微流控芯片高靈敏度激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)的研究及其在集成生化分析系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、近年來,以化學(xué)分析設(shè)備微型化和集成化為目標(biāo)的微流控芯片分析技術(shù)得到了迅速的發(fā)展,其最終目的是通過分析設(shè)備的微型化和集成化,把傳統(tǒng)分析實(shí)驗(yàn)室的功能轉(zhuǎn)移到以一塊微流控芯片為核心的便攜化分析裝置中,從而實(shí)現(xiàn)分析實(shí)驗(yàn)室的“便攜化”和“家用化”。但是在微型化的分析系統(tǒng)上,由于可供檢測的樣品量和檢測區(qū)域體積較傳統(tǒng)分析方法大大下降,因此必須使用高靈敏度的檢測方法來彌補(bǔ)響應(yīng)信號強(qiáng)度的下降。激光誘導(dǎo)熒光檢測技術(shù)由于其檢測靈敏度高、選擇性好和響應(yīng)速度快等優(yōu)

2、點(diǎn),被廣泛使用在微流控芯片分析系統(tǒng)中。 在本工作中,我們介紹了一種簡單的正交型光路結(jié)構(gòu)的微流控芯片高靈敏度激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)。利用經(jīng)拋光后的芯片側(cè)壁作為熒光的采集面,實(shí)現(xiàn)微芯片上的正交型熒光檢測光路,檢測裝置獲得了較高的靈敏度。在實(shí)驗(yàn)中,首次觀察到激發(fā)光的散射強(qiáng)度分布在芯片平面內(nèi)的不同檢測方向上有明顯差異。對此現(xiàn)象,采用實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬手段進(jìn)行了詳細(xì)和深入的研究。通過對芯片側(cè)壁的熒光采集角度的全面優(yōu)化,可顯著降低激發(fā)光的散射對

3、熒光檢測的干擾。實(shí)驗(yàn)中使用熒光素鈉和FITC標(biāo)記的氨基酸作為分析樣品考察系統(tǒng)的檢測性能。系統(tǒng)對電泳分離的熒光素鈉濃度檢測限可達(dá)到1.1 pM(S/N=3),并成功地應(yīng)用于100 pMFITC標(biāo)記的精氨酸和苯丙氨酸混合樣品的電泳分離。本微流控芯片LIF檢測系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成化、檢測靈敏度高和成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。 在后續(xù)的工作中,我們將微流控芯片正交型LIF檢測系統(tǒng)應(yīng)用到流式細(xì)胞分析儀和集成化氨基酸分析儀的研究中。利用基于正交型

4、光路結(jié)構(gòu)的LIF檢測系統(tǒng),成功地研制出一種可同時(shí)檢測細(xì)胞散射光和熒光強(qiáng)度的集成化微流控芯片流式細(xì)胞分析系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)中,使用重力作為微流控芯片上細(xì)胞及微粒鞘流操縱的驅(qū)動力,簡化了驅(qū)動系統(tǒng)。在細(xì)胞的前向小角度(6°)方向檢測前向光強(qiáng)度的變化,實(shí)現(xiàn)了芯片上的細(xì)胞計(jì)數(shù)功能。通過利用芯片側(cè)壁作為散射光和熒光的采集面,實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞的側(cè)向散射光和熒光的同時(shí)檢測；利用散射光在正交平面內(nèi)分布不均勻的現(xiàn)象,對側(cè)向散射光和熒光的檢測分別進(jìn)行了優(yōu)化,提高了檢測信噪

5、比。實(shí)驗(yàn)中使用人血紅細(xì)胞和6μm的熒光微球作為測試樣品考察系統(tǒng)分析性能。系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的最高分析速度約為80 particles/s,熒光檢測系統(tǒng)對熒光素鈉的檢測限為100 pM。該芯片流式細(xì)胞分析系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、檢測靈敏度高和造價(jià)低廉的特點(diǎn)。與此同時(shí),我們還將芯片正交型LIF檢測系統(tǒng)應(yīng)用于集成化氨基酸分析儀的研制工作。通過將毛細(xì)管電泳芯片、電泳高壓電源、正交型LIF檢測及控制顯示等系統(tǒng)集成于一體,成功研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的