[发明专利]一种基于斜入式激发提高共聚焦结构微弱信号检测信噪比的装置

说明书

本发明公开了一种基于斜入式激发提高共聚焦结构微弱信号检测信噪比的装置，利用共聚焦光学结构聚焦激发光，滤除聚焦点外的杂散光，高效收集聚焦点内的荧光，利用微流控芯片底部的反射原理，采用斜入式聚焦照射，使激发光反射到物镜聚焦区以外的区域，在共聚焦光学结构的基础上进一步提升其信噪比，在此基础上设计了可以保证检测物单个通过检测区的微流控芯片通道，信号处理时加入了基于谱减法的去噪放大算法，加上可调节光源，以及螺旋微调套件的合理设计和应用，使装置变得小型化、易于操作、成本低廉、信号信噪比强。解决现有荧光检测设备仪器需要繁杂滤光去噪的不足，以及体积大、成本高昂、检测效率低、操作复杂的问题。

技术领域

本发明涉及海洋微藻和荧光微塑料的检测技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于斜入式激发提高共聚焦结构微弱信号检测信噪比的装置。

背景技术

随着世界经济的发展，船舶海洋的发展已成为衡量一个国家经济实力的重要标准，船舶的发展增强了一个国家的贸易吞吐量能力，然而，人们享受着船舶带来的利益的同时也在面临着诸多挑战。其中船舶压载水是影响海洋生态系统平衡和人们日常生活的重要方面，而压载水中微藻的检测成为困扰时间航海事业的一大难题，目前，微藻检测技术与微流控芯片上结合的检测方式，以其较高的效率和更为精确的检测精度成为微藻检测识别的重要方式。

微藻入侵也是船舶压载水密切相关的，船舶来往于各国之间，船舶会根据自身的运行需要注入和排出海水，从而达到调整船舶吃水和船体平衡的作用。保证船舶能够平稳运行，减少颠簸，改善船舱的舒适性。但是海水是不同海域的，船舶从一个海域抵达另一个海域，就会携带上一个海域的微藻及其他生物，造成微藻入侵，这些藻类有些在新的海域会不受限制的繁殖，产生水华赤潮等现象，消耗水中的营养物质，使营养级发生改变进而改变当地的群落和营养循环，严重影响当地的生态环境，对海洋造成不可估量的损害。并且这或多或少的会影响到生态系统的结构，甚至会使生态系统发生不可逆转的变化。

藻类叶绿素荧光可以有效的反映藻类在不同的生长条件下的生理状态，并且该种方法在检测的同时并不会对藻类结构造成破坏，对于检测微藻活性和监测微藻生长及代谢具有重要意义。当前荧光检测的方法有很多，其发展一直侧重于检测精度的提高上，例如流式、荧光显微镜、共聚焦、全内反射、高内涵药筛系统和双光子等方法。流式的方法是一种比较常见的大通量荧光检测方式，该方式结合了流体力学、电子工程、计算机科学和单克隆染色等多门学科，可以应用于生物、医学等等诸多领域。其灵敏度如果用异硫氰基荧光素标记的荧光微球的最少分子数来表示的话，市面上比较常见的可以达到1000左右。但是设备却很巨大难以携带。荧光显微镜虽然没有流式的大通量检测优势，却可以实现更高的检测精度可以对物质进行定量和定性的分析，还可以有效的观察检测物的位置变化和形状差异，但是检测物必须经过严格的染色，才能达到设备的要求，由于人们对精度不断提出要求其结构也在不断变化，上面提到的共聚焦荧光显微镜和双光子荧光显微镜都是其衍生物，其精度更高，可实现高分辨率的后端三维重建，随之而来的是更加复杂的结构，更加困难的维护方式。

总的来说，海洋微藻已成为影响区域环境的重要因素，需要一种大通量和高精度相结合的设备来弥补这方面的检测欠缺，但是噪声往往是影响这类检测精度的重要原因，流式的方法虽然可以实现大通量检测，但是精度还是不够，并且设备庞大，不易带到户外进行检测作业，而荧光显微镜则一直朝着精度不断提高的方向发展，其仪器设备越来越精密，更易受到颠簸的影响，维护困难其价格极为昂贵。虽然目前也有将二者结合的技术，但是其信号的信噪比差所导致的精度不足，一直成为该领域的困扰，对于大通量、低成本、小型化且高精度的设备的需求依旧很高。

发明内容

根据上述提出的在海洋微藻检测方面，现有设备存在体积庞大、制作成本高、技术复杂且操作困难、检测效率低等诸多问题，其中，信噪比引起的精度问题，一直成为解决上述问题的困扰，如何实现小成本、小体积且高精度是急需突破的难题，所以，为了解决上述问题，本发明提供一种基于斜入式激发提高共聚焦结构微弱信号检测信噪比的装置。本发明主要结合共聚焦光学结构和斜入式聚焦激发的方式尽可能多的去滤除杂散光的干扰，实现信噪比的提高进而实现精度的提升。