专利名称：一种基于光声技术的微流控芯片检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种检测方法及其检测装置，特别是一种基于光声技术的微流控芯片 检测方法及其装置。
背景技术：
微全分析系统(Micro Total Analysis .System, ix -TAS)又称为芯片实验室 (Lab-on-a-chip)，该技术是将化学、生物学等领域所涉及的样品制备、生物与化学 反应、分离和检测等过程縮微或基本缩微到一块几平方厘米的芯片上，用以完成不同 的生物或化学反应过程，并对其产物进行分析的技术，是一个微而全的系统。
目前，微全分析系统可分为芯片式与非芯片式两大类，其中芯片式是该技术的发 展重点。根据芯片结构和芯片的工作机理又可分为微阵列芯片(Microarray chip)和 微流控分析芯片(Microfluidic chip)。微阵列芯片也称生物芯片，主要以生物技术为 基础，采用光导原位合成或微量点样等技术，将生物大分子如核酸片段、多肽分子等 生物样品有序地固化于支持物(如玻片、硅片、高分子聚合物等)的表面，组成密集的 二维分子排列，然后与己标记的待测生物样品中的靶分子杂交，从而判断样品中靶分 子的数量。DNA微阵列芯片(DNA Microarray)是这类芯片中最重要的一种。另一类 芯片，即微流控分析芯片则主要以生物化学和分析化学为基础，以微机电加工技术 (MEMS)为依托，以微管道网络为结构特征，将整个分析实验室的功能，包括采样、样 品的前处理、反应、分离、检测等集成在微芯片上。通过对样品全分析过程的縮微 化和集成化，达到高灵敏快速检测，样品耗量低，高通量输出以及可在线自动化操作 的目的。纵观两种芯片的性能，由于微阵列芯片是将样品固定于支持物表面，所以目 前的生物芯片一般是一次性使用，并且有很强的生物专用性。而微流控分析芯片系统 则把整个分析过程，即样品的采集、预处理、反应、分离、分析的过程集成于微芯片 上，从而可多次重复使用，因此，较生物芯片具有更广泛的实用性和应用前景。
微芯片具有高效、快速、试剂用量少、节约样品、易集成等优点，微流控芯片的 优势还在于可批量制造、低成本、高可靠性、易操作性、重复性好等。微流控芯片 主要应用在基因测序、蛋白组学、浓度监测、新药物合成与筛选、临床诊断等领域。
本发明针对的微流控芯片为集成毛细管电泳芯片，该芯片是微流控技术中发展最 快的一项芯片技术。目前主要检测方法有激光诱导荧光检测、化学发光检测、质谱检测、紫外吸收检测、电化学检测等。CN1410760A和CN2575662Y公开了基于荧光检测 法的微流控芯片检测系统及其装置，荧光检测法的缺点是所用的光学设备复杂、体积 庞大、价格昂贵、而且荧光剂实际价格高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用光声光谱法进行芯片检测分析的基于光声技术的 微流控芯片检测方法及其装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是 一种基于光声技术的微流控芯 片检测方法，包括采用激光束照射加入待测样品的微流控芯片，激发产生光声信号， 光声信号经收集和转换为电信号后传入数据转换单元和计算机处理单元，检测步骤如 下将预处理后的待测样品加入微流控芯片中进行电泳，在电场的作用下，各种 成分因电泳迁移率的不同而彼此分开；将微流控芯片放置在双向平移的平台上，该平台可在X,Y方向移动，使安装 芯片更方便，同时也有利于对准调节电泳电极位置；位于双向平移的平台下方的所述激光器发出的激光束通过位于双向平移的平 台与激光器之间的聚焦透镜，在微流控芯片分离通道上会聚成一个光斑，彼此分离的 待测样品依次流经这个光斑，激发产生光声信号；光声信号传至位于芯片上方的超声传感器，超声传感器采用前向模式接收光 声信号，并把收集的光声信号转换为电信号；超声传感器的电信号经过信号放大器处理后，通过单片机A/D转换成数字信 号送入计算机处理单元D，处理、存储或显示；计算机处理单元根据指令发出信号， 通过单片机D/A转换后控制电泳高压，来调节电泳的进行情况；经过计算机处理后便 可获得样品所有光声强度数据，并确定待测样品的种类和性质。
一种用于微流控芯片检测方法的基于光声技术的微流控芯片检测装置，包括入 射光生成单元A、信号处理与数据转换单元C和计算机处理单元D,还包括光声信号 探测单元B、和能在X，Y方向双向平移的平台；
所述入射光生成单元A包括位于双向平移的平台下方的激光器和位于双向平移 的平台与激光器之间的聚焦透镜，所述聚焦透镜的焦点位于微流控芯片分离通道上； 所述光声信号探测单元B包括一个位于芯片上方的超声传感器； 所述信号处理与数据转换单元C由包括电气连接的前置放大器和主放大器的信 号放大器以及包括电气连接的A/D转换器和D/A转换器的单片机组成；
所述计算机处理单元D包括计算机，所述计算机内装有采集控制软件和数据处理软件的模块；
所述超声传感器、信号放大器、单片机、计算机依次电气连接。
本发明的工作原理为系统设计以微芯片毛细管电泳为基础，将预处理后的待测 样品加入微流控芯片中进行电泳；计算机处理单元根据指令发出信号，通过单片机 D/A转换后控制电泳高压，来调节电泳的进行情况。在电场的作用下，不同淌度的样 品将按不同的迁移率分开，经过光斑检测窗口，样品吸收光能量产生光声信号，再通 过超声传感器采集转变成电信号，再经模数转换器把传感器接收到的光声信号转变成 数字信号，经过计算机信号处理后便可以确定待测样品的种类和性质。
本发明的有益效果是与传统的荧光检测法相比本发明具有灵敏度高、成本低、 设备简单、操作方便的优点。
图l为本发明的结构方框示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1如图1所示 一种采用微流控芯片检测装置的检测方法，包括采用激光 束照射加入待测样品的微流控芯片，激发产生光声信号，光声信号经收集和转换为电 信号后传入数据转换单元和计算机处理单元，检测步骤如下将预处理后的待测样品加入微流控芯片中进行电泳，在电场的作用下，不同 淌度的样品成分将按不同的迁移率分开 ，将微流控芯片6放置在双向平移的平台5上，该平台可在X，Y方向移动，使
安装芯片更方便，同时也有利于对准调节电泳电极位置；光源采用波长为600-630或640nm—800nra的脉冲激光器，激光束垂直于芯片 平面，经位于双向平移的平台5与激光器11之间的聚焦透镜12，在微流控芯片5分 离通道上会聚成一个光斑，彼此分离的待测样品依次流经这个光斑，激发产生的光声 信号；光声信号传至被放置在芯片6上方的超声传感器21，超声传感器21采用前 向模式探测光声信号，超声传感器21把收集的光声信号转换为电信号；超声传感器21的电信号经过信号放大器31处理后，通过单片机32 A/D转 换成数字信号送入计算机处理单元D，处理、存储或显示；计算机41处理单元根据 指令发出信号，通过单片机32 D/A转换后控制电泳高压，来调节电泳的进行情况。 计算机处理单元D —方面通过信号处理和数据转换单元C与光声信号探测单元B相 连，对其输出的信号进行最后处理，另一方面也通过信号处理与数据转换单元C控制电泳电压；经过计算机41处理后便可获得样品所有光声强度数据，并确定待测样品 的种类和性质。
实施例2如图1所示 一种基于光声技术的微流控芯片检测装置包括入射光生 成单元A、信号处理与数据转换单元C和计算机处理单元D，还包括光声信号探测单
元B、和能在X，Y方向双向平移的平台5;
所述入射光生成单元A包括一台位于双向平移的平台(5)下方、波长为 600--630nm或640—800nm的激光器11和位于平台5与激光器11之间的聚焦透镜12， 所述聚焦透镜12的焦点位于微流控芯片6分离通道上；
所述光声信号探测单元B包括一个位于芯片上方的超声传感器21;
所述信号处理与数据转换单元C由包括前置放大器和主放大器的信号放大器 (31)以及包括A/D转换器和D/A转换器的单片机(32)组成；
所述计算机处理单元D包括一台计算机41，所述计算机41内装有采集控制软件 和数据处理软件的模块；
所述超声传感器21、信号放大器31、单片机32、计算机41依次电气连接。
权利要求
1.一种基于光声技术的微流控芯片检测方法，其特征在于包括采用激光束照射加入待测样品的微流控芯片，待测样品受激发产生光声信号，光声信号经收集和转换为电信号后传入数据转换单元和计算机处理单元，检测步骤如下[1]将预处理后的待测样品加入微流控芯片(6)中进行电泳，在电场的作用下，各种成分因电泳迁移率的不同而彼此分开；[2]将微流控芯片(6)放置在双向平移的平台(5)上，该平台可在X，Y方向移动；[3]位于双向平移的平台(5)下方的所述激光器(11)发出的激光束通过位于双向平移的平台(5)与激光器(11)之间的聚焦透镜(12)在微流控芯片(6)分离通道上会聚成一个光斑，彼此分离的待测样品依次流经这个光斑，所述样品受激发产生光声信号；[4]光声信号传至位于芯片上方的超声传感器(21)，超声传感器(21)采用前向模式接收光声信号，并把收集的光声信号转换为电信号；[5]超声传感器(21)的电信号经过信号放大器(31)处理后，通过单片机(32)A/D转换成数字信号送入计算机处理单元D，处理、存储或显示；计算机(41)处理单元根据指令发出信号，通过单片机(32)D/A转换后控制电泳高压，来调节电泳的进行情况；经过计算机(41)处理后便可获得样品所有光声强度数据，并确定待测样品的种类和性质。
2. —种用于权利要求1所述微流控芯片检测方法的基于光声技术的微流控芯片检测 装置，包括入射光生成单元A、信号处理与数据转换单元C和计算机处理单元D，其特征 在于还包括光声信号探测单元B、和能在X,Y方向双向平移的平台(5);所述入射光生成单元A包括位于双向平移的平台(5)下方的激光器(11)和位于双 向平移的平台(5)与激光器(11)之间的聚焦透镜(12)，所述聚焦透镜(12)的焦点位 于微流控芯片(6)分离通道上；所述光声信号探测单元B包括一个位于芯片上方的超声传感器(21);所述信号处理与数据转换单元C由包括电气连接的前置放大器和主放大器的信号放大 器(31)以及包括电气连接的A/D转换器和D/A转换器的单片机(32)组成；所述计算机处理单元D包括计算机(41)，所述计算机(41)内装有采集控制软件和 数据处理软件的模块；所述超声传感器(21)、信号放大器(31)、单片机(32)、计算机(41)依次电气连接。
全文摘要
本发明涉及一种基于光声技术的微流控芯片检测方法及其装置，采用由入射光生成单元A、光声信号探测单元B、信号处理与数据转换单元C、计算机处理单元D和能在X，Y方向双向平移的平台组成的微流控芯片检测装置；将预处理后的待测样品加入微流控芯片中进行电泳，计算机处理单元根据指令发出信号，通过单片机D/A转换后控制电泳高压；在电场的作用下，不同淌度的样品将按不同的迁移率分开，经过光斑检测窗口，样品吸收光能量产生光声信号，再通过超声传感器采集转变成电信号，再经模数转换器把传感器接收到的光声信号转变成数字信号，经过计算机信号处理后便可以确定待测样品的种类和性质。本发明具有灵敏度高、成本低、操作方便的优点。
文档编号G01N21/17GK101614655SQ20091011569
公开日2009年12月30日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者刘国栋, 徐景坤, 曾吕明, 曾文平 申请人:江西科技师范学院