[发明专利]一种基于微流控芯片粒子捕获式的单粒子散射测量装置

说明书

技术领域

本发明属于光学与测量领域，更具体地，涉及一种基于微流控芯片粒子捕获式单粒子散射测量装置。

背景技术

光散射作为一种重要特性广泛应用在生物、医药、化工、环保等多个领域；光散射测量方面，有着多种方法，包括动态光散射法、小角前向散射法、角散射法、全散射法等，而目前结合了微流控芯片技术进行粒子散射测量的技术也有着多种手段。

一是基于CCD检测的小角度散射特性(检测对象小角度范围内散射场分布)的测量，利用光束质量较好的激光器1作为光源，经透镜系统耦合光束到单模光纤中入射球形单粒子中，检测端通过聚焦透镜系统将散射光投射于CCD,以此来进行散射特性测量。该技术的特点是利用CCD的灵敏度测量散射，反应速度快，完成了单粒子小角度范围内散射分布的测量，基本符合理论预计曲线，同时利用了散射分布测量了粒子尺寸，但以上技术只是针对小角度散射特性的测量。二是利用光电倍增管11作为探测器对单个血红细胞进行了小角度散射分布的测量，同样利用激光器作为光源，使用显微镜观察光线入射情况，探测段使用光电倍增管11,这种技术实现了一种不规则粒子-血细胞的散射分布测量，但同样局限于小角度范围内的分布。三是通过测量群粒子的散射特性，使用同样规格的球形粒子，通过近似后得到群粒子的散射场分布，这种手段近似过程中忽略了粒子相互的反射影响，没有的得到单粒子散射的准确分布情况。

微流控芯片作为一种在上个世纪九十年代开始获得关注的新兴技术手段，近年来广泛得到应用。微流控芯片早期使用硅和玻璃做基底材料，后来转移到聚合物，尤其是聚二甲硅氧烷。现在商业微流控芯片系统已有一些成功的应用样例。相比于大量化学溶液反应过程，微流控芯片系统具有很多优势。因其体积小，反应速度快、样本消耗量小、易于做成便携设备用于现场测试。因此，微流控芯片可以应用于多个领域，具体的应用包括临床快速诊断、细胞分析、核酸检测、药物代谢、蛋白质代谢物组学、环境分析、空间探测领域。如三磷酸腺苷探测的相关应用、水体亚硝酸盐磷酸盐金属探测、海水pH监测等应用。

本发明利用微流控芯片技术，设计相应光机电装置，通过单粒子捕获，从而测量得出单粒子散射场分布。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于测量单粒子在平面内大角度范围的散射场分布，旨在解决原有方案无法进行大角度单粒子散射场测量的问题；本发明的另一目的在于解决单粒子环境的建立和捕获问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种单粒子散射测量装置，包括光源、分光光路、测量对准组件、探测组件，微流控芯片，其特征在于：

所述光源包括激光器和激光器调节具，激光器固定在激光器调节具上，由激光器调节具调整高度和垂直于光轴方向的横向位置；

所述分光光路包含分光镜和全反射镜，分光镜用于将激光器产生的激光分为主光路和参考光路，主光路穿过分光镜，入射至微流控芯片上；参考光路折射至全反射镜，经全反射镜反射到微流控芯片上，全反射镜装在全反镜调节具上，通过调节具调整反射角度；

所述测量对准装置包含外圆盘、内圆盘、比色皿、金属丝、上定位圆片、下定位圆片、三轴调节具；其中内圆盘和外圆盘上下相嵌，内圆盘置于外圆盘的上方正中，两者圆心重合，外圆盘置于工作平台上，且可连同内圆盘绕圆心转动；比色皿固定于内圆盘中心；上定位圆片、下定位圆片分别嵌在比色皿顶部和底部，金属丝通过上定位圆片的圆心，穿过比色皿圆轴中心，到下定位圆片圆心固定；

所述探测组件包括PMT、PIN管、示波器、显微镜和计算机；PIN管固定在参考光路上，用于接收全反射镜反射的光；PMT通过PMT调节具固定于外圆盘上，通过PMT调节具调整其空间位置和角度，用于接收微流控芯片内测试样本的散射光，PMT、PIN管输出端分别从不同输入通道接入示波器；显微镜固定在外圆盘上，显微镜的物镜对准微流控芯片中心，显微镜输出连接计算机，用于辅助观察粒子捕获情况；

所述微流控芯片结构包括输入流道、输出流道和圆环流道，圆环流道一端垂直于开口处切线方向延伸出作为输入流道；圆环流道另一端垂直于开口处切线方向延伸作为输出流道；输入流道和输出流道平行，输入流道和输出流道通过连通管道连通，所述连通管道靠近输入流道端口径较大，靠近输出流道端口径较小，连通管道截面尺寸和形状根据所要测量的粒子形状大小选取，用于捕获测量样本的单粒子；连通管道的中心即为微流控芯片中心。

进一步的，所述的单粒子散射测量装置中，所述微流控芯片输入流道端部分为多个子流道。