傳統(tǒng)的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)系統(tǒng)總體上存在體積過(guò)大、系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格昂貴等局限性，不能滿足微流控芯片分析系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

與傳統(tǒng)的分析系統(tǒng)相比，目前對(duì)于微流控芯片檢測(cè)裝置的要求更趨于操作簡(jiǎn)單、使用方便、便于攜帶的小型儀器。微流控芯片的檢測(cè)裝置要求更高的靈敏度和更快的響應(yīng)速度。用于微流控芯片的檢測(cè)裝置主要有：紫外吸收檢測(cè)法、化學(xué)發(fā)光檢測(cè)法、電化學(xué)檢測(cè)法以及熒光檢測(cè)法。

本研究旨在設(shè)計(jì)一套操作簡(jiǎn)單、性能可靠的熒光檢測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于微流控芯片的全波長(zhǎng)實(shí)時(shí)熒光檢測(cè)。

·系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

圖1 檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由一臺(tái)鹵鎢燈、兩根光纖、微流控芯片、一臺(tái)光譜儀以及PC上位機(jī)組成。

圖2 硬件組合安裝方式

硬件組合安裝方式見圖2。通過(guò)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，將激發(fā)光纖和探測(cè)光纖成110度的夾角放置時(shí)，激發(fā)光能透過(guò)微流控芯片的硅膠層順利激發(fā)芯片內(nèi)熒光物質(zhì)，且此時(shí)激發(fā)光對(duì)熒光檢測(cè)的影響小。再通過(guò)軟件層面的算法操作便可*消除激發(fā)光和微流控芯片的背景光影響。因此這種鹵鎢燈和光譜儀結(jié)合的方式可以滿足絕大多數(shù)熒光物質(zhì)的激發(fā)和探測(cè)要求。

·軟件界面設(shè)計(jì)

上位機(jī)控制軟件是整個(gè)熒光檢測(cè)系統(tǒng)的核心，主要包括硬件連接、光譜儀參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理與顯示以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。本研究基于 LabWindows設(shè)計(jì)了的系統(tǒng)的控制及顯示界面。

圖3 軟件界面

·軟件詳細(xì)設(shè)計(jì)

光譜儀的驅(qū)動(dòng)與參數(shù)設(shè)置，利用Ocean Optics 公司提供的OOIDrv32開發(fā)包進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了USB2000光譜儀的驅(qū)動(dòng)及參數(shù)設(shè)置.

研究同樣對(duì)軟件整體進(jìn)行了性能分析與內(nèi)存優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中軟件運(yùn)行穩(wěn)定流暢，系統(tǒng)控制軟件主程序流程圖見圖4。

圖4 主程序流程圖

·實(shí)驗(yàn)及結(jié)果及分析

系統(tǒng)搭建完成后，基于本系統(tǒng)分別對(duì)微流控芯片中羅丹明B與羅丹明6G兩種溶液的熒光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試性能進(jìn)行驗(yàn)證?；诒鞠到y(tǒng)對(duì)微流控芯片中不同濃度的羅丹明B熒光強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試。

圖5 微流控芯片

·結(jié)果

圖6 羅丹明6G不同濃度熒光強(qiáng)度

圖6為羅丹明6G不同濃度對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度，各個(gè)濃度下熒光強(qiáng)度基本保持恒定。平均值為 552-558 nm波長(zhǎng)熒光強(qiáng)度的平均值。其中1μg/ml 濃度的熒光強(qiáng)度很弱，但依舊可以看出當(dāng)采集點(diǎn)由腔室轉(zhuǎn)到空白區(qū)域時(shí)（14s處），光強(qiáng)數(shù)值有所下降。表明本系統(tǒng)在積分時(shí)間為300 ms的情況下，低可以測(cè)量1μg/ml濃度試劑的熒光，滿足大多數(shù)情況下微流控芯片熒光檢測(cè)的要求。

圖7 羅丹明6G熒光標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖8為各個(gè)濃度下測(cè)得數(shù)據(jù)的平均值擬合的羅丹明6G標(biāo)準(zhǔn)曲線。羅丹明6G熒光的測(cè)定原理：在一定濃度下熒光強(qiáng)度會(huì)隨著濃度的增大而增大，即具有線性關(guān)系。擬合出的標(biāo)準(zhǔn)曲線為y=2.1364x+7.9574、R2=0.995。羅丹明6G濃度梯度熒光實(shí)驗(yàn)表明，本論文研究的系統(tǒng)可靈敏地檢測(cè)到相應(yīng)的濃度變化，且測(cè)量的準(zhǔn)確性較高，已能夠滿足微流控芯片熒光檢測(cè)的使用需求。

·結(jié)論

論文基于LabWindows開發(fā)平臺(tái)，結(jié)合HL2000-FHSA鹵鎢燈光源和USB2000光譜儀研制了一套微流控芯片全波長(zhǎng)實(shí)時(shí)熒光檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)不需要配置相應(yīng)波長(zhǎng)的激發(fā)光和濾光片，集成度高、操作簡(jiǎn)單?？刂瞥绦蚓哂辛己玫姆€(wěn)定及擴(kuò)展性能，并能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以便進(jìn)一步研究。通過(guò)不同熒光物質(zhì)的對(duì)比和濃度梯度實(shí)驗(yàn)，分別驗(yàn)證了系統(tǒng)的檢測(cè)多樣性、精確度、靈敏度、線性度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的可靠性滿足微流控芯片內(nèi)不同熒光物質(zhì)的熒光強(qiáng)度實(shí)時(shí)檢測(cè)的要求，可以為后續(xù)基于微流控芯片的生化免疫分析、藥物分析和多細(xì)胞生命體等研究提供研究基礎(chǔ)和分析手段。本系統(tǒng)的性能以及在微流控芯片熒光檢測(cè)上的有效應(yīng)用還需要大量實(shí)驗(yàn)的進(jìn)一步驗(yàn)證。

原文摘自

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