傳統的激光誘導熒光檢測系統總體上存在體積過大、系統復雜，價格昂貴等局限性，不能滿足微流控芯片分析系統的應用需求。

與傳統的分析系統相比，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、化學發光檢測法、電化學檢測法以及熒光檢測法。

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

·系統設計與實現

圖1 檢測系統結構圖

檢測系統結構如圖1所示。系統由一臺鹵鎢燈、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。通過相應的實驗驗證，將激發光纖和探測光纖成110度的夾角放置時，激發光能透過微流控芯片的硅膠層順利激發芯片內熒光物質，且此時激發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合的方式可以滿足絕大多數熒光物質的激發和探測要求。

·軟件界面設計

上位機控制軟件是整個熒光檢測系統的核心，主要包括硬件連接、光譜儀參數設置、數據處理與顯示以及數據存儲等功能。本研究基于 LabWindows設計了的系統的控制及顯示界面。

圖3 軟件界面

·軟件詳細設計

光譜儀的驅動與參數設置，利用Ocean Optics 公司提供的OOIDrv32開發包進行二次開發，實現了USB2000光譜儀的驅動及參數設置.

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

圖4 主程序流程圖

·實驗及結果及分析

系統搭建完成后，基于本系統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，對系統的測試性能進行驗證。基于本系統對微流控芯片中不同濃度的羅丹明B熒光強度進行檢測，對系統的準確性進行測試。

圖5 微流控芯片

·結果

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到空白區域時（14s處），光強數值有所下降。表明本系統在積分時間為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據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，本論文研究的系統可靈敏地檢測到相應的濃度變化，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。

·結論

論文基于LabWindows開發平臺，結合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。系統不需要配置相應波長的激發光和濾光片，集成度高、操作簡單。控制程序具有良好的穩定及擴展性能，并能存儲數據以便進一步研究。通過不同熒光物質的對比和濃度梯度實驗，分別驗證了系統的檢測多樣性、精確度、靈敏度、線性度，實驗結果表明，系統的可靠性滿足微流控芯片內不同熒光物質的熒光強度實時檢測的要求，可以為后續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和分析手段。本系統的性能以及在微流控芯片熒光檢測上的有效應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研制[J]. 生命科學儀器, 2018, 16(06):43-47.

·參考文獻

[1]Manz A, Graber N, Widmer H M. Miniaturized total chemical analysis systems: A novel concept for chemical sensing[J]. Sensors & Actuators B Chemical, 1990, 1(1): 244-248.

[2]Hancock W, Apffel A, Chakel J, et al. Integrated genomic/proteomic analysis[J]. Analytical Chemistry, 1999, 71(21):742A.

[3]Takabayashi Y, Uemoto M, Aoki K, et al. Development and optimization of a lab-on-a-chip device for the measurement of trace nitrogen dioxide gas in the atmosphere[J]. Analyst, 2006, 131(4): 573.

[4]孫佳姝, 逯文晶, 蔣興宇. 基于微流控芯片技術的癌癥早期檢測[C]// 中國化學會全國生物醫藥色譜及相關技術學術交流會. 2016.

[5]Yuan L I, Xiao W H, Liao J, et al. A simple cellbased microfluidic assay technology for detection of cell apoptosis[J]. Military Medical Sciences, 2016.

[6]何晨光, 楊春江, 王馨. 微流控芯片技術的研究進展[J]. 中國國境衛生檢疫雜志, 2010(5): 357-360.

[7]蔣艷. 基于納米熒光探針的細菌芯片高效分析方法研究1[D]. 重慶大學, 2016.

[8] 王世立, 方肇倫. 微流控光譜分析進展[J]. 光譜學與光譜分析, 2000, 20(2): 000143-148.

[9]蔡恩林. 基于微流控芯片的微光電檢測系統研究[D]. 浙江大學, 2016.

[10]倪雅楠. 量子點熒光標記在微流控芯片檢測生物樣本中的應用[D]. 重慶大學, 2013.