多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置与方法，该装置包括光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块。微流控芯片作为单个微藻细胞活性检测的微平台，由基片和固定在基片上的涂层组成。芯片上凹刻进液孔、通道、检测区和出液孔；本发明专利技术中所有模块整合在一个cm×cm×cm的长方体装置中。所述光源模块激发的测量光的光强不需要非常弱的水平以监测暗适应的荧光产量，也不需要达到饱和光水平来评估最大荧光产量；可检测的微藻细胞不受种类、个体形态、大小尺寸、细胞构造的限制。本发明专利技术的技术方案解决了现有微藻细胞活性检测方法中无法定量评估单个微藻细胞的活性带来的普适性和误差等问题。

Device and Method for Detecting the Activity of Single Microalgae Cells by Multi-intensity Excitation

The invention provides a device and method for detecting the activity of a single microalgae cell by multi-intensity excitation. The device comprises a light source module, a microfluidic chip, a fluorescence acquisition module, a data processing module and a power supply module. Microfluidic chip, as a Micro-Platform for detecting the cell activity of single microalgae, consists of a substrate and a coating fixed on the substrate. The chip is concavely engraved with a liquid hole, a channel, a detection area and a liquid outlet hole, and all the modules in the invention are integrated into a cm*cm*cm*cm cuboid device. The light intensity of the measured light stimulated by the light source module does not need a very weak level to monitor the dark adaptation fluorescence yield, nor does it need to reach the saturated light level to evaluate the maximum fluorescence yield; the detectable microalgae cells are not limited by species, individual morphology, size and cell structure. The technical scheme of the invention solves the problems of universality and error caused by the inability to quantitatively evaluate the activity of a single microalgae cell in the existing microalgae cell activity detection method.

【技术实现步骤摘要】
多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置与方法
本专利技术涉及单个微藻细胞的活性检测
，具体而言，尤其涉及一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置与方法。
技术介绍
我国海岸线长3.2万千米，主权管辖海域面积达473万平方千米，跨越5个气候带，生态系统类型众多。这种自然特征使我国容易遭受海洋生物的入侵。随着我国海洋运输业和海水养殖业的兴起，面临着不断增多的生物入侵形势。其中船舶压载水带来过十几种有引发赤潮风险的藻类，一旦引发赤潮，当地海洋生态系统的结构与功能将几乎彻底崩溃，对海域原有生物群落和生态系统的稳定性构成极大威胁。传统单个微藻细胞活性检测装置只能检测一个微藻群体的活性。然而，当危害较高的微藻群体显示较低的活性状态时，传统检测方法并不能排除存在单个微藻细胞有较高的活性状态，这不利于防范有害微藻的入侵。另外，传统方式检测单个微藻的活性需要采用常规的现场取样、实验室分析的测量流程，但在实际应用中有必要对水中的微藻进行现场，实时，在线和连续检测。而且，实验室使用的仪器结构庞大、价格昂贵、操作复杂，需要专业人员进行操作，不能集成便携、无法现场检测。
技术实现思路
根据上述提出现有微藻细胞活性检测方法中无法定量评估单个微藻细胞的活性、无法现场检测、检测设备昂贵、样品处理繁琐、样品用量多带来的普适性和误差的技术问题，而提供一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置与方法。从根本上解决单个微藻细胞的活性检测问题，对于环境科学领域具有重要的科学意义和现实价值。本专利技术采用的技术手段如下：一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置，包括：光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块；所述电源模块分别与光源模块和荧光采集模块以及数据处理模块的输入端相连；微流控芯片分别与光源模块的输出端和荧光采集模块的输入端连接；数据处理模块与荧光采集模块的输出端连接；所述光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块整合在一个cm×cm×cm的长方体装置中；所述微流控芯片包括基片和固定在基片上的涂层，所述涂层凹刻进液孔、通道Ⅰ、检测区Ⅰ、通道Ⅱ、检测区Ⅱ、通道Ⅲ和出液孔；使用时，在进液孔滴加含有单个单个微藻细胞的液体样品，液体在微泵的驱动下以固定流速沿着通道Ⅰ流入检测区Ⅰ，通过极短的通道Ⅱ流入检测区Ⅱ，最后通过通道Ⅲ流入出液孔；所述光源模块包括稳压电路、光源固定结构以及与通光孔组件紧密贴合的激光器Ⅰ和激光器Ⅱ；所述荧光采集模块包括狭缝片、红色滤光片和光电传感器。进一步地，所述通道Ⅱ的长度已知，当单个微藻细胞出现在检测区Ⅰ时，能够预估单个微藻细胞在检测区Ⅱ出现的时间点。进一步地，所述激光器Ⅰ正对微流控芯片中的检测区Ⅰ发出较弱的蓝光，激光器Ⅱ正对微流控芯片中的检测区Ⅱ发出的是较强的蓝光。进一步地，所述基片为玻璃片，所述涂层为聚二甲基硅氧烷涂层。本专利技术还提供了一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的方法，包括如下步骤：步骤1：滴加样品，将含有单个单个微藻细胞的样品溶液滴加到微流控芯片的进液孔；步骤2：启动装置，依次开启电源模块、光源模块、荧光采集模块和数据处理模块，含有单个单个微藻细胞的样品溶液在微泵的驱动下以固定流速沿着通道Ⅰ流入检测区Ⅰ，通过极短的通道Ⅱ流入检测区Ⅱ，最后通过通道Ⅲ流入出液孔；步骤3：多级光强激发单个微藻细胞产生荧光，光源模块中的激光器Ⅰ发出较弱的蓝色激光照射在微流控芯片中的检测区Ⅰ上，激光器Ⅱ发出较强的蓝色激光照射在微流控芯片中的检测区Ⅱ上；当样品溶液中的单个微藻细胞先后经过检测区Ⅰ和检测区Ⅱ时，受激产生不同的荧光产量；步骤4：单个微藻细胞荧光产量的采集，单个微藻细胞先后产生的不同强度的荧光分别通过荧光采集模块中的狭缝片、红色滤光片过滤掉杂光后被光电传感器接收；步骤5：对上述采集到的单个微藻细胞荧光产量进行数据分析，将采集到的单个微藻细胞荧光产量经数据线传输至数据处理模块中进行处理分析；步骤6：对单个微藻细胞进行活性评估，用F0表示单个微藻细胞被光源模块中的激光器Ⅰ发出较弱的蓝色激光激发产生的荧光产量，用F1表示单个微藻细胞被光源模块中的激光器Ⅱ发出较强的蓝色激光激发产生的荧光产量，数据处理模块根据公式Fr＝(F1-F0)/F1得到有效荧光产量Fr，根据Fr判断单个微藻细胞的活性。进一步地，所述步骤6中根据有效荧光产量Fr判断单个微藻细胞活性的过程，包括如下步骤：步骤61：当Fr>0.6时，表示该微藻细胞处于高活性状态；步骤62：当0.3<＝Fr<＝0.6时，表示该微藻细胞处于低活性状态或者该单个微藻细胞在一定程度上受损但不致命；步骤63：当Fr<0.3时，表示该微藻细胞已死亡或濒临死亡。较现有技术相比，本专利技术具有以下优点：1、本专利技术解决了现有微藻细胞活性检测方法中无法定量评估单个微藻细胞的活性、无法现场检测、检测设备昂贵、样品处理繁琐、样品用量多带来的普适性和误差等问题，从根本上解决单个微藻细胞的活性检测问题，对于环境科学领域具有重要的科学意义和现实价值。2、本专利技术采用微流控芯片作为单个微藻细胞活性检测的微平台，相关的模块亦可采用体积较小的结构形式，所有模块整合在一个cm×cm×cm的长方体装置中。相对于现有大型检测设备，本专利技术具有体积小、重量轻、成本低、样品用量少、便于携带、能够进行手持用于现场检测等优点。3、本专利技术在样品池加入样品后，后续步骤均为智能化完成，不需要任何专业化知识，不需要专业化人员的操作，步骤少，操作简单，解决了样品处理繁琐的问题。4、本专利技术所述光源模块激发的测量光的光强不需要非常弱的水平以监测暗适应的荧光产量，同时，测量光的光强不需要达到饱和光水平来评估最大荧光产量。不仅降低了技术上的难度，而且由于不受不同微藻细胞暗适应水平不同的限制，适用面更广，可检测的微藻细胞不受种类、个体形态、大小尺寸、细胞构造的限制。基于上述理由本专利技术可在单个微藻细胞的活性检测等领域广泛推广。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术检测装置结构示意图。图2为本专利技术微流控芯片结构示意图。图3为本专利技术的荧光采集模块结构示意图。图4为本专利技术的光源模块结构示意图。图中：1、电源模块；2、光源模块；3、微流控芯片；4、荧光采集模块；5、数据处理模块；6、激光器Ⅰ；7、激光器Ⅱ；8、进液孔；9、通道Ⅰ；10、检测区Ⅰ；11、通道Ⅱ；12、检测区Ⅱ；13、通道Ⅲ；14、出液孔；15、微泵；16、狭缝片；17、红色滤光片；18、光电传感器。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置，其特征在于，包括：光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块；所述电源模块分别与光源模块和荧光采集模块以及数据处理模块的输入端相连；微流控芯片分别与光源模块的输出端和荧光采集模块的输入端连接；数据处理模块与荧光采集模块的输出端连接；所述光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块整合在一个长度79mm×宽度49mm×高度43mm的长方体装置中；所述微流控芯片包括基片和固定在基片上的涂层，所述涂层凹刻进液孔、通道Ⅰ、检测区Ⅰ、通道Ⅱ、检测区Ⅱ、通道Ⅲ和出液孔；使用时，在进液孔滴加含有单个单个微藻细胞的液体样品，液体在微泵的驱动下以固定流速沿着通道Ⅰ流入检测区Ⅰ，通过极短的通道Ⅱ流入检测区Ⅱ，最后通过通道Ⅲ流入出液孔；所述光源模块包括稳压电路、光源固定结构以及与通光孔组件紧密贴合的激光器Ⅰ和激光器Ⅱ；所述荧光采集模块包括狭缝片、红色滤光片和光电传感器。

【技术特征摘要】
1.一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置，其特征在于，包括：光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块；所述电源模块分别与光源模块和荧光采集模块以及数据处理模块的输入端相连；微流控芯片分别与光源模块的输出端和荧光采集模块的输入端连接；数据处理模块与荧光采集模块的输出端连接；所述光源模块、微流控芯片、荧光采集模块、数据处理模块以及电源模块整合在一个长度79mm×宽度49mm×高度43mm的长方体装置中；所述微流控芯片包括基片和固定在基片上的涂层，所述涂层凹刻进液孔、通道Ⅰ、检测区Ⅰ、通道Ⅱ、检测区Ⅱ、通道Ⅲ和出液孔；使用时，在进液孔滴加含有单个单个微藻细胞的液体样品，液体在微泵的驱动下以固定流速沿着通道Ⅰ流入检测区Ⅰ，通过极短的通道Ⅱ流入检测区Ⅱ，最后通过通道Ⅲ流入出液孔；所述光源模块包括稳压电路、光源固定结构以及与通光孔组件紧密贴合的激光器Ⅰ和激光器Ⅱ；所述荧光采集模块包括狭缝片、红色滤光片和光电传感器。2.根据权利要求1所述的多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置，其特征在于，所述通道Ⅱ的长度已知，当单个微藻细胞出现在检测区Ⅰ时，能够预估单个微藻细胞在检测区Ⅱ出现的时间点。3.根据权利要求1所述的多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置，其特征在于，所述激光器Ⅰ正对微流控芯片中的检测区Ⅰ发出较弱的蓝光，激光器Ⅱ正对微流控芯片中的检测区Ⅱ发出的是较强的蓝光。4.根据权利要求1所述的多光强激发检测单个微藻细胞活性的装置，其特征在于，所述基片为玻璃片，所述涂层为聚二甲基硅氧烷涂层。5.一种多光强激发检测单个微藻细胞活性的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：滴加样品，将含有单个单个微藻细胞的样品溶液滴加到微流...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊生，丁格格，王兰兰，
申请(专利权)人：大连海事大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21