一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，包括共焦反射荧光检测系统、超高频体声波谐振器和微流控芯片，微流控芯片位于超高频体声波谐振器上方，包括进样口、出样口和微流道，用于控制荧光微粒定向通过微流道；超高频体声波谐振器包括布拉格反射层和电极层，所述布拉格反射层的部分表面沉积电极层，另一部分表面作为激光照射区域，所示电极层与所述进样口相邻，所述激光照射区域与出样口相邻；共焦反射荧光检测系统用于向所述激光照射区域照射激光，并检测荧光微粒的荧光；该装置能够增加荧光分子最大激发量与发射强度，降低噪声干扰，增加荧光荧光微粒的检测强度。增加荧光荧光微粒的检测强度。增加荧光荧光微粒的检测强度。

【技术实现步骤摘要】
一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置


[0001]本专利技术属于荧光检测领域，具体涉及一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置。

技术介绍

[0002]流式细胞仪最近的一个趋势是单片集成微型化，以及用更小、更便宜的对应部件取代笨重的部件。微流式细胞仪是一种使用激光激发多个荧光样品，通过物镜或者波导收集荧光至光电探测器实现样品检测的微型装置。它结合了流式细胞仪技术与微流控技术，具有体积小，成本低，消耗少的优点。微流式细胞仪最关键的参数之一是荧光最低检测限，即荧光灵敏度。目前有很多方法可提高荧光检测性能，其一是提高激发能量，通常使用高功率、低噪声激光器去激发，但是样品荧光量是一定的，过高的激光能量会导致荧光饱和甚至漂白，同时背景噪声也会提高，反而会降低荧光灵敏度；其二是增加探测器的荧光接收量，通常使用昂贵的高数值孔径物镜和高灵敏度的探测器，但是会增加微流控系统设计难度和成本。其三，使待测样品聚焦于激光光斑的中心和焦平面位置是一种必要的方法。这种定位确保了荧光样品受到一致的激光激发，有助于增加荧光分子最大激发量与发射强度，降低噪声干扰，增加检测灵敏度。目前出现了各种聚焦方法，如惯性流，鞘流，电泳，磁泳，声泳等技术，但是均有一定的局限性，只能在特定条件下有效。如惯性流需要复杂的流道结构；鞘流需要鞘液，会增加试剂消耗，电泳只能操控带电样品等。其四，光路结构也会影响系统的荧光灵敏度，大多数流式细胞仪均采用正交光学系统，只能收集一个角度的荧光量，因此荧光灵敏度较低。共焦反射光路结构由于只有光学检测区域内的微粒激发的荧光信号可以被检测到，减少杂散光的影响，因此可提高信噪比。然而这种结构对基底的选择性很高，透明基底反射率较低，无法有效反射荧光至探测器。不透光基底则需要表面光滑，有较高的反射率。否则会导致较多的杂散光和激发光反射至探测器，极大影响信噪比。此外，随着光学薄膜制造技术的发展，还可以在基底上加工反射膜，干涉膜等，利用薄膜反射干涉效应提高荧光收集效率。但是薄膜加工需要独立的程序或芯片，缺少和聚焦结构的单片集成，因此操作复杂，费时费力。
[0003]总之，目前的微流式细胞仪采用各种聚焦方法来提高荧光检测灵敏度，缺少了对光学检测系统的设计与集成，体积较大，信噪比较低。因此，亟需一种简单，便携，收集荧光量多的高度集成的微型化装置，实现荧光高灵敏检测，为下一步精准分选做准备。特别是即时护理应用可以受益于集成的光学检测设备。

技术实现思路

[0004]流式细胞仪最近的一个趋势是单片集成微型化，以及用更小、更便宜的对应部件取代笨重的部件。微流式细胞仪是一种使用激光激发多个荧光样品，通过物镜或者波导收集荧光至光电探测器实现样品检测的微型装置。它结合了流式细胞仪技术与微流控技术，具有体积小，成本低，消耗少的优点。微流式细胞仪最关键的参数之一是荧光最低检测限，即荧光灵敏度。目前有很多方法可提高荧光检测性能，其一是提高激发能量，通常使用高功
率、低噪声激光器去激发，但是样品荧光量是一定的，过高的激光能量会导致荧光饱和甚至漂白，同时背景噪声也会提高，反而会降低荧光灵敏度；其二是增加探测器的荧光接收量，通常使用昂贵的高数值孔径物镜和高灵敏度的探测器，但是会增加微流控系统设计难度和成本。其三，使待测样品聚焦于激光光斑的中心和焦平面位置是一种必要的方法。这种定位确保了荧光样品受到一致的激光激发，有助于增加荧光分子最大激发量与发射强度，降低噪声干扰，增加检测灵敏度。目前出现了各种聚焦方法，如惯性流，鞘流，电泳，磁泳，声泳等技术，但是均有一定的局限性，只能在特定条件下有效。如惯性流需要复杂的流道结构；鞘流需要鞘液，会增加试剂消耗，电泳只能操控带电样品等。其四，光路结构也会影响系统的荧光灵敏度，大多数流式细胞仪均采用正交光学系统，只能收集一个角度的荧光量，因此荧光灵敏度较低。共焦反射光路结构由于只有光学检测区域内的微粒激发的荧光信号可以被检测到，减少杂散光的影响，因此可提高信噪比。然而这种结构对基底的选择性很高，透明基底反射率较低，无法有效反射荧光至探测器。不透光基底则需要表面光滑，有较高的反射率。否则会导致较多的杂散光和激发光反射至探测器，极大影响信噪比。此外，随着光学薄膜制造技术的发展，还可以在基底上加工反射膜，干涉膜等，利用薄膜反射干涉效应提高荧光收集效率。但是薄膜加工需要独立的程序或芯片，缺少和聚焦结构的单片集成，因此操作复杂，费时费力。
[0005]总之，目前的微流式细胞仪采用各种聚焦方法来提高荧光检测灵敏度，缺少了对光学检测系统的设计与集成，体积较大，信噪比较低。因此，亟需一种简单，便携，收集荧光量多的高度集成的微型化装置，实现荧光高灵敏检测，为下一步精准分选做准备。特别是即时护理应用可以受益于集成的光学检测设备。
[0006]本专利技术提供一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，包括：共焦反射荧光检测系统、超高频体声波谐振器和微流控芯片，其中：所述微流控芯片位于超高频体声波谐振器上方，包括进样口、出样口和微流道，用于控制荧光微粒定向通过微流道；所述超高频体声波谐振器包括布拉格反射层、电极层和基底，所述布拉格反射层的部分表面沉积电极层，另一部分表面作为光学反射区域，所述电极层与所述进样口相邻，所述光学反射区域与出样口相邻，所述布拉格反射层位于基底表面；所述共焦反射荧光检测系统用于向所述光学反射区域照射激光，并检测荧光微粒反射的荧光；通过所述超高频体声波谐振器提供的体声波，荧光微粒沿着具有图案化的电极层边缘移动，当到达光学反射区域受到激光照射时，荧光微粒能够激发出荧光光波，在布拉格反射层的作用下荧光光波发生干涉相长，通过共焦反射荧光检测系统检测出发生干涉相长的反射荧光。
[0007]本专利技术利用超高频体声波谐振器产生的传向微流道内部的体声波，由于声流效应会引起流体3D涡旋，多个流体涡旋会沿着电极层的边缘串联在一起，形成多条3D涡旋隧道。因此当有荧光微粒经过时，会受到声辐射力以及流体涡旋拖拽力，被迅速捕获在3D涡旋隧道内部，实现三维的聚焦效果。荧光微粒最终会在流体拖拽力的作用下，到达电极层一个尖端或者拐点处，并逐个脱离，依次经过激光光斑，受到一致的，完全的激光照射。
[0008]进一步的，所述微流控芯片的微流道与超高频体声波谐振器可有多种叠放角度和
位置，使得微流道内的荧光微粒能够沿着至少一条电极层边界移动。所述微流控芯片的微流道置于超高频体声波谐振器一条边界的上方，用于控制荧光微粒定向并只沿着一条边界通过微流道，避免了多个荧光微粒同时到达电极层尖端或者拐点处而导致的拥挤、相撞现象，保证了所有荧光微粒被涡旋捕获并以相同初速度逐个释放的效果。所述微流控芯片的微流道置于超高频体声波谐振器多条边界的上方，用于控制荧光微粒定向并沿着多条边界通过微流道，增加了样品通量和浓度，有利于节省时间和避免堵塞。
[0009]激光入射光波与荧光光波在不同界面处均发生反射，由于布拉格反射层厚度满足入射光波不发生干涉相长，而荧光光波发生干涉相长，因此可实现界面的荧光最大反射率，而不增强激光在界面的反射。
[0010]进一步的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，包括：共焦反射荧光检测系统、超高频体声波谐振器和微流控芯片，其中：所述微流控芯片位于超高频体声波谐振器上方，包括进样口、出样口和微流道，用于控制荧光微粒定向通过微流道；所述超高频体声波谐振器包括布拉格反射层、电极层和基底，所述布拉格反射层的部分表面沉积电极层，另一部分表面作为光学反射区域，所述电极层与所述进样口相邻，所述光学反射区域与出样口相邻，所述布拉格反射层位于基底表面；所述共焦反射荧光检测系统用于向所述光学反射区域照射激光，并检测荧光微粒反射的荧光；通过所述超高频体声波谐振器提供的体声波，荧光微粒沿着具有图案化的电极层边缘移动，当到达光学反射区域受到激光照射时，荧光微粒能够激发出荧光光波，在布拉格反射层的作用下荧光光波发生干涉相长，通过共焦反射荧光检测系统检测出发生干涉相长的反射的荧光。2.根据权利要求1所述的单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，所述电极层包括顶电极和压电层，通过曝光和刻蚀使得所述电极层具有图案化，所述电极层的铺设面积小于布拉格反射层的面积。3.根据权利要求2所述的单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，电极层的图案为圆形、半圆形、梭形、椭圆形、三角形、矩形、五边形中的一种或多形状组合。4.根据权利要求2所述的单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，所述布拉格反射层的最顶层作为电极层的底电极，所述压电层位于底电极表面的部分区域上。5.根据权利要求1所述的单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，所述共焦反射荧光检测系统发射的激光照射在光学反射区域形成激光光斑，所述激光光斑位于图案化电极层的尖端或圆弧拐点处，所述尖端的角度为锐角、直角或钝角。6.根据权利要求1所述的单片集成微流式细胞仪荧光检测装置，其特征在于，所述布拉格反射层由高折射率层和低折射率层交替叠加构...

【专利技术属性】
技术研发人员：段学欣，王亚平，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：