本文關鍵詞：基于微流控芯片的微光電檢測系統(tǒng)研究　出處：《浙江大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：微流控芯片技術日益成熟,已經由科研階段進入到實際的應用領域,相應的微流控檢測技術隨之得到了快速發(fā)展。本文主要是借助微流控技術平臺,以生物樣品為例,探討開發(fā)適用于微弱生物信號檢測的微光電檢測系統(tǒng)。本文首先研究了微流控技術相關的檢測手段和方法,針對熒光和吸光度這兩種生物樣品的常規(guī)檢測方法,文中創(chuàng)新性提出了將熒光檢測和吸光度檢測聯(lián)合應用在同一臺設備內的系統(tǒng)方案。熒光和吸光度同臺設備聯(lián)合檢測,能夠最大限度的擴展微流控使用范圍,在進行未知病毒或者生物樣本進行檢測時,可以使用吸光度掃描與熒光檢測結合的方法,通過此方法,可以更加準確的進行生物分析和樣本身份驗證。此外,由于熒光和吸光度兩種檢測方式在可以在同一臺設備上實現(xiàn),不需要更換檢測儀器,從而避免了人為操作誤差。為了能夠剔除微流控芯片材料本身產生的熒光和吸光度信號誤差,本文又提出了對比光路檢測方案。根據(jù)對比光路設計方案,在進行光學系統(tǒng)設計時,本文采取了系統(tǒng)分光與遠心光學系統(tǒng)相結合的設計思路；在進行吸光度和熒光聯(lián)合檢測時,采用了變化工作距離的方法。此外,吸光度檢測是基于特征波長特征吸收的原理,激發(fā)波長要求與檢測物質相對應,所以系統(tǒng)需要動態(tài)改變波長,此系統(tǒng)改變波長是采用光機電結合技術,通過動態(tài)調整鏡組間距的方法來實現(xiàn)。另外一方面,在進行吸光度時,由于微流控芯片光程超短,往往只有微米級,所以針對微流控芯片的吸光度檢測,本文提出了將二次諧波檢測技術應用于微流控生物檢測領域,并為此進行了理論設計和實驗驗證。本文的另外一部分,主要是進行整體實驗與結果分析,在實驗裝置中,從光學系統(tǒng)搭建過程研究到電路系統(tǒng)框架系統(tǒng)的研究都進行了相關介紹與說明。同時,關于與靈敏度患息相關的二次諧波技術,經過了多次的分析和改進。在進行激光誘導熒光樣品實驗中,由于扣除的材料本底等誤差信號,與傳統(tǒng)的微流控激光誘導熒光儀器相比,本文中的對比通道檢測系統(tǒng)能使儀器的檢測靈敏度提高2到3個數(shù)量級。此外,由于對比通道的檢測能夠剔除激光光源的光強變化,從而在提高靈敏度的同時提高了系統(tǒng)的檢測基線穩(wěn)定性。另外一方面,對于二次諧波技術應用于微流控吸光度檢測進行了多次理論計算和樣品測試。根據(jù)樣品測試結果來看,在進行吸光度檢測時,直接吸收不能檢測出信號的情況下,此系統(tǒng)采用二次諧波頻率檢測的方法,仍然能夠檢測出很強的信號,從而驗證了系統(tǒng)方案的可行性。整體實驗結果表明,此系統(tǒng)擁有了激光誘導熒光與吸光度聯(lián)合檢測的能力,同時微流控芯片上的熒光檢測技術和吸光度檢測技術都得到了很大改善。
[Abstract]:Microfluidic chip technology has become more mature, from the stage of research into practical application, corresponding with microfluidic detection technology has been rapid development. This paper is mainly using microfluidic technology platform in biological samples, to explore the development of micro optical detection system for weak signal detection. Organisms are studied in this paper. Microfluidic technology related testing methods and methods for routine detection of fluorescence and absorbance of the two biological samples, this paper proposes innovative system scheme combined with fluorescence detection and absorbance detection in the same device. The combined detection of fluorescence and absorbance with the equipment, can be extended to maximize the use of microfluidic in the range of unknown viruses or biological samples, can use absorbance method combined with scanning and fluorescence detection, through this method, can be more With accurate biological analysis and sample authentication. In addition, the two ways of detecting fluorescence and absorbance can be achieved on the same machine, do not need to replace the testing instruments, so as to avoid human errors. In order to eliminate the microfluidic chip material producing fluorescence and absorbance signal error of this the comparison of optical detection scheme. According to the comparison of optical design scheme in optical system design, this paper adopts the design idea of the system combining light and telecentric optical system; the absorbance and fluorescence joint detection, using the method of changing working distance. In addition, the absorbance detection is the principle of absorption characteristics based on the characteristics of wavelength, excitation wavelength and detection of substances should be relative, so the system needs to dynamically change the wavelength, the wavelength is changed by optical electromechanical system combined with the technology, through the Method of dynamic adjustment of mirror group spacing to achieve. On the other hand, the absorbance, microfluidic chip optical ultrashort, often only micron, so for absorbance detection of microfluidic chip, this paper put forward two harmonic detection technology used in microfluidic detection field, and the theory of design and experimental verification. Another part of this thesis, mainly analysis the whole experiment and the results were in the experimental setup, build from the optical system research process research to the circuit system of the system are introduced in detail. At the same time, with about two harmonic sensitivity with related technology, through analysis and improvement for many times the laser induced fluorescence samples. In the experiment, the deduction of material of the bottom of the error signal, compared with the traditional micro fluidic laser-induced fluorescence instrument, compared in this paper Channel detection system can make the detection sensitivity of the instrument is increased by 2 to 3 orders of magnitude. In addition, the contrast detection channel can eliminate the intensity change of the laser light source, in order to improve the sensitivity and improve the detection of baseline stability system. On the other hand, the two harmonic technology conducted a number of theoretical calculation and test in microfluidic absorbance detection. According to the test result, the absorbance detection, direct absorption can not detect signal, this system uses two harmonic frequency detection method is still able to detect a strong signal, in order to verify the feasibility of the system. The experimental results show that this system have the ability of laser induced fluorescence detection and absorbance, and fluorescence detection technology and absorbance detection technology on microfluidic chip have been great Improve.

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN492

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本文編號：1417684