熒光法，其中使用激光器作為激發(fā)光源的激光誘導(dǎo)熒光(Laser Induced Fluorescence，LIF)檢測方法因具有靈敏度高，較易實(shí)現(xiàn)在芯片上的檢測的特點(diǎn)而成為目前廣為采用的方法。目前，熒光檢測裝置的光學(xué)系統(tǒng)主要有兩種一種是斜射型光路系統(tǒng)，激發(fā)光從與芯片平面成45°角并垂直于微通道的方向照射通道內(nèi)檢測區(qū)，在與入射光成45°角并與芯片平面垂直的方向上以光電檢測器檢測熒光信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)是光路簡單，缺點(diǎn)是激發(fā)光對(duì)熒光的干擾較強(qiáng)，檢測靈敏度低；另一種是共焦型光路，主要由二向色鏡、聚光透鏡、干涉濾光片等構(gòu)成。激光束經(jīng)擴(kuò)束準(zhǔn)直，由二向色鏡反射并由顯微物鏡聚焦后垂直照射到芯片的檢測區(qū)域，激發(fā)產(chǎn)生的熒光經(jīng)二向色鏡透射，并由與顯微物鏡同軸且共焦的顯微目鏡聚焦，再經(jīng)干涉濾光片進(jìn)一步濾除干擾光后呈像在檢測器上進(jìn)行檢測，其中二向色鏡是關(guān)鍵的光學(xué)元件，起到對(duì)激發(fā)光和熒光的有效分離作用。共聚焦型熒光檢測器的優(yōu)點(diǎn)是檢測靈敏度很高，但這種類型的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不易微型化，集成化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種體積小、光學(xué)結(jié)構(gòu)簡單、檢測靈敏度高、易于集成化和成本低廉的微分析芯片熒光檢測裝置。
本發(fā)明主要由光源、光學(xué)和檢測系統(tǒng)三部分構(gòu)成。光源可以采用激光器、連續(xù)光源、發(fā)光二極管等。其中光學(xué)系統(tǒng)采用正交檢測光路，光源發(fā)射的激發(fā)光從微分析芯片的側(cè)壁入射，檢測系統(tǒng)檢測經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光。目的是簡化光路系統(tǒng)，減少激發(fā)光對(duì)熒光檢測的干擾，提高熒光收集效率。
根據(jù)本發(fā)明，所使用微分析芯片，其特征在于(a)芯片至少由上(1)、下(2)兩片組成，在上片(1)或下片(2)加工微通道，將芯片(1)和芯片(2)封合，形成封閉的微通道；(b)芯片長為0.5-300毫米，寬為0.5-300毫米，厚度為0.1-50毫米；(c)微通道寬度1-10000微米，深度1-5000微米。
根據(jù)本發(fā)明，光路系統(tǒng)分為兩大類(1)光源發(fā)射的激發(fā)光從微分析芯片的側(cè)壁入射；(2)檢測系統(tǒng)檢測經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光。
根據(jù)本發(fā)明，第一類光路系統(tǒng)，其特征在于，激發(fā)光經(jīng)由芯片側(cè)壁入射芯片內(nèi)微通道，在偏離激發(fā)光光路方向的其它方向上檢測由熒光光斑發(fā)射的熒光。通常在芯片的上方或下方檢測熒光，此種方式有利于簡化檢測系統(tǒng)的設(shè)置。因?yàn)榧ぐl(fā)光在微通道內(nèi)的散射在不同方向上有所不同，因此，通過選擇適當(dāng)?shù)募ぐl(fā)光與被檢測的熒光之間的夾角，即選擇激發(fā)光散射強(qiáng)度較弱的方向上進(jìn)行熒光檢測，能有效降低激發(fā)光所產(chǎn)生的散射光對(duì)熒光檢測的干擾。此類光路系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是激發(fā)光沿與微通道成90°夾角方向，經(jīng)由芯片側(cè)壁入射芯片內(nèi)微通道，在與激發(fā)光方向成90°夾角的方向上檢測熒光。
根據(jù)本發(fā)明，第二類光路系統(tǒng)，其特征在于，激發(fā)光經(jīng)由芯片平面上方，或者下方，或者側(cè)壁入射芯片內(nèi)微通道，檢測系統(tǒng)檢測由熒光光斑發(fā)射的，經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光。此種方式有利于簡化檢測系統(tǒng)的設(shè)置，同時(shí)，通過芯片側(cè)壁檢測熒光，激發(fā)光散射造成的干擾較小。對(duì)于由芯片側(cè)壁出射的熒光，通過選擇適當(dāng)?shù)臒晒獬錾浞较蚺c微通道之間的夾角檢測熒光，能進(jìn)一步降低激發(fā)光所產(chǎn)生的散射光對(duì)熒光檢測的影響。此類光路系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)是激發(fā)光沿與芯片平面成90°夾角方向垂直入射芯片內(nèi)微通道，檢測系統(tǒng)檢測沿與微通道成45°夾角經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于所使用的微分析芯片，為減小激發(fā)光或熒光在通過芯片側(cè)壁時(shí)的散射所造成的光損失，需對(duì)芯片側(cè)壁有激發(fā)光或者被檢測熒光經(jīng)過的區(qū)域進(jìn)行表面拋光、或者附加涂層等能夠增加光透過量、減小光散射的處理。
根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于所使用的微分析芯片，其特征在于，微通道中的被檢測區(qū)域應(yīng)盡量靠近芯片側(cè)壁邊緣，縮短熒光由激發(fā)點(diǎn)至檢測窗口的光程，有利于提高熒光的收集效率。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，易于搭建，檢測系統(tǒng)體積小，有利于實(shí)現(xiàn)微分析芯片系統(tǒng)的微型化和集成化。通過利用芯片的側(cè)壁作為激發(fā)光的入射區(qū)或檢測熒光的出射區(qū)，有效地降低了激發(fā)光對(duì)熒光的干擾，檢測系統(tǒng)可獲得較高的檢測靈敏度。系統(tǒng)造價(jià)低廉，有利于該技術(shù)的廣泛普及。
以下參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例1的側(cè)視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的俯視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例2的側(cè)視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的微分析芯片通道構(gòu)型圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的另一個(gè)微分析芯片通道構(gòu)型6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的裝置檢測熒光的結(jié)果記錄圖。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例2的裝置檢測熒光的結(jié)果記錄圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，以下將詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
實(shí)施例1參照附圖1，微芯片由上1、下2兩玻璃片組成，玻璃片厚度為1.7毫米。采用光掩膜和濕法刻蝕技術(shù)在上片1加工通道，微通道6寬度為60微米，深度20微米。采用經(jīng)典的高溫鍵合的方法實(shí)現(xiàn)上1、下2兩片的永久封合。得到長度為60毫米，寬度15毫米的微流控芯片。本實(shí)施例中，激發(fā)光源7為473nm的半導(dǎo)體泵浦激光器；激光器發(fā)出的激發(fā)光5經(jīng)聚光物鏡4聚焦后，從垂直于芯片下片2平面的方向入射芯片微通道6；選擇由熒光光斑11發(fā)射的，從芯片側(cè)壁3出射的熒光8，由位于檢測窗口后的采集物鏡9收集，采集物鏡的設(shè)置方向與芯片側(cè)壁3成45°角；物鏡收集的熒光經(jīng)過濾光片濾光，最后由光電檢測器10--光電倍增管檢測熒光信號(hào)。光電檢測器通過數(shù)據(jù)線和外界數(shù)據(jù)記錄與處理系統(tǒng)相連。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的俯視圖。芯片微通道6內(nèi)的熒光光斑11向四周發(fā)射熒光8。選擇在與芯片側(cè)壁3成45°角的方向上收集熒光，熒光由采集透鏡9收集，再經(jīng)過濾光片光，最后熒光信號(hào)強(qiáng)度由光電倍增管10檢測。
實(shí)施例2參照附圖3，由光源7發(fā)出的激發(fā)光5經(jīng)過聚焦物鏡4會(huì)聚后，從芯片的側(cè)壁3在垂直于芯片微通道6的方向入射；選擇從垂直于芯片下片2的方向出射的熒光8，經(jīng)采集物鏡9收集，并由濾光片濾除雜散光，最后由光電檢測器10檢測熒光信號(hào)。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的微分析芯片通道構(gòu)型圖。芯片上的微通道6的分離通道部分經(jīng)過彎道設(shè)計(jì)，在末端檢測區(qū)域12靠近芯片側(cè)壁3邊緣附近，目的縮短熒光由光斑至檢測窗口的距離，提高熒光的收集效率。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的另一個(gè)微分析芯片通道構(gòu)型圖。芯片上的微通道6的分離通道部分，包括其末端檢測區(qū)域12，靠近芯片側(cè)壁3邊緣附近，目的是縮短熒光由激發(fā)點(diǎn)至檢測窗口的光程，有利于提高熒光的收集效率。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1的裝置檢測熒光的結(jié)果記錄圖。采用的熒光試劑為熒光素鈉鹽溶液，濃度為10-6mol/L；緩沖液為5mmol/L(pH＝9.2)的硼砂緩沖液；激發(fā)光源為473nm的半導(dǎo)體泵浦激光器，用光電倍增管檢測熒光信號(hào)。空白溶液信號(hào)強(qiáng)度30mV，熒光信號(hào)強(qiáng)度110mV。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例2的裝置檢測熒光的結(jié)果記錄圖。采用的熒光試劑為熒光素鈉鹽溶液，濃度為10-6mol/L；緩沖液為5mmol/L(pH＝9.2)的硼砂緩沖液；激發(fā)光源為473nm的半導(dǎo)體泵浦激光器，用光電倍增管檢測熒光信號(hào)?？瞻兹芤盒盘?hào)強(qiáng)度在25mV左右，熒光信號(hào)強(qiáng)度40mV。
權(quán)利要求
1.一種用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，該裝置由光源、光學(xué)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)采用正交檢測光路，光源發(fā)射的激發(fā)光從微分析芯片的側(cè)壁入射，檢測系統(tǒng)在偏離激發(fā)光光路方向的其它方向上檢測由熒光光斑發(fā)射的熒光，或者光源發(fā)射的激發(fā)光從微分析芯片的平面上方，或者下方，或者側(cè)壁入射，檢測系統(tǒng)檢測由熒光光斑發(fā)射的，經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于，所述微分析芯片至少由上(1)、下(2)兩片組成，在上片(1)或下片(2)加工微通道，將芯片(1)和芯片(2)封合，形成封閉的微通道(6)；芯片長為0.5-300毫米，寬為0.5-300毫米，厚度為0.1-50毫米；微通道寬度1-10000微米，深度1-5000微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于，激發(fā)光(5)由芯片側(cè)壁(3)入射芯片內(nèi)微通道(6)，檢測器(10)在偏離激發(fā)光光路的其它方向上檢測由熒光光斑(11)發(fā)射的熒光(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于，激發(fā)光(5)與微通道(6)成90°夾角方向，經(jīng)由芯片側(cè)壁(3)入射芯片內(nèi)微通道(6)，在與激發(fā)光方向成90°夾角的方向上檢測熒光。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于，激發(fā)光(5)經(jīng)由芯片平面上方(1)，或下方(2)，或側(cè)壁入射芯片微通道(6)，檢測系統(tǒng)檢測由熒光光斑(11)發(fā)射的，經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光(8)，選擇適當(dāng)?shù)臒晒獬錾浞较蚺c微通道之間的夾角檢測熒光，能有效降低激發(fā)光所產(chǎn)生的散射光對(duì)熒光檢測的影響。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于，激發(fā)光(5)與芯片平面成90°夾角方向入射芯片微通道(6)，檢測系統(tǒng)檢測沿與微通道(6)成45°夾角，檢測經(jīng)由芯片側(cè)壁(3)出射的熒光。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于微分析芯片側(cè)壁(3)有激發(fā)光或有被檢測熒光經(jīng)過的區(qū)域進(jìn)行表面拋光、或附加涂層，能夠增加光透過量、減小光散射的處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，其特征在于微分析芯片微通道(6)中的被檢測區(qū)域(12)應(yīng)盡量靠近芯片側(cè)壁(3)邊緣，有利于提高熒光的收集效率。
全文摘要
一種用于微分析芯片的正交光路型熒光檢測裝置，該裝置由光源、光學(xué)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)采用正交檢測光路，光源發(fā)射的激發(fā)光從微分析芯片的側(cè)壁入射，檢測系統(tǒng)檢測經(jīng)由芯片側(cè)壁出射的熒光。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是裝置光學(xué)系統(tǒng)簡單，易加工，造價(jià)低廉，檢測靈敏度高，系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)集成化、微型化。
文檔編號(hào)H01L21/66GK1567559SQ0314157
公開日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月8日
發(fā)明者方群, 富景林, 黃艷貞 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)