[发明专利]高功率发光二极管诱导荧光检测微流控生化分析仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(Light Emitting Diode，LED)诱导荧光检测微流控生化分析仪，可对多种生化样本(如DNA、蛋白质、毒品等)进行自动检测和分析，属分析检验仪器技术领域。

背景技术

现代科学仪器已经被一些发达国家作为信息的源头和基础纳入其未来发展的战略重点，分析仪器是其中重要的组成部分之一。基于以微机电系统(MEMS)为基础的微全分析系统(Micro Total Analysis Systems，μTAS)的生化分析仪器是发展的重要前沿领域。微全分析系统或称芯片实验室(Lab-on-a-Chip，LOC)是一个跨学科的新领域，其目标是通过微机电加工、计算机、电子学、分析化学、材料科学、医学和生物学等多交叉学科实现生化分析，系统地完成从试样处理到检测的全过程，用来对DNA、蛋白质等生物样品进行分析。这样不仅减少了实验试剂和样品用量，而且其实验装置体积小而轻便、易于控制，并可现场进行采样和分析。应用于生物医学领域的微机电系统通常称为生物微机电系统(Bio-MEMS)，应用Bio-MEMS技术不仅可以对现有的生命科学及医疗仪器进行改进和完善，而且可以创造出新的分析操作手段，极大地推动生物工程技术和医疗事业的发展。

微流控分析仪器是芯片实验室研究中的重要内容，目前，它主要应用于生命科学，在多肽、蛋白质、核酸等生物大分子的分离分析上发挥着极其重要的作用，同时微流控芯片的应用也涉及到食品化学、药物化学、医学、环境科学、法医学等领域。国外一些大的厂家如美国Micronics公司、美国Nanogen公司、加拿大Micralyne公司都在大力进行商品化仪器的开发研究。美国Agilent公司于2001年推出了Agilent 2100生化分析仪，该仪器主要用于PCR产物、蛋白质等的分离分析；中国科学院大连化学物理研究所开发了紫外吸收检测微流控芯片分析仪用于核酸和药物成分分析；中国科学院上海微系统所与信息技术研究所开发了一套四色激光诱导荧光检测系统用于核酸的快速分离和分析，可以实现寡核苷酸的单碱基分辨和大片段DNA的有效分离。

在微流控分析仪器中，荧光检测是最常用的一种检测方法，具有灵敏度高的优点，而激光诱导荧光检测也是目前灵敏度最高的检测手段之一。在激光诱导荧光检测系统中，气体激光器(如Ar⁺，He-Ne激光器)应用比较普遍，但气体激光器存在体积大、功耗大、成本高、与微型化仪器难以匹配等缺点。半导体泵浦固体激光器是一种较新型的激光光源，但仍存在体积较大和价格昂贵等不足。近几年，随着发光二极管技术的日益成熟，高功率(瓦级)、短波长(470nm左右)、单色性及稳定性良好的LED已在市场上出现。这类型号的LED已能够满足生化分析中荧光激发的要求，同时相比较于激光器来说，LED具有成本低(几元人民币)，体积小(厘米见方)、使用寿命长(5万小时)的优点，适合于小型化、便携式现场检测生化分析仪的要求，将在生化分析领域发挥重要作用。

发明内容

本发明的目的是基于LED诱导荧光结合微流控分析技术构建一种集成化便携式生化分析仪，实现对多种生化样本的自动化检测和分析。该生化分析仪采用LED作为激发光源，其成本更低、体积更小、便于携带、操作简单，检测灵敏度与激光诱导荧光检测相当，同时采用微流控分析技术，使之具有快速高效的优点。

本发明所要解决的技术关键是LED光源稳定性控制、光束准直对准以及微流控分析过程的自动控制。

本发明所阐述的生化分析仪采用模块化设计，主要由三个部分组成：微流控分析和控制模块、LED光斑转换及荧光采集模块、触摸屏液晶显示和控制模块。

设置发光二极管稳流驱动电路控制发光二极管光源稳定性，采用柱面镜等透镜组件将LED发散光源转换为线光源利于光斑与微通道对准，采用荧光收集透镜、滤光片和针孔等进行荧光信号高效采集和降低背景光，程控高压直流电源的工作顺序和时间自动控制微流控生化分析过程，并由液晶触摸屏实现检测过程的控制、数据显示处理和打印输出。

下面分别介绍这三个部分：