基于微流控液滴的荧光检测分析系统的研制

摘要

微流控技术是将多种反应过程集成在只有几平方厘米的芯片器件上的技术，凭借其试剂用量少、效率高、污染少等优点，被广泛应用于各种生物医学应用中。为了实现对微流控芯片上的试剂反应进行监测，需要将检测系统与微流控芯片相结合。微流控是高通量的试剂反应技术，检测器的性能直接影响着整个微流控分析系统的检测极限，检测速度、适用范围等参数，因此对检测系统的要求非常高。由于荧光检测具有高选择性和高灵敏度的优点，其成为微流控芯片分析中最广泛的检测方法。 本论文研制的是基于微流控液滴的荧光检测分析系统。采用模块化的方法进行软件系统和硬件系统的设计，为了保证系统的稳定性，加强了抗干扰的设计。设计安卓的上位机，供用户对系统下达运行指令和实时监测系统的运行状态。通过共聚焦型的检测方法，搭建出荧光检测的光路，以光电倍增管作为检测器实现微弱荧光的检测。 在控制连续相驱动气压不变的情况下，随着离散相驱动气压的提高，微流控芯片上生成的液滴间距逐渐减少，当间距缩小到一定的距离时，会出现双排液滴的生成。而连续相的气压是影响液滴生成速度和液滴大小的主要因素。为了确保本系统能检测出单个荧光液滴的荧光信号，需要调节驱动气压，使荧光液滴之间存在一定的间隔。 系统的信噪比随着荧光浓度的增大而增大，但是激发光的强度对检测出来的信号信噪比并没有影响。因此在调节激发光强度时，尽量使PMT输出的信号接近检测的量程，这样能减少相对误差。当荧光液滴经过荧光检测区域时，检测系统能检测到峰值信号，通过分析浓度分别为10nM、30nM、50nM、70nM和90nM的荧光液滴波峰信号，发现波峰的幅值大小与荧光液滴的浓度呈线性关系，符合低浓度下的荧光强度计算公式，并且不同浓度的荧光液滴的峰值分布非常集中。在双T型通道的结构下，通过调节两种浓度溶液的驱动气压以方波的形式交替切换，实现两种浓度的荧光液滴的生成。本系统能检测出10nM和90nM的荧光液滴通过检测区域产生的峰值信号，并通过峰值大小对两种浓度的液滴进行了区分。 由于荧光检测具有高灵敏度、高选择性和易于与芯片结合的优点，荧光检测是实现便携式检测系统的首选方法，推动着基因组学和分子生物学等研究领域的发展。

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