一种基于微流控芯片粒子捕获式的单粒子散射测量方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学与测量领域，更具体地，涉及一种基于微流控芯片粒子捕获式单粒子散射测量方法。
【背景技术】
[0002]光散射特性作为一种光电探测中一种重要的特性对探测结果的分析有着重要作用，广泛应用于光电探测的多个领域。对于微粒光散射特性的研究有着大量的相关理论与实验，诸如Mie散射理论、T矩阵方法、等相关理论方法能够对微粒表面形状、散射函数分布进行预测分析；与之相对应的微粒散射函数的测量方法也有较多的研究，如动态光散射发、激光诱导可见光法、消光测量法等。另外，许多粒子散射的测量装置和方法针对于群粒子进行，通过对粒子间作用的相关等效，进行群粒子整体散射特性的测量。
[0003]微流控芯片相比于大量化学溶液过程具有很多优势。因其体积小，反应速度快、样本消耗量小、易于做成便携设备用于现场测试。因此，微流控芯片可以在很多应用中高效利用，具体的应用包括临床快速诊断、细胞分析、核酸检测、药物代谢、蛋白质代谢物组学、环境分析、空间探测。具体有ATP探测的相关应用、水体亚硝酸盐磷酸盐金属探测、海水pH监测等应用。其中尤其在生物临床领域，这种技术的应用尤为突出。
[0004]光散射测量方面，有着多种方法。具体诸如动态光散射法、小角前向散射法、角散射法、全散射法等，而目前结合了微流控芯片技术进行粒子散射测量的技术也有着多种手段，基于CCD检测的小角度散射特性的测量，利用光束质量较好的氦氖激光器作为光源，经透镜系统耦合光束到单模光纤中入射球形单粒子中，检测端通过聚焦透镜系统将散射光投射与CCD，以此来进行散射特性测量。
[0005]然而，现有相关技术方法存在一定局限性，主要是针对单粒子的大角度散射、大动态范围内的光散射特性测量方法的不足，本发明针对上述不足，提出了基于微流控芯片的粒子捕获式单粒子散射测量方法。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于测量单粒子在平面内大角度范围的散射场分布，旨在解决原有方案单粒子环境构建问题以及无法进行大角度单粒子散射场测量的缺陷。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种基于微流控芯片粒子捕获式的单粒子散射测量方法，其特征在于，其包括微流控芯片设计制作、测量环境配置、对准、单粒子捕获和单粒子环境构建、单粒子散射测量五个步骤；
[0008](I)微流控芯片设计制作步骤:
[0009](1.1)通过光刻工艺在单晶硅片上制作模板；所述模板上的芯片流道结构为一个开口圆环状流道，所述圆环状流道一端垂直于开口处切线方向延伸出作为输入流道，另一端垂直于开口处切线方向延伸作为输出流道；所述输入流道和所述输出流道平行，在所述输入和所述输出流道平行段之间，设有一个连通管道，使所述输入流道和所述输出流道连通，所述连通管道靠近输入流道端口径较大，靠近所述输出流道端口径较小，用于捕获测量样本的单粒子；流道截面尺寸和形状根据所要测量的单个粒子相适应，所述连通管道中心即为微流控芯片中心；
[0010](1.2)将聚二甲基硅氧烷置入真空皿中，抽真空，静置8-24小时；
[0011](1.3)用所述芯片模板对聚二甲基硅氧烷进行倒模，在50°C以上环境下烤制，直至其固化，得到微流控芯片；
[0012](2)测量环境配置步骤:
[0013](2.1)配置分光光路，用于将输入激光分成主光路和参考光路；所述主光路是粒子散射测量的光路，所述参考光路用于微流控芯片对准以及测量过程中对光源的监测；
[0014](2.2)配置探测组件，所述探测组件包括光电传感器、示波器、显微镜和计算机；连接所述光电传感器输出端和示波器，用于光路辅助调节和测量散射光信号；连接所述显微镜输出端和计算机，用于观察微流控芯片状态；
[0015](3)对准步骤:
[0016](3.1)将激光投射到所述分光光路，通过调节分光光路使主光路和参考光路交会，将比色皿安放在主光路和参考光路交会处，比色皿轴心置于交会点上；安装金属丝于比色皿轴心，将所述探测组件对准比色皿轴心的主光路和参考光路交会处，用于接收金属丝散射光信号；遮挡参考光路，调节所述分光光路的主光路，通过所述探测组件，找出交会点上金属丝散射光信号极大值时主光路空间位置状态并固定；遮挡主光路，调节所述分光光路的参考光路，通过所述探测组件，找出交会点上金属丝散射光信号极大值时参考光路空间位置状态并固定；
[0017](3.2)安装所述微流控芯片到比色皿中，调节微流控芯片空间位置，使其中心处于主光路和参考光路的交会点上，将光电传感器位置固定接收微流控芯片散射光，通过示波器读取主光路上微流控芯片散射光信号读数，找出极大散射值空间位置，将所述微流控芯片中心固定于该极大值位置；
[0018](4)单粒子捕获和单粒子环境构建步骤:
[0019](4.1)通过微流栗，向所述微流控芯片流道栗入去离子水清洁流道；然后注入溶有待测粒子样品的样品溶液，所述样品溶液质量密度为1.08g/cm3，其中加入的样品溶液中待测粒子溶液与样品溶液的体积比为1:100-1:10000 ;
[0020](4.2)通过所述探测组件，观测微流控芯片连接通道中心是否捕获到单个粒子，是则转(4.3)，否则继续栗入溶有待测粒子样品的溶液，直至单个粒子捕获成功；
[0021](4.3)向所述微流控芯片流道和所述比色皿注入折射率匹配液，以淹没微流控芯片为限；所述匹配液由甘油、去离子水混合而成，甘油、去离子水各自所占比例以混合后的液体折射率等于微流控芯片本身折射率为准则；
[0022](5)单粒子散射测量步骤:
[0023](5.1)转动所述探测组件的光电传感器位置，测量主光路上不同光接收角度下探测组件接收到的已捕获单粒子的微流控芯片中心散射光强度，得到光入射角度与示波器接收光强度关系曲线，完成粒子散射分布测量；
[0024](5.2)栗入去离子水清洁流道，移除捕获的单粒子，测量微流控芯片中心散射光强度，得到入射角度与所述光电传感器接收光强度关系曲线，完成粒子背景光散射分布；
[0025](5.3)在各个散射角度下，用粒子散射强度减去背景光散射强度，得到单粒子散射分布O
[0026]进一步的，在所述的单粒子散射测量方法的微流控芯片设计步骤中，输入流道可分为多个子流道，子流道个数所栗入的液体数量相同，以便于不同液体的注入。
[0027]进一步的，所述显微镜为配置了 CCD图像采集系统的电子显微镜，可以将图像信号传输到计算机实时显示。所述对准步骤中，包含了光路位置对准和微流控芯片的位置对准两个方面，中心位置的寻找通过金属丝和定位圆盘配合位置调节装置实现。
[0028]通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于结合了微流控芯片粒子捕获技术，解决了单粒子环境的建立、单粒子捕获方法以及微流控芯片设计等问题，实现了单粒子大角度散射分布的测量。
【附图说明】
[0029]图1是微流控芯片结构图；
[0030]图2是测量系统方法流程图；
[0031]图3是【具体实施方式】系统配置示意图。