多通道集成毛細(xì)管電泳芯片檢測系統(tǒng)的研究.pdf

1、毛細(xì)管電泳芯片分析系統(tǒng)具有高效、快速、通量高和樣品消耗量少等優(yōu)點(diǎn)，已成為臨床醫(yī)學(xué)、基因診斷、藥物篩選、蛋白質(zhì)組學(xué)等領(lǐng)域的重要研究手段之一。被測樣品分離后的組分及含量等信息由檢測系統(tǒng)來確定，檢測系統(tǒng)的性能決定了整個(gè)分析系統(tǒng)的精度、靈敏度、響應(yīng)速度及適用范圍等。與傳統(tǒng)的分析儀器相比，毛細(xì)管電泳芯片分析系統(tǒng)要求檢測系統(tǒng)具有更高的信噪比、更快的響應(yīng)速度、更小的尺寸及更高的集成度。為此，本文以微型化和集成化為目標(biāo)，開展多通道毛細(xì)管電泳芯片及其檢測

2、系統(tǒng)的研究。
　　本文設(shè)計(jì)并建立了一套基于光纖的掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由激光誘導(dǎo)熒光單元、多通道毛細(xì)管電泳芯片、機(jī)械掃描平臺、通道識別單元和熒光信號處理單元構(gòu)成。系統(tǒng)采用綠光半導(dǎo)體固體激光器作為光源，利用V形結(jié)構(gòu)的兩根單模光纖分別傳輸激發(fā)光和熒光信號，取代了傳統(tǒng)激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中復(fù)雜、龐大的共聚焦檢測光路。雪崩二極管作為熒光信號檢測器件，通過曲柄將電機(jī)的勻速旋轉(zhuǎn)變換為掃描軸的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了

3、多通道的掃描檢測。系統(tǒng)以不同濃度的羅丹明B溶液為樣品進(jìn)行了電泳分離，其檢測限為1.4×10-5 mol/L。為進(jìn)一步減小光源的體積及簡化光路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，消除毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中激發(fā)光源的反射光和雜散光的干擾，提高系統(tǒng)的信噪比，設(shè)計(jì)并建立了基于偏振隔離結(jié)構(gòu)的垂直層疊式發(fā)光二極管誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)采用綠光發(fā)光二極管替代半導(dǎo)體固體激光器，使用兩片偏振方向互相垂直的線性玻璃偏振片取代傳統(tǒng)激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中的一系列光學(xué)濾光片

4、。整個(gè)系統(tǒng)由發(fā)光二極管光源、兩片線性偏振片、多通道毛細(xì)管電泳芯片、針孔、電荷耦合器件、高壓電源、數(shù)據(jù)采集卡及數(shù)據(jù)處理單元等組成，分別考察了光源的驅(qū)動(dòng)電壓、兩偏振片之間的相對偏振角度、針孔直徑等因素對檢測結(jié)果的影響。在上述條件最優(yōu)化的情況下，對羅丹明B樣品溶液進(jìn)行了毛細(xì)管電泳分離及重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)的檢測限降至1.4×10-6 mol/L。從檢測光源與系統(tǒng)進(jìn)一步集成的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)并制作出以POAPF∶Ir(ppy)3為發(fā)光層的綠光有機(jī)發(fā)光

5、二極管器件，對其性能進(jìn)行了測試分析。利用電荷耦合器件的電子快門特性，實(shí)現(xiàn)了積分時(shí)間可控的較高靈敏度檢測。通過上位機(jī)程序設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了采集通道的任意設(shè)定，增強(qiáng)了應(yīng)用的靈活性和可靠性。針對有機(jī)發(fā)光二極管器件發(fā)光亮度較低的問題，通過在器件的玻璃基底表面貼附微透鏡陣列薄膜，提高了入射光的強(qiáng)度。使用LightTools光學(xué)仿真軟件，分析了圓形基底、正交排列的微透鏡陣列的占空比、透鏡接觸角、透鏡直徑等因素對有機(jī)發(fā)光二極管器件外量子效率的影響，確定了最