傳統(tǒng)的激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)總體上存在體積過大、系統(tǒng)復(fù)雜，價格昂貴等局限性，不能滿足微流控芯片分析系統(tǒng)的應(yīng)用需求。

與傳統(tǒng)的分析系統(tǒng)相比，目前對于微流控芯片檢測裝置的要求更趨于操作簡單、使用方便、便于攜帶的小型儀器。微流控芯片的檢測裝置要求更高的靈敏度和更快的響應(yīng)速度。用于微流控芯片的檢測裝置主要有：紫外吸收檢測法、化學發(fā)光檢測法、電化學檢測法以及熒光檢測法。

本研究旨在設(shè)計一套操作簡單、性能可靠的熒光檢測系統(tǒng)及其實驗平臺，用于微流控芯片的全波長實時熒光檢測。

·系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

圖1 檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)由一臺鹵鎢燈、兩根光纖、微流控芯片、一臺光譜儀以及PC上位機組成。

圖2 硬件組合安裝方式

硬件組合安裝方式見圖2。通過相應(yīng)的實驗驗證，將激發(fā)光纖和探測光纖成110度的夾角放置時，激發(fā)光能透過微流控芯片的硅膠層順利激發(fā)芯片內(nèi)熒光物質(zhì)，且此時激發(fā)光對熒光檢測的影響小。再通過軟件層面的算法操作便可*消除激發(fā)光和微流控芯片的背景光影響。因此這種鹵鎢燈和光譜儀結(jié)合的方式可以滿足絕大多數(shù)熒光物質(zhì)的激發(fā)和探測要求。

·軟件界面設(shè)計

上位機控制軟件是整個熒光檢測系統(tǒng)的核心，主要包括硬件連接、光譜儀參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理與顯示以及數(shù)據(jù)存儲等功能。本研究基于 LabWindows設(shè)計了的系統(tǒng)的控制及顯示界面。

圖3 軟件界面

·軟件詳細設(shè)計

光譜儀的驅(qū)動與參數(shù)設(shè)置，利用Ocean Optics 公司提供的OOIDrv32開發(fā)包進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了USB2000光譜儀的驅(qū)動及參數(shù)設(shè)置.

研究同樣對軟件整體進行了性能分析與內(nèi)存優(yōu)化，在實驗的過程中軟件運行穩(wěn)定流暢，系統(tǒng)控制軟件主程序流程圖見圖4。

圖4 主程序流程圖

·實驗及結(jié)果及分析

系統(tǒng)搭建完成后，基于本系統(tǒng)分別對微流控芯片中羅丹明B與羅丹明6G兩種溶液的熒光強度進行檢測，對系統(tǒng)的測試性能進行驗證?；诒鞠到y(tǒng)對微流控芯片中不同濃度的羅丹明B熒光強度進行檢測，對系統(tǒng)的準確性進行測試。

圖5 微流控芯片

·結(jié)果

圖6 羅丹明6G不同濃度熒光強度

圖6為羅丹明6G不同濃度對應(yīng)的熒光強度，各個濃度下熒光強度基本保持恒定。平均值為 552-558 nm波長熒光強度的平均值。其中1μg/ml 濃度的熒光強度很弱，但依舊可以看出當采集點由腔室轉(zhuǎn)到空白區(qū)域時（14s處），光強數(shù)值有所下降。表明本系統(tǒng)在積分時間為300 ms的情況下，低可以測量1μg/ml濃度試劑的熒光，滿足大多數(shù)情況下微流控芯片熒光檢測的要求。

圖7 羅丹明6G熒光標準曲線

圖8為各個濃度下測得數(shù)據(jù)的平均值擬合的羅丹明6G標準曲線。羅丹明6G熒光的測定原理：在一定濃度下熒光強度會隨著濃度的增大而增大，即具有線性關(guān)系。擬合出的標準曲線為y=2.1364x+7.9574、R2=0.995。羅丹明6G濃度梯度熒光實驗表明，本論文研究的系統(tǒng)可靈敏地檢測到相應(yīng)的濃度變化，且測量的準確性較高，已能夠滿足微流控芯片熒光檢測的使用需求。

·結(jié)論

論文基于LabWindows開發(fā)平臺，結(jié)合HL2000-FHSA鹵鎢燈光源和USB2000光譜儀研制了一套微流控芯片全波長實時熒光檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)不需要配置相應(yīng)波長的激發(fā)光和濾光片，集成度高、操作簡單?？刂瞥绦蚓哂辛己玫姆€(wěn)定及擴展性能，并能存儲數(shù)據(jù)以便進一步研究。通過不同熒光物質(zhì)的對比和濃度梯度實驗，分別驗證了系統(tǒng)的檢測多樣性、精確度、靈敏度、線性度，實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)的可靠性滿足微流控芯片內(nèi)不同熒光物質(zhì)的熒光強度實時檢測的要求，可以為后續(xù)基于微流控芯片的生化免疫分析、藥物分析和多細胞生命體等研究提供研究基礎(chǔ)和分析手段。本系統(tǒng)的性能以及在微流控芯片熒光檢測上的有效應(yīng)用還需要大量實驗的進一步驗證。

原文摘自

黃海鵬, 陶玲, 楊宇軒, et al. 用于微流控芯片的全波長實時熒光檢測系統(tǒng)研制[J]. 生命科學儀器, 2018, 16(06):43-47.

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