本发明涉及生物分子结构检测领域，尤其涉及一种基于量子点的液相芯片检测系统及方法。
背景技术：
液相芯片技术以微球作为反应载体，在接近生物系统内部环境的液相反应体系中进行蛋白质、核酸等生物大分子的检测，能一次检测多项指标，完成多重检测的目的。
目前市场上商业化的液相芯片检测系统以美国luminex公司的xmap技术为核心，把直径约为5.6um的聚苯乙烯微球按一定比例掺入红色和红外两种不同的有机荧光染料，并采用两束激光同时对微球的编码荧光和报告荧光进行检测，红色激光用于鉴定微球种类，绿色激光用于检测报告荧光信号的强弱，从而确定被结合的检测物种类和数量，完成定性和定量分析。但上述方法中需要采用两束光源来进行检测，其步骤繁琐，效率低。
现有的液相芯片检测系统中，主要是通过微球多排连续地通过宽微流通道，使用多台ccd或cmos或光谱成像摄取不同波长的荧光，通过高分辨率图像采集卡对图像进行处理及图像处理软件对图像数据进行分析。
上述技术方案中均存在以下缺陷：
1、宽微流通道使微球多排连续通过检测区域，发射光会有重叠，对检测结果容易造成干扰，大大降低了检测的灵敏度和精度。
2、通过高分辨率采集卡获取cmos或ccd等成像设备检测到的图像数据，并通过计算机进行处理分析，其空间结构复杂，对计算机硬件要求高，算法处理复杂，检测效率低，成本高。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素：
针对现在技术的问题，本发明的目在于提供一种基于量子点的液相芯片检测系统及方法，旨在解决采用多排微球经过检测区域时重叠的发射光会影响检测结果的精准性，以及采用cmos或ccd成像设备来检测造成硬件设施要求高、算法复杂难实现的技术问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案如下：
一种基于量子点的液相芯片检测系统，其中，包括液相芯片、鞘流形成模块、荧光激发光源、光学信号检测装置以及电路模块；其中，所述液相芯片为经过化学修饰的量子点编码荧光微球，用于偶联待测样品及其报告荧光分子；所述鞘流形成模块包括流动室，所述流动室上设置有微流通道，还设置有用于注入鞘液(在流动室内形成鞘流体)的鞘流管路以及用于注入液相芯片的样品管路，所述鞘流体和液相芯片在所述流动室内形成层流状态，以单行直线流动依次通过微流通道，并经过光学信号检测装置进行检测，获取荧光信号；
所述电路模块包括微处理器以及信号处理电路。
所述基于量子点的液相芯片检测系统，其中，所述光学信号检测装置包括荧光激发光源、聚光镜、分光镜、第一滤光片、第二滤光片、光电池以及光电倍增管；所述荧光激发光源通过聚光镜激发微流通道中的液相芯片，使量子点编码荧光微球和待测样品分别产生荧光信号；所述分光镜呈45°设置，用于将荧光信号折射至第一滤光片和第二滤光片中；所述光电池通过第一滤光片接收量子点编码荧光微球的编码荧光信号；所述光电倍增管通过第二滤光片接收待测样品的报告荧光信号。
所述基于量子点的液相芯片检测系统，其中，所述液相芯片中，量子点编码荧光微球的直径为0.2～20um。
所述基于量子点的液相芯片检测系统，其中，所述液相芯片中，量子点编码荧光微球的发射波长为480～685nm。
所述基于量子点的液相芯片检测系统，其中，所述微流通道为单微流通道，其宽度为0.2-3mm。
所述基于量子点的液相芯片检测系统，其中，所述微流通道采用石英材料制成。
所述基于量子点的液相芯片检测系统，其中，所述荧光激发光源为激光器。
一种基于量子点的液相芯片检测方法，其中，包括以下步骤：
a、在鞘流形成模块中：通过鞘流管路加入鞘液，并通过样品管路加入偶联有待测样品及其报告荧光分子的液相芯片，使鞘液所形成的鞘流体与液相芯片在流动室内形成层流状态，以单行直线流动依次经过光学信号检测装置；
b、在光学信号检测装置中：通过荧光激发光源激发液相芯片，使量子点编码荧光微球产生编码荧光信号，使待测样品产生报告荧光信号；并将编码荧光信号和报告荧光信号转换为电信号；
c、在电路模块中：信号处理电路通过放大电信号，并经模拟数字转换电路发送至微处理器中进行处理，获取待测样品的种类和浓度值。
有益效果：本发明采用单束激光同时激发量子点编码微球荧光和目的分子的报告荧光，大大降低的了光学系统的复杂性；鞘液注射器(用于加入鞘液，并在流动室中形成鞘流体)和加样注射器(用于加入偶联待测样品的液相芯片)按一定速度比使得液相芯片和鞘流体在流动室内以层流状态依次单个通过激光检测区域，速度可达0.5ul每秒，每秒通过几千到上万个微球，使得检测结果更加准确，报告荧光不容易重叠；并且本发明仅通过微控制器处理荧光信号即可获得数据，减小工作量，避免后续复杂的计算机硬件要求，有效降低设备成本，具有极高的实用性和应用前景。
附图说明
图1是本发明所述基于量子点的液相芯片检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供一种基于量子点的液相芯片检测系统，其包括液相芯片、鞘流形成模块、荧光激发光源、光学信号检测装置以及电路模块。本发明所述液相芯片检测系统通过量子点技术，采用单束激光同时激发量子点编码荧光微球以及待测样品(目的分子)，使二者产生荧光信号，并通过电路模块(本发明中为微处理器及信号处理电路)进行处理，将荧光信号转换为电信号，从而快速检测出待测样品的种类和数量。
本发明所述液相芯片检测系统的改进点有二：一是采用单微流通道103，以层流状形式依次逐个通过偶联有待测样品及其报告分子的液相芯片，减少对检测结果的干扰，有效提高检测的灵敏度和精准度；二是采用微处理器及信号处理电路作为电路模块对获取的荧光信号数据进行处理，其结构简单易实现，有效降低了设备成本。
具体地，本发明所述液相芯片为经过化学修饰的量子点编码荧光微球，用于包埋待测样品。更具体地，所述量子点编码荧光微球的直径为0.2～20um，其发射波长为480～685nm。量子点由于具有荧光稳定、激发光谱宽、发射光谱窄的特点，因此本发明采用在微球中包埋量子点，制成量子点编码荧光微球，只需采用一束光源同时激发微球的编码荧光和报告荧光，即可检测出量子点编码荧光微球以及待测样品的荧光信号。
在本实施例中，所述鞘流形成模块包括流动室10，与流动室10连接的微流通道103。所述微流通道103采用石英材料制成。所述流动室10用于聚焦鞘流体内的待测样品(偶联在液相芯片中)，所述流动室10上还设置有用于注入鞘液的鞘流管路101以及用于注入液相芯片(偶联有待测样品及其报告荧光分子)的样品管路102。鞘流体夹住或包围液相芯片，使其在流动的方向上逐渐变细至微球直径大小，并在所述流动室10内形成层流状态，以单行直线流动依次通过微流通道103，并经过光学信号检测装置进行检测，获取荧光信号。
本发明实施例中采用注射器推进装置来注入鞘液和待测样品，另外其也可以通过气压装置来代替注射器推进装置，气压装置的推进效果较为稳定，可以达到均匀产生鞘液的效果。优选地，本发明实施例可以通过液路控制装置控制各个阀门开关及两个注射器推进装置的电机运动速度与时间，根据流体聚焦原理产生20um左右鞘液(在流动室内形成鞘流体)包裹的样品流(偶联有待测样品的液相芯片)，此时鞘液和样品流均处于稳定的层流状态，经修饰的量子点编码荧光微球捕获的待测样品成单行直线流动依次传送到微流通道103中进行检测。
在本实施例中，所述微流通道103为单微流通道103，其宽度为0.2-3mm，在同一时间内每个横截面积单位通过的液相芯片个数为1个，这样可以有效避免荧光信号的重叠，增加检测的精准性。
进一步地，本发明所述光学信号检测装置包括两个检测内容：量子点编码微球荧光的荧光信号检测和待测样品的荧光信号检测。具体地，包括荧光激发光源、聚光镜21、分光镜22、第一滤光片24、第二滤光片23、光电池26以及光电倍增管25。所述荧光激发光源通过聚光镜21激发微流通道103中的液相芯片，使量子点编码荧光微球和待测样品分别产生荧光信号；所述分光镜22呈45°设置，用于将荧光信号折射至第一滤光片24和第二滤光片23中；所述光电池26通过第一滤光片24接收量子点编码荧光微球的荧光信号；所述光电倍增管25通过第二滤光片23接收待测样品的荧光信号。
在上述实施例中，荧光激发光源选用激光器20，例如半导体激光器20，其在体积大小、价格、冷却方式和预热时间占优势。另外由于鞘流体流速比较快，量子点编码荧光微球和待测样品中被激发的荧光信号强弱与被照射的时间和激发光的强度有直接关系，因此待测样品需要足够的光照强度来产生足够强度的荧光信号。半导体激光作为一种相干光源，能够提供单一波长、高强度及稳定的光照，保证聚焦照射到与待测物偶联的量子点微球上，因此本发明采用半导体激光器作为荧光信号的激发装置。
另外，本发明中所述电路模块为微控制器及信号处理电路，包括光电池26以及光电倍增管25，通过将检测到的荧光信号转换为电信号，从而计算出待测样品的种类和浓度。其实现过程如下：半导体激光器20产生激光，在流动室10内的鞘流体和液相芯片形成层流状态(单层状态)，并向前流动依次单个通过单微流通道103，激光经过聚光镜21聚焦并激发单微流通道103中的液相芯片产生荧光信号，再通过45°倾斜角度设置的分光镜22将其分成两路荧光信号：其一为量子点编码荧光微球的编码荧光信号，通过所述第一滤光片24发射至光电池26中进行处理；其二为待测样品的报告荧光信号，通过所述第二滤光片23发射至光电倍增管25(pmt)中进行处理，将光学信号(即荧光信号)转换为电流信号(约为ua级)，并且电流信号经过电流-电压转换处理，将两路荧光信号的强度转换成对应电压值的大小，输入到模拟数字转换电路中，实现对待测样品的定量和定性检测，检测出待测样品的种类和浓度值。
另外，本发明还提供一种基于量子点的液相芯片检测方法，其包括以下步骤：
a、在鞘流形成模块中：通过鞘流管路加入鞘液，并通过样品管路加入偶联有待测样品及其报告荧光分子的液相芯片，使鞘液所形成的鞘流体与液相芯片在流动室内形成层流状态，以单行直线流动依次经过光学信号检测装置。
b、在光学信号检测装置中：通过荧光激发光源激发液相芯片，使量子点编码荧光微球产生编码荧光信号，使待测样品产生报告荧光信号；并将编码荧光信号和报告荧光信号转换为电信号。
c、在电路模块中：信号处理电路通过放大电信号，并经模拟数字转换电路发送至微处理器中进行处理，获取待测样品的种类和浓度值。
本发明所述基于量子点的液相芯片检测方法的操作过程与所述液相芯片检测系统的检测步骤相同，在此不再赘述。
综上所述，本发明所述一种基于量子点的液相芯片检测系统及方法，其利用量子点激发光谱宽、发射光谱窄、荧光强度强、稳定性好等优良的荧光特性，使样品流在鞘液带动下单行稳定快速地通过光学信号检测装置，并采用单束激光激发量子点编码荧光微球和待测样品的荧光信号，其中光电池收集量子点编码荧光微球的编码荧光信号，光电倍增管收集待测样品的报告荧光信号，进而实现对待测样品的定性和定量检测。本发所述系统结构简单易实现，其具有精准性高、灵敏度高和成本低的特点，可用于肿瘤标志物检测、过敏原筛查、感染性疾病检测等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。