專利名稱：用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測裝置，特別是關于一種采用有機發光二極管(OLED)作為光源的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置。
背景技術：
隨著科學技術的進步，分析儀器和分析科學也正經歷著深刻的變革，其中一個日益明顯的發展趨勢就是化學分析設備的微型化、集成化和便攜化。微全分析系統(Micro total analysis systems，μ-TAS)的概念是90年代初提出的，其目的是通過化學分析設備的微型化與集成化，最大限度地把分析實驗室的功能轉移到便攜的分析設備中，甚至集成到方寸大小的芯片上，因此也被稱為芯片實驗室(Lab-on-a-chip)，其中的技術難關之一就是如何將包括檢測器在內的諸多設備一并微型化、集成化。
目前，用于微流控芯片的檢測器主要有激光誘導熒光(LIF)、電化學、化學發光、分子光譜、質譜等。其中激光誘導熒光檢測是在微流控系統中應用最早，并且至今仍然應用較多的檢測手段，也是目前在商品化微流控芯片分析系統中唯一被采用的檢測器。但是傳統的LIF檢測系統通常存在體積龐大，價格昂貴，功耗較高的缺點，不適用于微流控芯片系統。
為了開發體積小、便于攜帶、價格低廉的用于微流控芯片系統的LIF檢測器，國內東北大學方肇倫先生領導的研究小組采用635nm小型半導體激光器作為激發光源，在很大程度上降低了體積和成本，但是由于與通常的LIF系統一樣在光源與檢測器之間需要加入棱鏡、透鏡等光學元件，距離集成化仍有相當距離。半導體發光二極管(LED)是另一種激發光源，其體積更小，價格更低廉，可以簡化檢測器的結構，降低檢測器的成本。Burns等研究人員在單晶硅片上制作了硅光電二極管光檢測元件，并鍍上濾光膜，采用藍色發光二極管作為激發光源對DNA物質進行了熒光檢測。Webster等也報道了一種集成在芯片上的LED熒光檢測技術，實現了DNA限制片段的分離檢測。上述微流控芯片雖然在很大程度上降低了系統的體積，但是作為光源的發光二極管仍然沒有被集成在芯片系統中，而且還存在加工精度高，工藝復雜，成本較高的缺點。
有機發光二極管(OLED)是基于有機材料的一種電流型半導體發光器件，目前主要用于屏幕顯示器、指示燈、儀器儀表等領域，和無機薄膜電致發光器件不同，OLED主要依賴于發光層中形成的激子發光。激子受束縛的電子空穴對，分別從ITO陽極和金屬電極注入的空穴和電子相遇而成。當激子去激復合時，就會產生可見光。根據發光材料的不同，OLED又可以分成三類小分子OLED，聚合物OLED(也被稱為PLED)和鑭系有機金屬OLED(也叫稀土OLED)。將OLED用于分析儀器的檢測器的研究工作僅剛剛開始，與此相關報道只有2004年4月英國倫敦皇家學院的DeMello等在Lab on a chip上面報道的以聚合物OLED為光源的微流熒光檢測系統的工作。他們制作的聚芴基PLED結構光源面積約40μm×1000μm，最大發射波長為488nm，PLED光源緊貼微流控芯片，沒有采用任何光學元件，光源距離微通道距離為2mm。激發產生的熒光信號由一套簡單的共焦系統(包括一個針孔和顯微物鏡)經發射光濾光片傳送到雪崩二極管檢測器中轉換為電信號，再由鎖相放大器將信號放大處理，由計算機記錄下來。他們用該系統分離并檢測了熒光素和5-羧基熒光素兩種熒光染料。該系統由于沒有對激發光進行濾光處理，光源發出的光譜比較寬，一部分雜散的激發光會通過檢測器，很大程度上影響了檢測靈敏度，為了提高系統的靈敏度而不得不采用鎖相放大器這類價格昂貴的信號放大處理系統，使得該系統的成本高昂。另外，該系統所使用的聚芴基PLED光源不但價格昂貴，且外界無法得到，使得該系統無法推廣使用。
發明內容
本發明的主要目的是提供一種可簡化儀器結構，減小儀器體積，降低成本，并能進一步提高系統檢測靈敏度的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置。
為達到上述目的，本發明采取以下技術方案一種用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，它包括依序設置的激發光源、針孔、微流控芯片底片、微流控芯片、發射光濾光片、高壓電源和計算機控制系統，其特征在于所述激發光源采用小分子有機發光二極管，在所述激發光源與所述針孔之間設置超薄的激發光濾光片，在所述微流控芯片與發射光濾光片之間設置套環和設置在所述套環內的光纖，在所述發射光濾光片的頂部設置光電倍增管。
所述激發光源包括一玻璃基片，在所述玻璃基片的表面設置有銦-錫氧化物陽極，在所述陽極表面鍍設構成納米級空穴傳入層和電子傳輸層的有機物，在所述電子傳輸層表面鍍設金屬陰極，所述陰極表面設置與所述玻璃基片封裝的玻璃蓋片。
所述激發光濾光片的厚度小于400μm。
所述激發光濾光片的厚度為300μm。
所述光源到所述微流控芯片上通道的距離為1mm。
所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
本發明由于采取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明采用小分子OLED作為激發光源，代替原來的氬離子激光器和半導體激光器，使儀器體積大大減小。不必采用二向棱鏡、透鏡組等光學器件和結構，大大簡化了儀器結構。2、與現有的PLED系統相比，本發明采用了厚度僅為300μm左右的超薄激發濾光片，一方面將激發光中覆蓋熒光區域的雜散光濾掉，有效地提高了儀器的檢測靈敏度；另一方面盡量縮小光源與微通道之間的距離，進一步縮小了儀器的體積。3、由于本發明采用了超薄激發濾光片，而不必采用鎖相放大器這類價格昂貴的信號放大處理系統，使本發明的成本得到進一步降低。
圖1是本發明的結構分解示意2是本發明安裝后的剖面示意3是本發明使用的有機發光二極管(OLED)的結構示意4是激發濾光片對OLED發射譜線的影響效果5是本發明第一實施例的檢測結果6是本發明第二實施例的檢測結果圖具體實施方法下面結合實施例并配合附圖對本發明進行詳細說明。
如圖1、圖2所示，本發明包括光源1、激發光濾光片2、針孔3、微流控芯片底片4、微流控芯片5、套環6、光纖7、濾光片8、光電倍增管9、高壓電源10和計算機11。
如圖3所示，本發明采用小分子OLED作為光源1，其包括一采用標準光刻技術制成的玻璃基片12，在玻璃基片12上設置有ITO陽極13，在ITO陽極13上鍍有兩層采用真空鍍膜技術鍍上的有機物鍍層，構成納米級的空穴傳入層14和電子傳輸層15，在電子傳輸層15的上表面還鍍設有金屬陰極16，在金屬陰極16與ITO陽極13之間設有一可調直流電源DC供電，當ITO陽極13和金屬陰極16注入的空穴和電子在空穴傳入層14和電子傳輸層15相遇，激子去激復合時，便產生了可見光。最后用一玻璃蓋片17進行封裝，構成OLED平板式光源1。光源1的體積大小與微流控芯片5相當，并且呈平板狀易于與微流控芯片5進行集成化。當可調直流電源輸出的4.5～12V直流電壓加在ITO陽極13和金屬陰極16之間時，光源1即可發出相應波長和一定強度的激發光，用于熒光檢測。根據光源1的ITO陽極13上鍍設的不同的有機物，可以制成發出綠光、紅光、藍光和紫外光的光源1。本發明用小分子OLED平板光源1代替原來的氬離子激光器和半導體激光器，可以使儀器體積大大減小。由于本發明采用的小分子OLED光源容易得到，且價格較為低廉，所以本發明利于推廣使用，具有較好的實用性。
如圖1所示，本發明在光源1與微流控芯片底片4之間依序設有300μm厚的超薄的激發光濾光片2和板厚12μm的針孔3，激發光濾光片2可以將光源1發出的激發光中覆蓋檢測區域的雜散光濾掉，針孔3則可限制光源1在微流控芯片5的通道上的光斑大小。微流控芯片底片4的厚度僅為100μm，可以采用任何透明基質材料構成，如玻璃或PDMS(聚二甲氧基硅烷)、PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)等高聚物材料，并采用標準光刻和軟刻蝕技術加工制成。微流控芯片5的上方設置有光纖7，光纖7通過套環6對準微流控芯片5上的通道并固定在上面。在光纖7的另一端設置有發射光濾光片8和光電倍增管9，經過微流控芯片5的激發光產生的熒光信號由光纖7經發射濾光片8過濾后被光電倍增管9接收并放大，最后傳輸至計算機11，由計算機11記錄并進行數據處理。高壓電源10的四路輸出端口分別與微流控芯片5上的樣品池和緩沖溶液池連接，高壓電源10另一端的COM接口與計算機11連接，用來控制微流控芯片5上的電泳進樣及分離操作。
本發明設置了厚度僅為300μm厚的超薄激發光濾光片2來去除激發光源1中的雜散光(如圖4所示)，圖中左側縱坐標為光源1的發射光強，右側縱坐標為濾光片透過率。激發光濾光片2的透射光譜a從555nm處開始截止，而發射光濾光片8的透射光譜b約從560nm處開始通過。光源1不經任何濾光處理的發射譜線為c，其中約1/4光譜覆蓋發射區域，可以通過發射光濾光片8對熒光檢測結果產生干擾。在光源1與微流控芯片5之間加上激發光濾光片2可以將這部分雜散光濾掉，激發光濾光片2的厚度在400μm以下，越薄越好。由圖中經激發光濾光片2過濾后的激發光發射譜線d可知，增加激發光濾光片2可以提高系統的靈敏度。因此，激發光濾光片2一方面可以將激發光中覆蓋熒光區域的雜散光濾掉，另一方面盡量縮小光源與微通道的距離，提高系統的檢測靈敏度，使得從光源1到微流控芯片5上通道的距離只有1mm。
下面以綠光光源為例對進行詳細說明。
實例1以不同濃度的Alexa532染料作為樣品，以4％線形聚丙烯酰胺(LPA)，1×TBE(89mM Tris，89mM硼酸，2mM EDTA，pH8.3)為緩沖溶液，在微流控芯片中電泳分離，采用本發明進行檢測，以考查本發明的靈敏度。操作前將微流控芯片通道用去離子水反復沖洗干凈，充滿經超聲去氣的緩沖溶液，向圖1中緩沖溶液池B，緩沖廢液池BW和樣品廢液池SW中分別加5μL緩沖溶液，向樣品池S中加相同量的樣品溶液，在反向電壓下進樣、分離并檢測，其電場強度分別為250V/cm和470V/cm，得到的檢測結果(如圖5所示)。對于Alexa532染料，得到的最低檢測濃度為7μM，進樣體積約0.7nL熒光信號強度從7μM到280μM隨濃度增加得到較好的線性關系，當濃度繼續增大時發生偏離朗伯-比爾曲線的現象。
實例2將本發明用于微流控芯片上電泳分離并檢測蛋白質樣品。向45μL濃度為20mg/mL牛血清白蛋白(BSA)中加入5μL10mg/mLAlexa532染料，室溫下震蕩1小時，4℃下反應過夜。以未作進一步純化的上述Alexa532標記的蛋白為樣品，用緩沖溶液稀釋10倍后，在微流控芯片上進行電泳分離并采用該系統進行檢測，得到的電泳分離譜圖(如圖6所示)。其中前面兩個電泳峰e、f是未反應的Alexa532染料譜峰，后兩個電泳峰j、h是BSA與染料結合產物，電泳條件和緩沖溶液與實例1一致。
通過上述實例，說明以OLED為光源的微型化的微流控芯片熒光檢測系統不但能夠像激光誘導熒光檢測器一樣被用于生物樣品的分離檢測，而且本發明沒有采用二向棱鏡、透鏡組等光學器件和結構，大大簡化了儀器結構，使本發明的體積得以減小，實現了檢測系統的微型化，并可提高系統的檢測靈敏度及降低成本。
權利要求
1.一種用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，它包括依序設置的激發光源、針孔、微流控芯片底片、微流控芯片、發射光濾光片、高壓電源和計算機控制系統，其特征在于所述激發光源采用小分子有機發光二極管，在所述激發光源與所述針孔之間設置超薄的激發光濾光片，在所述微流控芯片與發射光濾光片之間設置套環和設置在所述套環內的光纖，在所述發射光濾光片的頂部設置光電倍增管。
2.如權利要求1所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述激發光源包括一玻璃基片，在所述玻璃基片的表面設置有銦-錫氧化物陽極，在所述陽極表面鍍設構成納米級空穴傳入層和電子傳輸層的有機物，在所述電子傳輸層表面鍍設金屬陰極，所述陰極表面設置與所述玻璃基片封裝的玻璃蓋片。
3.如權利要求1所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述激發光濾光片的厚度小于400μm。
4.如權利要求2所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述激發光濾光片的厚度小于400μm。
5.如權利要求3或4所述用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述激發光濾光片的厚度為300μm。
6.如權利要求1或2或3或4所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述光源到所述微流控芯片上通道的距離為1mm。
7.如權利要求5所述用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述光源到所述微流控芯片通道的距離為1mm。
8.如權利要求1或2或3或4或7所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
9.如權利要求5所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
10.如權利要求6所述的用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，其特征在于所述微流控芯片底片的厚度為100μm，且所述微流控芯片采用玻璃或高聚物材料聚二甲氧基硅烷、聚甲基丙烯酸甲酯中的一種。
全文摘要
本發明涉及一種用于微流控芯片系統的熒光檢測裝置，它包括依序設置的激發光源、針孔、微流控芯片底片、微流控芯片、發射光濾光片、高壓電源和計算機控制系統，其特征在于所述激發光源采用小分子有機發光二極管，在所述激發光源與所述針孔之間設置超薄的激發光濾光片，在所述微流控芯片與發射光濾光片之間設置套環和設置在所述套環內的光纖，在所述發射光濾光片的頂部設置光電倍增管。本發明可以將激發光中覆蓋熒光區域的雜散光濾掉，有效地提高了儀器的檢測靈敏度，盡量縮小光源與微通道之間的距離，進一步縮小了儀器的體積，降低成本。
文檔編號H01L51/50GK1865932SQ20051007097
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月19日 優先權日2005年5月19日
發明者羅國安, 姚波, 王立鐸, 陳令新, 王義明, 邱勇 申請人:清華大學