專利名稱：一種多通道柱成像熒光檢測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測器，特別是關(guān)于一種用于微流控芯片等電聚焦電泳系統(tǒng)，采用有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)作為光源的可實(shí)現(xiàn)多通道檢測的柱成像熒光檢測器。
背景技術(shù)：
蛋白質(zhì)是一種兩性電解質(zhì)分子，在大于其等電點(diǎn)的pH環(huán)境中，會(huì)解離成帶負(fù)電的離子，在電場中電泳到正極；而在小于其等電點(diǎn)的pH環(huán)境中，解離成帶正電荷的離子，向負(fù)極泳動(dòng)，直到等于其等電點(diǎn)的pH環(huán)境中，即凈電荷為零時(shí)(即等電點(diǎn)，pI)才停止，此時(shí)帶電分子在電場作用下的遷移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡。如果在一個(gè)pH梯度的環(huán)境中進(jìn)行這種電泳，由于各種蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)不同，就能把不同蛋白質(zhì)的分子按他們的等電點(diǎn)集中和分離在不同的區(qū)帶中。等電聚焦電泳(isoelectric focusing，IEF)技術(shù)就是根據(jù)蛋白質(zhì)的這一特性，以聚丙烯酰胺(或其它介質(zhì))為電泳支持物，并在其中加入兩性電解質(zhì)載體(carrier ampholytes)，在電場作用下，蛋白質(zhì)在pH梯度凝膠中泳動(dòng)，當(dāng)遷移至pI的pH處，則不再泳動(dòng)，而濃縮成狹窄的區(qū)帶，從而實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)樣品的濃縮和分離。該方法已經(jīng)被廣泛地用于蛋白組學(xué)研究中的雙向電泳技術(shù)。
毛細(xì)管等電聚焦(capillary isoelectric focusing，cIEF)是在傳統(tǒng)的平板IEF基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，該技術(shù)克服了平板IEF的對(duì)流問題，可以得到較高的分離效率，因此近年來逐漸被廣泛應(yīng)用。
與其它電泳模式不同，IEF是一種平衡技術(shù)，即蛋白質(zhì)電泳到各自的等電點(diǎn)位置后就不再移動(dòng)，體系達(dá)到平衡，樣品區(qū)帶不會(huì)在電場作用下繼續(xù)經(jīng)過檢測器，因此存在一個(gè)如何進(jìn)行檢測的問題。目前cIEF技術(shù)采用的檢測方法主要有三種單點(diǎn)檢測、柱掃描檢測和柱成像檢測。所謂的單點(diǎn)檢測就是采用壓力、化學(xué)或不消除電滲流等方法，推動(dòng)樣品區(qū)帶經(jīng)過檢測器進(jìn)行檢測。該方法可以在普通商品毛細(xì)管電泳儀器上面進(jìn)行cIEF分離模式，不必進(jìn)行系統(tǒng)改造。但是也存在需要較長的分析時(shí)間(30～45min)、容易引起蛋白樣品沉淀和損失分離效率等問題。柱掃描檢測是在IEF結(jié)束后通過機(jī)械裝置移動(dòng)整個(gè)毛細(xì)管通過檢測點(diǎn)的方法，該技術(shù)原則上避免了樣品區(qū)帶在毛細(xì)管內(nèi)的移動(dòng)，解決了上面的問題。但是，由于毛細(xì)管移動(dòng)的同時(shí)會(huì)引起背景噪音大幅提高，同時(shí)由于檢測過程中撤掉高壓也會(huì)引起樣品區(qū)帶的展寬。柱成像檢測一般是采用一束光纖將光源引出，排列成線型經(jīng)過柱面透鏡匯聚至毛細(xì)管，然后采用電荷耦合檢測器(CCD)或者光電二極管陣列實(shí)現(xiàn)柱成像。該技術(shù)不需移動(dòng)毛細(xì)管或樣品區(qū)帶，不犧牲分離效率，同時(shí)將分析時(shí)間縮短至5min內(nèi)，但是這種系統(tǒng)一般結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，存在背景光不均勻的問題。為此，Pawliszyn等人發(fā)展了一種基于軸向入射成像的技術(shù)，該技術(shù)采用激光(氬離子激光器和半導(dǎo)體激光器)作為光源，通過透鏡或狹縫以及校準(zhǔn)裝置，使光源從毛細(xì)管軸向入射，由CCD從垂直于毛細(xì)管方向接收熒光信號(hào)。這種設(shè)計(jì)省去了光纖導(dǎo)出系統(tǒng)，降低了因毛細(xì)管壁散射光導(dǎo)致的背景，提高了系統(tǒng)的靈敏度。但是軸向入射對(duì)毛細(xì)管和激光的光學(xué)校準(zhǔn)系統(tǒng)要求非常嚴(yán)格，不易實(shí)現(xiàn)，而且由于激光通過毛細(xì)管過程中會(huì)因熒光樣品帶的吸收及散射引起光源強(qiáng)度發(fā)生一定程度的衰減，限制了該系統(tǒng)用于定量檢測。
上述柱成像技術(shù)的關(guān)鍵在于如何將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換成均勻的具有足夠強(qiáng)度的線型光源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種新型的用于cIEF或芯片IEF的簡單實(shí)用的柱成像熒光檢測器，本發(fā)明體積小、成本低，方便實(shí)用，并且可以實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)IEF分離并檢測的功能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種多通道柱成像熒光檢測器，它包括依序設(shè)置的激發(fā)光源、微流控芯片、發(fā)射光濾光片、高壓電源和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述激發(fā)光源采用小分子有機(jī)發(fā)光二極管，在所述激發(fā)光源與所述微流控芯片之間設(shè)置超薄的激發(fā)光濾光片，在所述發(fā)射光濾光片的頂部設(shè)置透鏡和電荷耦合檢測器。
上述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述激發(fā)光源包括一玻璃基片，在所述玻璃基片的表面設(shè)置有多個(gè)銦-錫氧化物陽極，在所述陽極表面設(shè)置有兩層采用真空鍍膜技術(shù)鍍上的有機(jī)物鍍層，構(gòu)成納米級(jí)空穴傳入層和電子傳輸層，在所述電子傳輸層表面鍍?cè)O(shè)有多個(gè)金屬陰極，所述陰極表面設(shè)置與所述玻璃基片封裝的玻璃蓋片，各所述銦-錫氧化物陽極與金屬陰極之間連接有OLED控制電源。
以上所述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述OLED控制電源為0～15伏可調(diào)直流電源，以控制各所述銦-錫氧化物陽極與金屬陰極發(fā)射單條或多條不同長度的線型光源。
以上所述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述激發(fā)光濾光片的厚度小于400μm。
以上所述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述激發(fā)光濾光片的厚度為300μm。
以上所述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述光源到所述微流控芯片上通道的距離為1mm。
以上所述本發(fā)明的技術(shù)方案中，所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用小分子OLED作為激發(fā)光源，代替原來的氬離子激光器和半導(dǎo)體激光器，使儀器體積大大減小。不必采用二向棱鏡、透鏡組等光學(xué)器件和結(jié)構(gòu)，大大簡化了儀器結(jié)構(gòu)。2、與現(xiàn)有的柱成像系統(tǒng)相比，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)外部電路控制OLED電極陣列得到單條/多條發(fā)光光源，結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)。3、本發(fā)明采用厚度僅為300μm左右的超薄激發(fā)濾光片，一方面將激發(fā)光中覆蓋熒光區(qū)域的雜散光濾掉，有效地提高了儀器的檢測靈敏度；另一方面盡量縮小光源與微通道之間的距離，進(jìn)一步縮小了儀器的體積。4、由于本發(fā)明采用了超薄激發(fā)濾光片，而不必采用鎖相放大器這類價(jià)格昂貴的信號(hào)放大處理系統(tǒng)，使本發(fā)明的成本得到進(jìn)一步降低。因此本發(fā)明以有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)作為光源的熒光檢測器，大大降低了儀器的成本和體積，簡化了結(jié)構(gòu)。OLED作為一種光源，具有形狀多樣可調(diào)的特性，即可以作為一個(gè)線型光源使用，方便簡單，不需任何光纖和透鏡系統(tǒng)，有效地彌補(bǔ)了現(xiàn)有柱成像設(shè)計(jì)中存在的一些不足。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)分解示意2是本發(fā)明OLED結(jié)構(gòu)示意3是激發(fā)濾光片對(duì)OLED發(fā)射譜線的影響效果4a～圖4c是本發(fā)明第一實(shí)施例的檢測結(jié)果5a～圖5c是本發(fā)明第二實(shí)施例的檢測結(jié)果圖具體實(shí)施方法下面結(jié)合實(shí)施例并配合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖1所示，本發(fā)明包括光源1、激發(fā)光濾光片2、微流控芯片3、發(fā)射光濾光片4、鏡頭5、電荷耦合檢測器6、高壓電源7、計(jì)算機(jī)8和OLED控制電源9。
如圖2所示，本發(fā)明采用小分子OLED作為光源1，其包括一采用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)制成的玻璃基片15，在玻璃基片15上設(shè)置有多個(gè)ITO(銦-錫氧化物)陽極10，在各ITO陽極10上設(shè)置有兩層采用真空鍍膜技術(shù)鍍上的有機(jī)物鍍層，構(gòu)成納米級(jí)空穴傳入層11和電子傳輸層12，在電子傳輸層12的上表面還鍍有多個(gè)金屬陰極13，OLED控制電源9接設(shè)于各金屬陰極13與各ITO陽極10之間。OLED控制電源9為0～15伏可調(diào)直流電源，可從市場上購買得到，也可向生產(chǎn)電源的廠家定制。當(dāng)ITO陽極10和金屬陰極13注入的空穴和電子在空穴傳入層11和電子傳輸層12相遇，激子去激復(fù)合時(shí)，便產(chǎn)生了可見光。通過調(diào)節(jié)OLED控制電源9的輸出電壓，便可使OLED光源1的多個(gè)ITO陽極10與金屬陰極13根據(jù)需要發(fā)射出不同尺度的單條或多條線型光源。最后用一玻璃蓋片14進(jìn)行封裝，構(gòu)成OLED平板式光源1。
如圖1所示，光源1的體積大小與微流控芯片3相當(dāng)，并且呈平板狀易于與微流控芯片3進(jìn)行集成化。當(dāng)OLED控制電源9輸出的4.5～12V直流電壓加在ITO陽極10和金屬陰極13之間時(shí)，光源1即可發(fā)出相應(yīng)波長和一定強(qiáng)度的激發(fā)光，用于熒光檢測。根據(jù)光源1的ITO陽極10上鍍?cè)O(shè)的不同的有機(jī)物，可以制成發(fā)出綠光、紅光、藍(lán)光和紫外光的光源1。本發(fā)明用小分子OLED平板光源1代替原來的氬離子激光器和半導(dǎo)體激光器，可以使儀器體積大大減小。由于本發(fā)明采用的小分子OLED光源容易得到，且價(jià)格較為低廉，所以本發(fā)明利于推廣使用，具有較好的實(shí)用性。
本發(fā)明在光源1與微流控芯片3之間設(shè)有300μm厚的超薄的激發(fā)光濾光片2，激發(fā)光濾光片2可以將光源1發(fā)出的激發(fā)光中覆蓋檢測區(qū)域的雜散光濾掉。微流控芯片3的底片厚度僅為100μm，可以采用任何透明基質(zhì)材料構(gòu)成，如玻璃或PDMS(聚二甲氧基硅烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等高聚物材料，并采用標(biāo)準(zhǔn)光刻和軟刻蝕技術(shù)加工制成。微流控芯片3的上方依次設(shè)置發(fā)射光濾光片4、透鏡5和電荷耦合檢測器6，OLED光源1通過微流控芯片3的通道激發(fā)樣品帶產(chǎn)生的熒光信號(hào)直接經(jīng)過發(fā)射濾光片4過濾后，由透鏡5接收，經(jīng)電荷耦合檢測器6成像，最后傳輸至計(jì)算機(jī)8，由計(jì)算機(jī)8記錄并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。高壓電源7的輸出端口分別與微流控芯片3上的各個(gè)樣品池連接，高壓電源7另一端的COM接口與計(jì)算機(jī)8連接，用來控制微流控芯片3上的電泳進(jìn)樣及分離操作。
本發(fā)明設(shè)置了厚度僅為300μm厚的超薄激發(fā)光濾光片2來去除激發(fā)光源1中的雜散光，如圖3所示，圖中左側(cè)縱坐標(biāo)為光源1的發(fā)射光強(qiáng)，右側(cè)縱坐標(biāo)為濾光片透過率。激發(fā)光濾光片2的透射光譜a從555nm處開始截止，而發(fā)射光濾光片8的透射光譜b約從560nm處開始通過。光源1不經(jīng)任何濾光處理的發(fā)射譜線為c，其中約1/4光譜覆蓋發(fā)射區(qū)域，可以通過發(fā)射光濾光片4對(duì)熒光檢測結(jié)果產(chǎn)生干擾。在光源1與微流控芯片5之間加上激發(fā)光濾光片2可以將這部分雜散光濾掉，激發(fā)光濾光片2的厚度在400μm以下，越薄越好。由圖中經(jīng)激發(fā)光濾光片2過濾后的激發(fā)光發(fā)射譜線d可知，增加激發(fā)光濾光片2可以提高系統(tǒng)的靈敏度。因此，激發(fā)光濾光片2一方面可以將激發(fā)光中覆蓋熒光區(qū)域的雜散光濾掉，另一方面盡量縮小光源與微通道的距離，提高系統(tǒng)的檢測靈敏度，使得從光源1到微流控芯片3上通道的距離約為1mm。
下面以綠光光源為例對(duì)進(jìn)行詳細(xì)說明。
實(shí)例1以熒光藻紅蛋白(R-phycoerythrin)作為樣品，配置于含有2％兩性電解質(zhì)(ampholyte)和1％羥丙基甲基纖維素(HPMC)的緩沖溶液中，充入微流控芯片中進(jìn)行等電聚焦分離，采用本發(fā)明進(jìn)行檢測。操作前將微流控芯片通道用去離子水反復(fù)沖洗干凈，充滿經(jīng)超聲去氣的緩沖溶液，向圖1樣品池加5μL上述溶液，施加壓力使其充滿微通道，然后用移液槍吸出剩余溶液。接著分別向陽極和陰極樣品池中加入5μL 10mMH3PO4和20mMNaOH溶液。施加700V/cm電場強(qiáng)度于陽極和陰極之間，進(jìn)行等電聚焦電泳。分別在等電聚焦過程中的不同時(shí)間段得到的電泳譜圖如圖4所示，其中圖4中a、b、c的時(shí)間分別是施加電場后4.53s、5.20s和5.87s所記錄的譜圖。
實(shí)例2通過控制OLED光源得到三條線型光源，在具有三條平行通道的微流控芯片中進(jìn)行等電聚焦電泳，其余電泳條件同實(shí)例1，得到的結(jié)果如圖5所示，其中圖5中a、b、c分別是相同濃度樣品在三條通道中等電聚焦后得到的譜圖。
通過上述實(shí)例，說明將OLED作為光源可以非常方便地用于微流控芯片等電聚焦電泳系統(tǒng)，與傳統(tǒng)檢測器相比具有體積小、成本低、結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)，并且容易實(shí)現(xiàn)多通道同時(shí)檢測的目的。
權(quán)利要求
1.一種多通道柱成像熒光檢測器，它包括依序設(shè)置的激發(fā)光源、微流控芯片、發(fā)射光濾光片、高壓電源和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述激發(fā)光源采用小分子有機(jī)發(fā)光二極管，在所述激發(fā)光源與所述微流控芯片之間設(shè)置超薄的激發(fā)光濾光片，在所述發(fā)射光濾光片的頂部設(shè)置透鏡和電荷耦合檢測器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述激發(fā)光源包括一玻璃基片，在所述玻璃基片的表面設(shè)置有多個(gè)銦-錫氧化物陽極，在所述陽極表面設(shè)置有兩層采用真空鍍膜技術(shù)鍍上的有機(jī)物鍍層，構(gòu)成納米級(jí)空穴傳入層和電子傳輸層，在所述電子傳輸層表面鍍?cè)O(shè)有多個(gè)金屬陰極，所述陰極表面設(shè)置與所述玻璃基片封裝的玻璃蓋片，各所述銦-錫氧化物陽極與金屬陰極之間連接有OLED控制電源。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述OLED控制電源為0～15伏可調(diào)直流電源，以控制各所述銦-錫氧化物陽極與金屬陰極發(fā)射單條或多條不同長度的線型光源。
3.如權(quán)利要求1所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述激發(fā)光濾光片的厚度小于400μm。
4.如權(quán)利要求2所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述激發(fā)光濾光片的厚度小于400μm。
5.如權(quán)利要求3或4所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述激發(fā)光濾光片的厚度為300μm。
6.如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述光源到所述微流控芯片上通道的距離為1mm。
7.如權(quán)利要求5所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述光源到所述微流控芯片通道的距離為1mm。
8.如權(quán)利要求1或2或3或4或7所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
9.如權(quán)利要求5所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
10.如權(quán)利要求6所述的一種多通道柱成像熒光檢測器，其特征在于所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多通道柱成像熒光檢測器，它包括依序設(shè)置的激發(fā)光源、微流控芯片、發(fā)射光濾光片、高壓電源和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于所述激發(fā)光源采用小分子有機(jī)發(fā)光二極管，通過外接電路控制光源的多電極，使其按照要求發(fā)射單條或多條不同長度的線型光源。在所述激發(fā)光源與微流控芯片之間設(shè)置超薄的激發(fā)光濾光片，在所述發(fā)射光濾光片的頂部設(shè)置透鏡和電荷耦合檢測器。本發(fā)明可以方便地實(shí)現(xiàn)柱成像檢測模式，不需要光纖、柱面棱鏡等復(fù)雜光學(xué)器件，進(jìn)一步縮小了儀器的體積，降低成本，同時(shí)通過超薄濾光片將激發(fā)光中覆蓋熒光區(qū)域的雜散光濾掉，有效地提高了儀器的檢測靈敏度。
文檔編號(hào)H05B33/08GK1869662SQ20061008052
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月15日
發(fā)明者羅國安, 姚波, 王立鐸, 任康寧, 楊輝華, 王義明, 邱勇 申請(qǐng)人:清華大學(xué)