[发明专利]一种大功率LED的微阵列芯片荧光检测方法

摘要

本发明涉及一种大功率LED的微阵列芯片荧光检测方法，包括自上而下依次设置的冷却型CCD相机、窄带镀膜荧光滤波片、成像微距镜头、LED照明阵列以及被测荧光微阵列生物芯片；冷却型CCD相机连接至计算机系统；LED照明阵列中的LED灯经驱动电路连接至计算机系统；通过计算机系统，经驱动电路输出预设驱动电流，以驱动LED照明阵列发光；被测荧光微阵列生物芯片上已经标记荧光染料的微点阵受激产生荧光分子，通过冷却型CCD相机对荧光分子进行多像素并行积分的方式曝光成像，并将采集到的图像传送到计算机系统中进行储存以及去噪处理，最终获取被测荧光微阵列生物芯片的荧光图像。本发明所提出的方法，扫描速度快，装置结构简单。

主权项

1.一种大功率LED的微阵列芯片荧光检测方法，其特征在于，包括自上而下依次设置的冷却型CCD相机、窄带镀膜荧光滤波片、成像微距镜头、LED照明阵列以及被测荧光微阵列生物芯片；所述冷却型CCD相机连接至一计算机系统；所述LED照明阵列中的LED灯经驱动电路连接至所述计算机系统；通过所述计算机系统，经所述驱动电路输出预设驱动电流，以驱动所述LED照明阵列发光；所述被测荧光微阵列生物芯片上已经标记荧光染料的微点阵受激产生荧光分子，通过所述冷却型CCD相机对所述荧光分子进行多像素并行积分的方式曝光成像，并将采集到的图像传送到所述计算机系统中进行储存以及去噪处理，最终获取所述被测荧光微阵列生物芯片的荧光图像；所述LED照明阵列为一环形阵列，且包括设置于同一水平面上的一内圆环LED阵列以及一外圆环LED阵列；所述内圆环LED阵列以及所述外圆环LED阵列上均匀分布有若干个在发光面上设置有滤光片的LED灯；通过Tracepro软件分别构建所述内圆环LED阵列以及所述外圆环LED阵列的面光源模型，获取LED的总辐射通量和有效照明通量，并确定所述内圆环LED阵列以及所述外圆环LED阵列的位置；所述面光源模型参数通过如下方式获取：设LED灯分布在xy平面上，则坐标系中待观测的一点P(x，y，z)处的照度为：式中，(x₀，y₀)为LED在xy平面上的坐标，I₀为LED发光面法线上的光照强度，m为LED光辐射模式，z为LED照明阵列至照明目标面的距离；对于LED照明阵列的环形阵列排列，由上式可得照明目标面任意点的线性叠加的照度，N≥3：其中，N为内圆环LED阵列或外圆环LED阵列上的LED灯的总数，n为内圆环LED阵列或外圆环LED阵列不同位置上的LED灯的序列号，ρ为内圆环LED阵列或外圆环LED阵列的半径；对该式进行求二次导，并依据斯派罗法则最大平坦条件，在x＝0，y＝0处令得到：根据预设的LED光辐射模式m，N以及ρ，进而获取z；所述内圆环LED阵列上的LED灯采用绿色单芯大功率LED PT54‑G，所述外圆环LED阵列上的LED灯采用红色单芯大功率LED PT54‑R；计算所述LED照明光源对荧光染料激发所产生的荧光分子数，再结合所述冷却型CCD相机探测到的最小的荧光光强系数，计算检测灵敏度值，并通过对所述冷却型CCD相机的拍摄曝光时间进行预设置，进而获取已经标记荧光染料的微点阵图像；记照射到所述被测荧光微阵列生物芯片表面的激发光功率密度为I_exc，则每个荧光分子的激发速率为：式中，hv为吸收光子的能量，σ为荧光染料截面，σ与消光系数ε的关系式：σ＝3.8×10^‑21ε(cm²)；记τ为荧光寿命，1/τ为荧光分子由激发态迁跃回基态的弛豫速率，记N₀为探针表面激发光照明的荧光分子总数，N₁为受激发的荧光分子数，则荧光染料在受激照射并稳定发射荧光时，存在以下的激发速率和消激速率的平衡：可得荧光染料激发比率：记φ为的量子效率，受激产生的荧光速率为：对应所述冷却型CCD相机中CCD传感器的每个像素，生物芯片上面积为A_s荧光染料受激产生的荧光光子数q_em为：q_em＝p_f·A_s·C_s·t_s式中，t_s为所述CCD传感器的积分时间，C_s为荧光染料浓度；荧光光子通过所述成像微距镜头成像光路到达所述CCD传感器所形成响应电子数q_s为：式中，Ф_ccd为所述CCD传感器的量子效率，K_em为成像镜片和荧光窄带滤光片的总透光率，NA为物镜的数值孔径；所述荧光染料包括Cy3以及Cy5。