一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片及其制备方法技术

本发明专利技术属于聚合物微流控芯片即时检测技术领域，具体涉及一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片及其制备方法。该微流控芯片包括盖片层、微通道及透镜层和底片层；微通道及透镜层上设有微通道，及微通道两侧的集成式自对准透镜；集成式自准透镜为特定的透镜圆弧面结构，透镜的曲率半径和焦距根据几何光学理论确定，保证透镜焦点在微通道检测区域；微流控芯片微通道及透镜层厚度为50‑5000μm；微通道和透镜圆弧结构的形状大小及相对位置在激光绘图软件中进行设计，利用激光加工一次加工成型，具有自对准特性，避免了复杂的光学对准过程。本发明专利技术将透镜集成在微流控芯片上，减小了检测设备的体积及造价，对于实现真正的即时检测有重要意义。

A POCT microfluidic chip with integrated self-aligning lens and its preparation method

The invention belongs to the field of polymer microfluidic chip instant detection technology, in particular to a POCT microfluidic chip integrated with self-aligning lens and a preparation method thereof. The microfluidic chip includes cover layer, microchannel and lens layer and substrate layer; microchannel and lens layer are equipped with microchannel and integrated self-aligning lens on both sides of microchannel; integrated self-aligning lens is a special circular arc structure of lens, and the curvature radius and focal length of lens are determined according to geometrical optics theory to ensure that the focus of lens is in the microchannel detection area; The thickness of channel and lens layer is 50 5000 um. The shape, size and relative position of microchannel and lens arc structure are designed in the laser drawing software. It has self-alignment characteristics and avoids the complicated optical alignment process by laser processing once. The invention integrates the lens on the microfluidic chip, reduces the volume and cost of the detection equipment, and has important significance for real-time detection.

【技术实现步骤摘要】
一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片及其制备方法
本专利技术属于聚合物微流控芯片即时检测
，具体涉及一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片及其制备方法。
技术介绍
POCT(Point-of-caretesting)又名即时检测或者现场检测，近年来美国国家临床生化科学院在其制定的“POCT循证文件”草案中，将POCT定义为“在接近病人治疗处，由未接受临床实现室学科训练的临床人员或者病人自己进行的临床检验。POCT是基于传统实验室医学，在传统、核心或者中心实验室以外进行的一切快速检验和临床应用”。实验室医学虽然检测精度较高，但是需要借助大型生化检测设备作为诊断工具，这些大型生化检测设备大都造价昂贵且操作复杂。相比之下，目前的诊断越来越向着便携快速的即时检测趋势发展。POCT可以直接在病床周围、治疗中或者病人家中完成，为一些疾病的快速、长时间监测提供了有力保障。鉴于POCT的特点，其检测设备应满足检测时间短、效率高，小型化、操作简易化的要求。微流控芯片是一种在微米尺度下对流体进行操控的器件，采用微加工技术，将微通道网络、微泵、微阀、微混合及微反应功能单元集成到数平方厘米的芯片上，以此来实现生物化学反应中样品的进样、混合、分离、反应及检测等操作。微流控芯片的微米尺度通道带来了高导热及传导速率，提高了检测效率，减小了珍贵试剂的消耗。并且，采用微加工技术，可将多个功能部件集成在同一个微流控芯片上。在片内一次性完成反应、分离及检测等操作，在此基础上可以制成功能齐全的便携式设备，因此，微流控芯片非常适用于即时检测。虽然微流控芯片体积小，功能集成化程度高，操作简便，但是其检测设备体积大，操作不易，限制了其在即时检测领域的全面应用。例如，在微流控芯片的光学检测中，多使用荧光显微镜作为检测工具，其大多由激光光源、准直镜、滤光片、多组透镜、反射镜、分光镜等光学器件组成。并且，这些光学器件的对准耦合性能对检测结果有很大影响，这导致每次检测前需要对荧光显微镜进行精确调试，以免对检测结果造成不良影响。本专利技术提供了一种POCT微流控芯片集成式自对准透镜，将光学透镜集成到微流控芯片上，并且该透镜具备自对准特性，不需要进行复杂的光路调试操作。本专利技术对于减小检测设备体积，简化检测过程，实现真正意义上的即时检测具有重要意义。
技术实现思路
针对上述情况，本专利技术为克服现有的技术缺陷，提供一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片，解决POCT光学检测设备中光学器件对准调节复杂，集成化程度低的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下的技术方案：一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片，包括盖片层、微通道及透镜层和底片层；所述微通道及透镜层上设有微通道及微通道两侧的集成式自对准透镜；所述的集成式自准透镜为透镜圆弧面结构，透镜的曲率半径和焦距根据几何光学理论确定，保证透镜焦点在微通道检测区域；所述微流控芯片微通道及透镜层厚度为50-5000μm；所述盖片层、微通道及透镜层、底片层通过微流控芯片封合方法封合为一体。所述集成式自对准透镜的结构形式为单面凸透镜、双面凸透镜、单面凸透镜—单面凸透镜组、双面凸透镜—双面凸透镜组、单面凸透镜—双面凸透镜组、双面凸透镜—单面凸透镜组中的一种或两种以上的组合，以满足光学检测设备对聚焦光线特性的需要。所述集成自对准透镜的POCT微流控芯片的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸二乙酯(PET)、聚四氟乙烯(特氟龙PTFE)、聚碳酸酯(PC)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙、聚氨酯(PU)或苯乙烯二甲基丙烯酸甲酯共聚物(SMMA)。一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片的制备方法，步骤如下：第一步，基于传统几何光学对微通道及透镜进行集成化设计在微流控芯片微通道两旁设计集成式自准透镜的透镜圆弧面，集成式自准透镜的曲率半径和焦距根据几何光学理论设计，保证集成式自准透镜的焦点在微通道检测区域；第二步，基于激光加工方法的微通道及透镜一体化制造基于激光加工系统，调整加工参数，在透明聚合物材料上一次性加工出微通道及透镜结构，即微通道及透镜层；利用激光将微通道及透镜层材料切透，形成微通道的侧壁及透镜的聚光圆弧表面；第三步，抛光处理在激光加工后，对微通道及透镜层表面进行抛光处理；首先依次使用800号、1000号及2000号砂纸对微通道侧壁及集成式自准透镜的表面进行打磨，然后使用抛光膏进行抛光处理；第四步，封合将微通道及透镜层与盖片层、底片层进行封合；封合方法采用常规的微流控芯片封合方法。本专利技术的有益效果：首先微通道与微透镜的一体化设计过程满足几何光学理论，该理论较为成熟，并且基于该理论有多种仿真设计软件可供使用，如ZEMAX、LightTools、LensVIEW等，使得设计过程便捷，结果可靠。其次，利用激光一次性加工出微通道侧壁及透镜圆弧面，一方面激光加工效率高、成本低，可以实现“即用即丢”型一次性微流控芯片的制作。另一方面各透镜之间及透镜与微通道之间的位置关系由激光加工系统的运动精度决定。由于激光加工系统有很高的运动精度，因此，省去了复杂的光学器件对准耦合过程。最后，透镜集成在微流控芯片上，减小了检测设备的体积及造价，对于实现真正的即时检测有重要意义，在疾病标志物和水污染物等的光学检测中得到广泛应用。附图说明图1为一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片的结构示意图；图2为一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片的微通道及透镜层的示意图，(a)-(f)为微通道及透镜层的不同形式；图3为应用一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片搭建的基于智能手机光学检测系统的示意图；图中：1微流控芯片盖片；2进样口；3排气孔；4微通道及透镜层；5进样腔室；6延时控制腔室；7检测腔室；8集成式自对准透镜；9废液收集腔室；10微流控芯片微通道及透镜层厚度；11微流控芯片底片；801单面凸透镜；802双面凸透镜；803单面凸透镜—单面凸透镜组；804双面凸透镜—双面凸透镜组；805单面凸透镜—双面凸透镜组；806双面凸透镜—单面凸透镜组；12智能手机；13放大物镜；14荧光发射光；15荧光发射光滤光片；16LED激发光；17LED激发光滤光片；18LED激发光源。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件、具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。如图1所示，一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片，材料为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，由三层组成，即盖片1、微通道及透镜层4和底片层11；盖片层1上有进样口2及排气孔3；微通道及透镜层4上有微通道和集成式自对准透镜8，微通道上设有进样腔室5、延时控制腔室6、检测腔室7和废液收集腔室9；集成式自对准透镜8采用单面凸透镜—单面凸透镜组803的形式。所述集成自对准透镜的POCT微流控芯片的制备方法步骤如下：第一步，通过ZEMAX光学仿真优化软件计算，单面凸透镜—单面凸透镜组803的第一个单凸透镜曲率半径为12mm，第二个单凸透镜曲率半径为4mm，焦距为16.5mm，微流控芯片微通道及透镜层厚度10为0.5mm；第二步，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片，其特征在于，所述的集成自对准透镜的POCT微流控芯片包括盖片层(1)、微通道及透镜层(4)和底片层(11)；所述微通道及透镜层(4)上设有微通道及微通道两侧的集成式自对准透镜(8)；所述的集成式自准透镜(8)为透镜圆弧面结构，透镜的曲率半径和焦距根据几何光学理论确定，保证透镜焦点在微通道检测区域；所述微流控芯片微通道及透镜层(4)厚度为50‑5000μm；所述盖片层(1)、微通道及透镜层(4)、底片层(11)通过微流控芯片封合方法封合为一体。

【技术特征摘要】
1.一种集成自对准透镜的POCT微流控芯片，其特征在于，所述的集成自对准透镜的POCT微流控芯片包括盖片层(1)、微通道及透镜层(4)和底片层(11)；所述微通道及透镜层(4)上设有微通道及微通道两侧的集成式自对准透镜(8)；所述的集成式自准透镜(8)为透镜圆弧面结构，透镜的曲率半径和焦距根据几何光学理论确定，保证透镜焦点在微通道检测区域；所述微流控芯片微通道及透镜层(4)厚度为50-5000μm；所述盖片层(1)、微通道及透镜层(4)、底片层(11)通过微流控芯片封合方法封合为一体。2.根据权利要求1所述的集成自对准透镜的POCT微流控芯片，其特征在于，所述集成式自对准透镜(8)的结构形式为单面凸透镜(801)、双面凸透镜(802)、单面凸透镜—单面凸透镜组(803)、双面凸透镜—双面凸透镜组(804)、单面凸透镜—双面凸透镜组(805)、双面凸透镜—单面凸透镜组(806)中的一种或两种以上的组合，以满足光学检测设备对聚焦光线特性的需要。3.根据权利要求1或2所述的集成自对准透镜的POCT微流控芯片，其特征在于，所述集成自对准透镜的POCT微流控芯片的材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：李经民，梁超，刘冲，牛爱英，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21