一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于生化检测领域，具体涉及一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置及方法，解决了有色化合物的微体积快速检测方法只能进行定性、半定量检测且存在较多假阳性结果，以及利用相机、手机等设备获取显色后待测物质的图片易受外部光源干扰的问题，包括微通道、激光器、光电探测器、全反射镜和计算机，微通道设置在微通道固定平台上，微通道上方设置有与水平面呈45°的全反射镜，全反射镜镜面一侧设置有激光器和光电探测器，激光器呈水平设置，光电探测器连接有计算机以及基于检测装置的检测方法。本发明专利技术利用散射光干涉技术与光热效应结合，实现了显色物质的快速定量检测，涉及的检测方法所需样品体积小且避免了外部环境温度的影响。

Detection device and method based on scattering light photothermal interference biochemical quantitative

The invention belongs to the field of biochemical detection, in particular to a detection device and method based on the biochemical quantitative of light and light heat interference. The rapid detection method for the micro volume of colored compounds can only be qualitative, semi quantitative and there are many false positive results, and the color display can be obtained by using cameras, mobile phones and other equipment. The image of the material is easily disturbed by the external light source, including the microchannel, laser, photodetector, full reflector and computer. The microchannel is set on the microchannel fixed platform. The micro channel is set up with a total reflector with 45 degrees with the horizontal face, and the laser and the photodetector are set on the mirror side of the mirror. The laser is horizontally set up, and the photoelectric detector is connected with a computer and a detection method based on the detection device. The invention combines the scattering light interference technique with the photothermal effect to realize the rapid quantitative detection of the chromogenic substance. The sample is small in volume and avoids the influence of the temperature of the external environment.

【技术实现步骤摘要】
一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置及方法
本专利技术属于生化检测领域，具体涉及一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置及方法。
技术介绍
显色反应是将试样中被测组分转变成有色化合物的化学反应，一般是通过选取适当的试剂，将待测离子转化为有色化合物，根据颜色变化的程度和待测样品之间的关系进行半定量或定量的分析。其中显色反应中常用检测方法主要包括比色法、分光光度法等。比色法虽然操作简单，可用肉眼观察进行半定量的分析，但通常会因为不同检测者生物视觉感官不同而产生误差。因此需进一步借助其他设备如相机或手机等，将检测结果转化为图片颜色信息，该方法的局限性在于容易受到图片采集方式及周围光线的影响，（杨冬冬，张校亮，崔彩娥，谭慷，李晓春，分析测试学报，2015,34(10):1179-1184.）。分光光度法灵敏度高、稳定性好，但所需样品量较大，测量结果容易受到溶液中颗粒散射的影响。在特定波长强激光照射下，光子与有色的吸光物质中分子相互作用，导致吸光物质溶液温度升高，而造成有色吸光物质折射率的变化，这种变化与吸光物质颜色变化程度在一定范围内正相关。基于光热效应的激光热透镜技术实现了吸光物质的定量检测，但是该方法明显受到样品饱和吸收的影响(GEORGESJ.Advantagesandlimitationsofthermallensspectrometryoverconventionalspectrophotometryforabsorbancemeasurements.Talanta,1999,48(3):501-509.)。1995年，Bornhop等人将He-Ne激光入射到通有待测物质的毛细管内，由于不同界面处折射率不同，经其反射和折射后，在环绕管轴360°范围内有明暗相间的干涉条纹产生，Bornhop等人将其称为“背向散射干涉”（Back-scatteringinterferometry,BSI）(BornhopDJ.Microvolumeindexofrefractiondeterminationsbyinterferometricbackscatter.Appliedoptics,1995,34(18):3234-3239.)。当管内液体的折射率改变时，干涉条纹形状基本不变，但相对于初始干涉条纹位置有一定的移动，移动量与折射率的变化有关，因而被用来探究折射率变化量、抗原-抗体等分子间作用的检测(BornhopDJ,LathamJC,KussrowA,etal.Free-solution,label-freemolecularinteractionsstudiedbyback-scatteringinterferometry.science,2007,317(5845):1732-1736.)。但该方法容易受到周围环境温度以及激光产生的光热效应的影响。2015年，C.Joo等人采用泵浦-探测光路结构，使用532nm的高功率激光入射到含有待测物质的毛细管上激发光热效应，采用低功率的红光激光做探测光，结合BSI技术实现了对血样中血红素的直接定量检测(KimU,SongJ,LeeD,etal.Capillary-scaledirectmeasurementofhemoglobinconcentrationoferythrocytesusingphotothermalangularlightscattering[J].BiosensorsandBioelectronics,2015,74:469-475.)，但由于采用了泵浦-探测两束激光、使得光路过于复杂。由于微通道所需样品体积很小，因此，将光热效应和散射干涉技术结合可以实现有色化合物的微体积检测。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术下有色化合物的微体积快速检测方法只能进行定性、半定量检测且存在较多假阳性结果，以及利用相机、手机等设备获取显色后待测物质的图片易受外部光源干扰的问题，提供了一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置及方法。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置，包括微通道、激光器、光电探测器、全反射镜和计算机，微通道设置在微通道固定平台上，微通道上方设置有与水平面呈45°的全反射镜，全反射镜镜面一侧设置有激光器和光电探测器，激光器呈水平设置，光电探测器连接有计算机。一种基于散射光光热干涉生化定量的检测方法，包括如下步骤：S1.配制显色剂以及不同浓度的标准品溶液，将标准品溶液与显色剂按比例混合反应并得到显色产物溶剂；S2.取S1中不同浓度标准品溶液显色产物溶剂10～30微升并将其置入微通道中；S3.采用特定波长的激光器，利用激光器产生的激光对微通道的样品区进行照射；S4.激光照射微通道的样品区持续60～120s，并采用光电探测器连续记录微通道周围干涉条纹的信息；进一步的，以标准品溶液浓度为横坐标，以激光照射终了时刻相对于起始时刻的条纹移动量为纵坐标，绘制标准相位曲线；S5.对某一待测标准品溶液的浓度定量：利用条纹移动量计算其相位移动量，将移动量代入所得的标准相位曲线，得出所测样品具体浓度。步骤S1中标准品溶液与显色剂按比例混合的方法是：将标准品溶液及显色剂按照比例从5:1～50:1在离心管内均匀混合。步骤S3中特定波长的激光器是指能够与发生显色反应产生的有色化合物互为补色的激光器。步骤S2～S4中的微通道是指毛细管或微流控芯片，其截面形状可以为圆形或半圆或矩形中的任意一种。步骤S2和S3中微通道的样品区是指微通道中含有步骤S1中显色产物溶剂的区域。激光器用于产生光热效应，其波长选择取决样品显色后的颜色，所选用波长应接近于样品显色产物的最大吸收峰，使信号最明显；激光入射到微通道的样品区功率密度为0.2W/cm2～0.7W/cm2。步骤S4中干涉条纹的信息为干涉条纹光强分布曲线及曲线进行快速傅里叶变换后的相位值，条纹移动量为激光照射终末时刻与起始时刻的条纹光强分布曲线快速傅里叶变换后相位差。本专利技术相比现有技术具有的特定技术特征及有益效果是：本专利技术利用散射光干涉技术与光热效应结合，实现了显色物质的快速定量检测，涉及的检测方法所需样品体积小、利用pid温度控制系统控制微通道样品区的温度，以及对整个装置的采取了一些措施避免外界震动等噪声、温度、及采用遮光，在暗室中采集条纹，避免了外部环境温度的影响，增大激光强度，可实现更小浓度待测物的检测，采用快速傅里叶变换处理干涉条纹，提高了条纹移动的检测精度。附图说明图1是本专利技术所用装置的示意图；图2是本专利技术中不同浓度下亚硝酸盐的相位变化量的分析结果；图3是本专利技术装置的另一种结构示意图。图中：1-激光器，2-全反射镜，3-微通道，4-入射角θ，5-微通道固定平台，6-光电探测器，7-计算机。具体实施方式参照图1对本专利技术进行进一步阐述，一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置，包括微通道3、激光器1、光电探测器6、全反射镜2和计算机7，微通道3设置在微通道固定平台5上，微通道3上方设置有与水平面呈45°的全反射镜2，全反射镜2镜面一侧设置有激光器1和光电探测器6，激光器1呈水平设置，光电探测器6连接有计算机7。其中，激光器1水平放置，其产生的激光经过全反射镜2反射后射入微通道3的样品区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置，其特征在于，包括微通道（3）、激光器（1）、光电探测器（6）、全反射镜（2）和计算机（7），微通道（3）设置在微通道固定平台（5）上，微通道（3）上方设置有与水平面呈45°的全反射镜（2），全反射镜（2）镜面一侧设置有激光器（1）和光电探测器（6），激光器（1）呈水平设置，光电探测器（6）连接有计算机（7）。

【技术特征摘要】
1.一种基于散射光光热干涉生化定量的检测装置，其特征在于，包括微通道（3）、激光器（1）、光电探测器（6）、全反射镜（2）和计算机（7），微通道（3）设置在微通道固定平台（5）上，微通道（3）上方设置有与水平面呈45°的全反射镜（2），全反射镜（2）镜面一侧设置有激光器（1）和光电探测器（6），激光器（1）呈水平设置，光电探测器（6）连接有计算机（7）。2.一种基于散射光光热干涉生化定量的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：S1.配制显色剂以及不同浓度的标准品溶液，将标准品溶液与显色剂按比例混合反应并得到显色产物溶剂；S2.取S1中不同浓度标准品溶液显色产物溶剂10～30微升并将其置入微通道（3）中；S3.采用特定波长的激光器（1），利用激光器（1）产生的激光对微通道（3）的样品区进行照射；S4.激光照射微通道（3）的样品区持续60～120s，并采用光电探测器（6）连续记录微通道（3）周围干涉条纹的信息；进一步的，以标准品溶液浓度为横坐标，以激光照射终了时刻相对于起始时刻的条纹移动量为纵坐标，绘制标准相位曲线；S5.对某一待测标准品溶液的浓度定量：利用条纹移动量计算其相位移动量，将移动量代入所得的标准相位曲线，得出所测样品具体浓度。3.根据权利要求2所述的一种基于散射光光热干涉生化定量的检测方法，其特征在于，步骤S1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张校亮，陈小红，李晓春，于化忠，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14