[发明专利]基于光子晶体滤波片的微流控芯片荧光检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光子晶体滤波片的微流控芯片荧光检测装置，可应用于疾病治疗诊断和生物样品(例如蛋白质、DNA以及抗体等)检测领域，

背景技术

人类对基因组的破译、解读和开发，以及对流行性疾病、血液和药物的筛查等，都需要进行大量的平行检测和分析。这些迫切要求分析科学用更低的消耗、更简便的方法和设备、更快的速度提供更准确的有关物质成分与结构的信息。20世纪90年代初由瑞士的Manz和Widmer提出的以微机电加工技术(micro electromechanical systems，M EM S)为基础的“微型全分析系统”(miniaturized total analysis system，或micro total analysis system s，μ-TAS)正是在上述的新挑战的情况下发展起来的一项分析技术。“微型全分析系统”的目的是通过化学分析设备的微型化与集成化，最大限度地把分析实验室的功能转移到便携的分析设备中，甚至集成到微型芯片上。

虽然近年来人们对微流控芯片的研究取得很大的进展，但是主要还是集中于对功能各异的微型化、集成化微流控芯片本身的研制。相比之下，与微流控芯片配套的微型集成化检测系统的研制却相对落后。这是由于芯片体积小，反应通道一般只有几十微米宽，其分析试剂进样量仅为皮纳升级，而且分析检测大多在秒级内完成，因此芯片对其检测手段和装置的要求有其特殊性。当前微流控分析中应用最广泛、最有效的检测是光谱检测方法，而共聚焦式激光诱导荧光检测是其中应用较为普遍的。然而，它虽然具有很高的灵敏度，但却远远没有达到微型化和集成化的要求。因为，由分离光、电器件构成的微流控芯片荧光检测系统，存在体积大、成本高、布局复杂、性能的稳定和可靠性差、功耗大、速率受限等缺点。

近十多年来，国外一些著名的大学、研究院所和公司，投入巨大的人力、物力和财力对微流控芯片荧光检测系统的微型化和集成化进行了广泛深入的研究，取得了一系列重要的研究成果。Joo等将一个LED、一个固态光电倍增管(SSPM)、聚电解质凝胶电极(PEGs)与玻璃微流控芯片组装在一个长、宽、高为15×10×10cm³的微系统中，这个便携式的微流控细胞计数器可以简单而快速地用电阻抗和荧光两种检测方式区分细胞和微粒子。Chabinyc等设计了一种使用微型雪崩光电二极管(μ-APD)和PDMS微流控芯片相集成的荧光探测系统，μ-APD阵列在微流通道下面，与光纤垂直。由于μ-APD探测阵列与微流通道之间距离很近，这样就可以不使用光学传输系统，从而大大减少了整个检测系统的尺寸。Kuhn等设计出小型化的完全芯片整合电光学陷阱，其激发能水平比常规光学陷阱低5个数量级，并运用荧光检测完成大肠杆菌DNA的光漂白动力学研究。上述微流控芯片检测系统虽然很大程度上降低了系统的体积，但是没有对激发光进行滤光处理，光源发出的光谱较宽，覆盖了有用的荧光信号，影响了检测的灵敏度和准确度。

为了提高荧光检测系统的灵敏度和准确度，Pais等在LED和PD两者之间设置了相互正交的偏振片，有效率掉了激发光对检测荧光的干扰，提高了检测系统的信噪比。国内清华大学罗国安教授课题组以有机发光二级管(Organic Light Emitting Diode，OLED)作为激发光源，组建了微流控芯片的微型化荧光检测系统，并利用自制的滤光片来解决OLED发射光谱较宽的问题。然而上述方法采用分离的偏振片和滤光片，使检测系统的体积较大、布局复杂、便携性也较差，因此限制了整个系统的推广和使用。

光子晶体具有滤光能力强、体积小和易集成等优点，在生物样品检测领域中有着重要的应用前景。因此，如何在微流控芯片荧光检测系统的LED激发光源和PD探测器顶部集成光子晶体滤波片，取代分离的激发光滤波片和发射光滤波片，过滤掉激发光对有用荧光信号的干扰，实现检测系统的集成滤波功能，进一步提高系统的集成化和微型化，是本发明的创研动机。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种基于光子晶体滤波片的微流控芯片荧光检测系统，该系统具有体积小、灵敏度高、便携性强的特点。

本发明解决问题采用的技术方案如下：