[发明专利]基于光度检测的旋转碟式微流控浓度测量装置与方法

摘要

本发明公开一种基于光度检测的旋转碟式微流控浓度测量装置与方法，在密封暗室内部设置旋转碟式微流控芯片、光度检测装置支架以及交流伺服电机，交流伺服电机的输出轴电机轴垂直向上且同轴装有水平的旋转碟式微流控芯片，旋转碟式微流控芯片上设有N级试液相互渗透带，每级试液相互渗透带均是以旋转碟式微流控芯片的中心为圆心的圆弧形，相邻两级试液相互渗透带之间弹簧状试液流道连接且连通；采用了旋转碟式微流控芯片并结合旋转稀释定位技术实现稀释浓度的有效定位，从而快速计算出稀释比例，通过已知光程与最佳浓度产生吸光度的对应关系，乘以稀释比例反推待检测液的精确浓度，进样、检测以及浓度计算过程均为自动化完成。

主权项

一种基于光度检测的旋转碟式微流控浓度测量方法，采用基于光度检测的旋转碟式微流控浓度测量装置，该装置具有一个密封暗室（37），在密封暗室（37）内部设置旋转碟式微流控芯片（1）、光度检测装置支架（16）以及交流伺服电机（13），光度检测装置支架（16）底端垂直固定在密封暗室（37）靠近左边缘的中心位置，交流伺服电机（13）固定设置在密封暗室（37）靠近右边缘的中心位置，交流伺服电机（13）的输出轴电机轴（14）垂直向上且同轴装有水平的旋转碟式微流控芯片（1），靠近旋转碟式微流控芯片（1）的中心且相对该中心前后对称地各设置一个原试液池（3），旋转碟式微流控芯片（1）上设有N级试液相互渗透带（6），3≤N≤100，每级试液相互渗透带（6）均是以旋转碟式微流控芯片（1）的中心为圆心的圆弧形，两个原试液池（3）分别通过一小段直流道连接且连通于最内侧的第一级试液相互渗透带（6），相邻两级试液相互渗透带（6）之间弹簧状试液流道（2）连接且连通，最外侧最后一级试液相互渗透带（6）是宽度大于前级试液相互渗透带（6）的混合试液测量带4；在混合试液测量带（4）的两端之间是上下贯通的激光测量定位孔（8），光度检测装置支架（16）通过第一个支架装载臂（24）的右端连接处于激光测量定位孔（8）正上方的激光光源（23）、通过第二个支架装载臂（29）的右端连接处于激光测量定位孔（8）正下方的光电倍增管（18）；激光光源（23）和光电倍增管（18）各通过导线分别与位于密封暗室（37）外部的光源控制模块（34）连接，光源控制模块（34 ）经信号转换模块（35）与计算机（36）连接；交流伺服电机（13）通过电机控制线（20）与位于密封暗室（37）之外的电机控制模块（33）连接，电机控制模块（33）与计算机（36）连接，其特征是依次按以下步骤；1）将浓度为0的稀释液注入一个原试液池（3）中，待测液注入另一个原试液池（3）中，计算机（36）控制旋转碟式微流控芯片（1）转动，两种不同的试液受到离心力从两个原试液池（3）流出，在各级试液相互渗透带（6）和弹簧状试液流道（2）中混合，计算机（36）根据激光光源（23）所发射的光信号通过激光测量定位孔（8）直接照射到光电倍增管（18）上的次数C以及计时器测量的时间t算出旋转碟式微流控芯片（1）的实时转动速度Vnow=C/t，调节交流伺服电机（13）转速直到实时转动速度Vnow稳定在目标转速Vset为止；2）当时间达到T1/2时记录当前信号转换模块（35）传递给计算机（36）的光强值I，计算此处的吸光度A0=I0‑I， I0是原始光强信号，T1是旋转碟式微流控芯片（1）转动的周期，T1=2π/Vset，计算机（36）多次检测并判断吸光度A0的值是否有变化，若有变动则继续检测，若稳定则混合试液测量带（4）内的试液浓度扩散已稳定；3）计算机（36）依次计算从第一时刻到第n时刻得到的吸光度A，并逐次与最佳吸光度AOPT作差即AOPT‑A，将差值最小时的吸光度值Ad和周期T1内得到吸光度值Ad的相对时间td记录下来，经多个周期取平均得到平均吸光度值Aa和平均时间ta，若每个周期T1内的吸光度A的最大值Amax均小于AOPT时，则混合试液浓度过低，根据吸光度最大值Amax与最佳吸光度AOPT的差距量计算出浓缩倍数Q=2×AOPT/Amax，需将初始检测试液浓缩后再检测；若Aa‑AOPT>Ass时，则试液相互渗透带（6）的级数N配置不足，需逐级增大级数再次检测，直到Aa‑AOPT≤Ass为止，Ass是计算机（36）预设的吸光度检测误差最小允许值；4）计算机（36）按式L0=ta×L/T1计算出激光测量定位孔（8）与距离最佳吸光度值AOPT距离最近的吸光度值平均位置之间的弧长L0，再根据公式Cx=C0×L/L0计算出待测试液Cx的浓度，其中，C0=Lh/0.434α，Lh为激光透过旋转碟式微流控芯片（1）经过的光程长，α为吸光系数，L为混合试液测量带（4）的弧长。