懸浮式生物芯片的測試技術(shù)研究.pdf

1、生物芯片技術(shù)是一個(gè)多學(xué)科高度交叉的領(lǐng)域。生物芯片從形態(tài)上可以分為兩類：片式生物芯片和懸浮式生物芯片。由于片式芯片的工藝復(fù)雜成本高，極大的限制了它的應(yīng)用范圍，特別是臨床的使用。而懸浮式生物芯片由于它獨(dú)有的靈活性將使其迅速從實(shí)驗(yàn)室走向產(chǎn)業(yè)化特別是臨床使用成為可能。生物芯片是采用分子雜交原理進(jìn)行工作，將待檢測樣品加以熒光染料標(biāo)記，然后和已知結(jié)構(gòu)的生物芯片進(jìn)行充分雜交，最后用檢測裝置分析雜交熒光信號。因此生物芯片的檢測技術(shù)是決定生物芯片能否得到

2、應(yīng)用的關(guān)鍵因素。 首先介紹了目前國際上所使用的懸浮式生物芯片檢測技術(shù)即基于流式細(xì)胞儀的一維串行檢測技術(shù)，然后描述了本課題所設(shè)計(jì)的懸浮式芯片檢測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其工作原理。測試系統(tǒng)包括微流場系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)及信號處理系統(tǒng)。為了提高檢測速率首次提出二維流場設(shè)計(jì)進(jìn)行二維檢測。本課題研究的懸浮式生物芯片檢測技術(shù)，由于采用了CCD凝結(jié)成像、并行檢測的方法，將大大的提高懸浮式生物芯片的檢測速度。系統(tǒng)采用較簡單的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)熒光檢測，這將大大的降低整臺(tái)

3、裝置的成本。 微流場系統(tǒng)包括微流通道及樣品推射裝置。采用三種方法制作了多種尺寸的微流通道：機(jī)械加工、激光燒蝕和蝕刻法。從試驗(yàn)結(jié)果分析了各種微流通道的特點(diǎn)。為了保證系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù)的可靠性在流場的檢測區(qū)域必須沒有死區(qū)和湍流。從理論上分析了微球在流場中的宏觀運(yùn)動(dòng)特征。最后給出試驗(yàn)觀察到的流場中微球運(yùn)動(dòng)和靜止的形態(tài)，得出了微球在流場的檢測區(qū)域作平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)的結(jié)論。 光學(xué)系統(tǒng)由激發(fā)光光學(xué)系統(tǒng)、熒光收集成像系統(tǒng)和濾色系統(tǒng)構(gòu)成。激發(fā)光光學(xué)系

4、統(tǒng)將激發(fā)光源發(fā)出的光束按照一定的要求投射于液流通道上的檢測區(qū)域，以激發(fā)微球體上標(biāo)記的熒光物質(zhì)。熒光收集成像系統(tǒng)收集檢測區(qū)域內(nèi)微球體上的熒光信號，并將檢測區(qū)域成像于CCD光敏面。濾色系統(tǒng)：在系統(tǒng)光路中，濾選激發(fā)光譜，以及濾選和分離熒光信號。提出了光學(xué)系統(tǒng)每個(gè)部分的設(shè)計(jì)要求及各參量間的相互制約關(guān)系。 從一般熒光檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)出發(fā)，詳細(xì)分析了檢測系統(tǒng)的探測靈敏度和系統(tǒng)各參量之間的關(guān)系。得到了熒光檢測系統(tǒng)的探測靈敏度的理論表達(dá)式。最后計(jì)算

5、出本課題所設(shè)計(jì)的懸浮式生物芯片的檢測靈敏度大約為7.9個(gè)熒光分子/μm2。并且進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 生物芯片檢測系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)性能常用四個(gè)指標(biāo)衡量：空間分辨率、聚焦深度、工作距離和視場范圍。從分析這四個(gè)指標(biāo)相互制約關(guān)系出發(fā)，提出將多束相干照明方法用于懸浮式生物芯片檢測系統(tǒng)，并從理論上進(jìn)行了分析并得出結(jié)論：采用較小數(shù)值孔徑的收集透鏡和較大的照射光錐錐角，可獲得較大的工作距離和視場范圍及理想的聚焦深度，同時(shí)又使空間分辨率不受數(shù)值孔徑約束