[发明专利]LED诱导光纤型集成PIN光电探测器的微型荧光检测器

说明书

技术领域：

本发明属于微全分析技术领域，涉及一种一体化集成激发光传输通道、滤光系统，以及芯片式PIN光电探测器的微型荧光检测器。

背景技术：

微全分析系统(μ-TAS)又称芯片实验室(lab-on-a-chip)或微流控芯片，所涉及的反应过程通常在微米量级的几何结构内完成，因此，与传统实验室相比，对检测器提出了更高的要求，包括高灵敏度、快速响应、微型化等。迄今为止，应用于微流控芯片的检测技术已多达十几种，其中以光学检测法和电化学检测法应用最为广泛。激光诱导荧光(LIF)作为光学检测法的典型代表，是目前灵敏度最高、应用范围最广的检测方法。但是传统的LIF检测系统通常存在体积庞大、价格昂贵、功耗较高的缺点，在一定程度上制约了微流控芯片的推广和使用。为了开发体积小、便于携带、价格低廉的LIF检测系统，国内外研究小组采用小型半导体激光器或LED作为激发光源，在一定程度上降低了体积和成本，但是由于与通常LIF系统一样在光源与检测器之间需要加入聚光透镜等分离光学元件，距离集成化仍有相当距离。另一方面，作为荧光检测系统分离器件的激发光滤色片与光电探测器的使用，增加了微流控芯片检测点到探测器光敏面的距离，降低了LIF检测系统的灵敏度。因此，若要减小荧光检测器的体积，必须将相应的光学系统一体化集成。目前报道的光学系统集成方法，已有将激发用的发光二极管、平面光波导管等直接加工于微流控芯片上，该方法可以达到微型化和集成化的目的，但需要精细的芯片加工技术和昂贵的加工设备，使芯片成本大大提高。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种一体化集成激发光传输通道、滤光系统，以及芯片式PIN光电探测器的微型荧光检测器，荧光检测系统的整体尺寸视具体微流控芯片尺寸而定，其长、宽、高都在几个厘米范围内。

本发明采取以下技术方案：LED诱导光纤型集成PIN光电探测器的微型荧光检测器，由激发光源、光纤传输系统、滤光系统、光电检测系统、微流控芯片和系统定位装置组成。从大功率LED发出的激发光直接耦合入多光束光纤，通过芯片管壳盖板顶部的微流控芯片检测口照射到微通道末端的荧光检测点，以激发微通道中的荧光物质受激发出相应波长的荧光；所产生的荧光通过加工于微流控芯片底部的发射光干涉滤色薄膜滤除杂散光后，进入紧贴于其下的芯片式PIN光电检测器中，转化为电流信号，经管壳腔体底座的引脚输出，再经信号处理电路放大、滤波后转化为电压信号，传输至工作站或记录仪，完成被测样品的测试分析。

所述激发光源采用大功率发光二极管，其与多光束光纤的入射端相结合，多光束光纤的出射端固定在芯片管壳盖板顶部的芯片检测口处，可根据荧光试剂样品的激发光谱特性选择不同峰值波长的发光二极管作为激发光光源。激发光传输通道采用5个芯径为100微米的单光纤通过外围金属套筒捆绑组合形成光纤束，可大大增强光纤耦合激发光光强的能力。

所述滤光系统是厚度仅为2～3微米、可根据不同荧光试剂样品的发射光谱特性设置带通范围的发射光干涉滤色薄膜，通过薄膜加工工艺直接制作于微流控芯片底部，实现滤光系统与微流控芯片的一体化集成。

所述光电检测系统采用芯片式PIN光电探测器，其具有高灵敏度、快速响应、光敏面积与微流控芯片微通道尺寸相当、光谱响应曲线能覆盖常用荧光试剂检测范围等特点，通过与微流控芯片硅-玻璃键合的方式，实现检测器与微流控芯片的一体化集成。

发射光干涉滤色薄膜、芯片式PIN光电探测器与微流控芯片实现一体化集成。多光束光纤激发光出射端距离微流控芯片仅为1～2毫米，通过加工于芯片管壳盖板顶部的法兰盘定位；法兰盘内嵌于芯片管壳盖板顶部的十字形凹槽内，通过微调法兰盘，控制激发光出射光斑照射微流控通道荧光检测点的位置。微流控芯片被封装在芯片管壳盖板和芯片管壳腔体中固定。管壳腔体底座引脚用于芯片式PIN管的键合点压焊封装，管壳盖板与腔体的可拆装式无缝隙封合屏蔽外界干扰光，实现样品荧光的无干扰检测。

本发明由于采用以上技术方案，具有以下优点：