高功率发光二极管诱导荧光微流控芯片分析小型化检测器的研制

以高功率发光二极管（LED）为激发光源,研制了一种新型的小型化LED诱导荧光检测器,用于微流控芯片分析检测。利用MOS管的压控恒流原理,设计恒流驱动电路,使高功率LED发光稳定。通过设计和制造光学结构,成功将LED的发散光聚焦成约3.5mm×0.3mm的线状光束,可方便地与微流控芯片中的微通道对准,避免了复杂的机械校准结构。光学系统体积大大减少,约为9.5cm×4cm×17cm。用荧光染料NBD和高密度脂蛋白评价该体系的性能,结果表明LED激发光源稳定,检测器重复性好;样品峰形良好,可用于微芯片毛细管电泳分析检测。基本实现了LED诱导荧光检测器的微型化。     

微流控细胞芯片LED诱导透射式荧光检测微系统

构建了用于微流控细胞分析芯片的发光二极管(LED)诱导透射式荧光检测微系统,以克服现有荧光检测系统体积大、能耗高,以及激发光光路、检测区域和荧光收集光路间光学耦合效率低等问题。该系统的激发光光路和荧光收集光路互成135°,LED发出的激发光经透镜聚焦和激发光滤色片滤光后,经直径为200μm的小孔光阑限束,然后投射到微流控芯片通道末端的检测区域;产生的荧光及杂散光经加工后置于微流控芯片底部的发射光高通干涉滤色薄膜后,被光电倍增管收集。以HepG2肝癌细胞为测试样本对该荧光检测微系统的有效性进行了评测,结果显示:当LED工作电流为200mA,PMT控制电压为3.5V时,可产生与背景噪声明显区分的峰值信号;用250s观测时间得到了8个平均峰高为0.7V的峰值信号,与荧光显微镜观察结果一致,实现了细胞的在线计数检测功能。提出的系统为新型微全细胞分析提供了一种新的技术途径。     

集成毛细管电泳芯片（微流控芯片）系统中检测器研究和应用

系统地介绍了目前国内外集成细管电泳芯片（微流控芯片）高灵敏检测技术的发展概况,重点讨论了激光诱导荧光,化学发光,电化学检测和质谱等检测技术在微流控芯片中的应用,以及芯片检测技术所面临的微型化,集成化,高通量以及接口设计等关键问题。     

光纤嵌入式激光诱导荧光检测系统研究

针对传统的激光诱导荧光检测系统难于实现微型化和集成化的缺点,本文设计并组装了光纤嵌入式激光诱导荧光检测系统,从检测距离、分离电压和样品浓度几个方面分析了系统的性能.实验结果表明,该系统具有结构紧凑、操作方便、灵敏度较高等优点.     

双波长线斑激光诱导荧光检测器的研制

采用正交型结构,研制了一种实用型高效液相色谱激光诱导荧光检测器(HPLC-LIFD),光源为532nm和405nm的线型光斑双波长半导体泵浦固体激光器.设计了一种用于LIFD的柱形石英荧光检测池,池体积为8μL.以罗丹明B和荧光素为样品评价体系的性能.罗丹明B的检出限为5.0×106g/L (S/N＞3),峰高RSD为5.1％;荧光素的检出限为8.0×10-6g/L(S/N＞3),峰高RSD为3.4％.测试结果表明该检测器达到设计要求,有良好的实用性.     

三维培养结肠癌细胞的微流控芯片荧光成像研究

改良了一种微流控芯片,可用于对结肠癌细胞进行三维培养并实现实时荧光成像。在结肠癌细胞内植入内源性的红色荧光蛋白,使用激光共聚焦显微镜对芯片中三维培养的细胞进行成像。通过细胞内部红色荧光蛋白的表达,可以观测到细胞的生长状态,实现对细胞的实时监测和高分辨率荧光成像。同时,通过免疫荧光染色来表征反映细胞活性的特征蛋白,其荧光强度和蛋白表达呈正相关。研究结果提示,细胞活性相关蛋白的表达受到微环境的影响,其在芯片三维培养中的活性强于二维培养,表明芯片内环境更加接近真实的人体微环境。该方法为进一步探究肿瘤细胞转移机制及相关药物的筛选研究提供了一种新的技术手段及实验平台。     

新型激光诱导荧光检测器的研制及评价

采用成本低、灵敏度高的反射式Z-型检测池,成功研制新型473nm固体激光诱导荧光检测器(LIFD)。用荧光物质异硫氰酸荧光素(FITC)标准品评价检测器性能,其灵敏度高,最低检测浓度为1×10-12mol/L(S/N=15),线性范围超过4个数量级。进一步使用FITC衍生化苯胺、对甲苯胺、对氯苯胺、联苯胺、对苯二胺等5种物质,评价该检测器,最小检测量达到pg级,重现性好,5种物质保留时间RSD值均小于1%(n=7)。说明该检测器具有灵敏度高、稳定性好、线性范围宽等特点,适用于环境与生物领域痕量物质检测。     

半导体泵-固体激光诱导荧光检测器的研制

以发射波长为473 nm的半导体泵固体激光器为激发光源,采用共聚焦光学结构,研制了一种小型模块式激光诱导荧光检测器.以异硫氰酸荧光素为荧光探针,用固定式柱上检测卡槽固定毛细管,用在100 μm i.d.的毛细管电泳柱评价该体系的浓度检出限为5×10-11 mol/L,在0.5 nM～50 nM之间线性关系为R=0.9996.如果将被测毛细管安装在X-Y光学平台上,则检出下限为1×10-11 mol/L.利用该系统考察了实际样品中核黄素的检测,获得较好的结果.     

荧光编码微球—流式细胞和生化分析技术及其最新发展

简述了流式细胞术的发展历史和工作原理.对该技术与荧光编码微球技术相结合而发展起来的高通量细胞和生化分析技术及其最新发展作了评述.流式细胞术是一种对流动液体中排成单列的细胞逐个进行检测的技术,通过检测得到相应细胞的光散射和荧光信号,进而测定细胞的大小、形状、DNA、RNA、表面受体、酶活性、膜通透性和钙流量等,在癌症和爱滋病研究、新药开发、干细胞和基因治疗、遗传学、家畜性别选择、农作物新品种开发等方面都有广泛应用.采用顺序进样技术,则可不必加压而实现少量样品的自动分析和作亚秒水平分子相互作用的动力学测量.将该技术与近年发展起来的荧光染料编码微球技术相结合,则成为一种可以与生物芯片技术相媲美的多组分同时分析技术.采用微流控芯片技术和发光半导体量子点编码微球技术,进一步改善了方法的适用性,某些主要性能甚至超过了生物芯片技术,有望从研究实验室逐步进入临床实验室,最终进入病房和寻常百姓家,成为防病、诊断和监护病人的重要手段.     

基于微流控荧光定量PCR的MRSA快速检测技术研究

针对耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)检测的问题,发展一种基于微流控荧光定量PCR的致病菌快速检测新技术。采用光刻法制作了微流控PCR芯片,研制了集成高性能温度控制模块和高灵敏度荧光检测模块的微流控荧光定量PCR分析系统。通过检测特异性基因femA和mecA对MRSA进行快速鉴别。实验结果表明,使用微流控PCR芯片可以成功实现MRSA特异性基因的快速检测,相对传统的管式PCR,芯片使用6μL试剂在56 min完成了MRSA特异基因的检测,不仅节约了反应试剂,而且极大提高了检测速度。该技术可扩展到其他致病菌的检测,具有良好的应用前景。     

基于微流控芯片的乳胶免疫凝集光电检测方法

乳胶免疫凝集技术是一项成熟的医学检测技术,然而传统检测过程中采用的免疫比浊法都是在宏观条件下进行的,该过程检出限较高且耗液量大.为此,提出一种基于微流控芯片的乳胶免疫凝集光电检测方法.针对乳胶免疫凝集实验过程的特点设计了专用微流控芯片,并创建了具有完整乳胶免疫凝集检测过程(包括进样、混合、反应和检测)的自动化系统平台.以类风湿因子在微流控芯片中的免疫凝集检测为例,对微尺度乳胶免疫凝集系统的最佳条件参数进行了测定与优化.实验结果表明,所设计的基于微流控芯片的乳胶免疫凝集光电检测系统对类风湿因子的检出限比宏观尺度免疫凝集法降低了约60％,且试剂用量是传统免疫比浊法的千分之一.     

微流控芯片热压成型机液压系统

提出了微流控芯片热压成型方法。介绍了热压成型的原理,并对微流控芯片热压成型机进行了总体设计。分析了热压成型机的液压系统及其器件选择方法,设计了热压成型机的整体液压回路,对液压系统进行了压力精度控制试验。试验结果表明,该系统控制精度在容许的范围之内。     

高精度微流体多参数液压油检测芯片设计*

在液压系统中,金属磨粒是影响液压系统正常运转的一个重要指标。所介绍的芯片是一种环形流道,基于电感电容原理的微流体油液金属颗粒计数器,当液压油中的磨粒、气泡和水滴流经空间微螺线管时引起了磁通量变化或介电常数的变化。用电感检测方法,在2 MHz的激励频率下使用27匝线圈能检测到30μm铁颗粒和110μm铜颗粒;用电容检测方法在1.3 MHz的激励频率下能检测到100μm的水滴和180μm的气泡。铁的检测精度明显提高,其余在原有的检测精度基础上提高了信噪比,同时增大了流道直径,检测液压油的通量变大,提高了检测颗粒的效率。改进后的芯片具有良好的实际应用价值与广阔的发展前景。     

CD-like全血分析芯片内压缩空气的定量泵送

为了克服离心式微流控芯片上血清提取对虹吸管亲水性的依赖,保证离心式微流控芯片功能的稳定性和可靠性,在芯片上设计了连接于血液分离腔的压缩空气腔,实现了高转速下血液的分离。基于压缩空气的辅助作用,并通过转速降低导致压缩空气腔内所储存气体压强的释放对血清的泵送作用,实现了离心式微流控芯片上血清的定量提取。基于等温气体的热力学平衡理论,分析了压缩空气腔压缩体积和虹吸管内液面位置与电机转速之间的关系,给出了基于压缩空气辅助作用的离心式血清提取结构的设计规律。以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)为基材,采用CO2激光加工工艺,制作了离心式血清提取芯片,并测试了不同转速下被压缩气体的体积和血清液面在虹吸管中的位置。实验结果表明:转速为4000r/min时,空气的被压缩量为8.7μL,虹吸管能有效抑制全血溢出以防止全血进入血清提取腔;当转速降为1000r/min时,压缩气体所储存压强得到释放,克服了离心力,并驱动血清流过虹吸管最高点,进而实现血清的定量提取。     

微流控芯片光学检测系统集成化新进展

微流控芯片是微全分析系统(μTAS)中当前最活跃的领域和发展前沿。目前人们在微流控芯片的研究中已经取得了很大的进展,研制出了多种微型化、集成化的芯片。相比之下,与微流控芯片配套的高灵敏度微型光学检测系统的研制却相对落后。介绍了分别基于CMOS、垂直腔面发射激光器(VCSEL)和微型雪崩光电二极管(μAPD)来实现光学检测系统与微流控芯片集成化的方法。     

微流控芯片操作机器人碰撞保护装置的设计

从避免芯片操作机器人与外界环境碰撞的角度进行了安全性设计研究.设计了一种能够感知碰撞发生信号,基于继电器和电磁制动器实现机器人保护的碰撞保护装置,计算分析了本装置对芯片操作机器人定位精度的影响.实验表明,此装置能够精密控制前冲惯性位移＜1 mm,适应性强,不影响操作机器人定位精度,有利于提高微流控芯片自动化制造系统的安全性和自动化水平.     

DNA芯片的CCD荧光检测

为了有效地提取DNA芯片的信息,叙述了DNA芯片的CCD荧光检测的原理及自行设计的检测系统。系统由CCD摄像机、荧光成像光学系统、图像采集卡等组成。利用高压汞灯作为光源,窄带滤色片作为激发波段和荧光截止滤波片,从而保证荧光分辨力和测量范围。通过CCD摄像机和图像采集卡进行图像采集,并对获取的图像进行处理。试验结果有效地获得了杂交后基因点位的关键特征的数据。