悬浮式生物芯片的测试技术研究

【摘要】：生物芯片技术是一个多学科高度交叉的领域。生物芯片从形态上可以分为两类:片式生物芯片和悬浮式生物芯片。由于片式芯片的工艺复杂成本高,极大的限制了它的应用范围,特别是临床的使用。而悬浮式生物芯片由于它独有的灵活性将使其迅速从实验室走向产业化特别是临床使用成为可能。生物芯片是采用分子杂交原理进行工作,将待检测样品加以荧光染料标记,然后和已知结构的生物芯片进行充分杂交,最后用检测装置分析杂交荧光信号。因此生物芯片的检测技术是决定生物芯片能否得到应用的关键因素。 首先介绍了目前国际上所使用的悬浮式生物芯片检测技术即基于流式细胞仪的一维串行检测技术,然后描述了本课题所设计的悬浮式芯片检测系统的结构及其工作原理。测试系统包括微流场系统、光学系统及信号处理系统。为了提高检测速率首次提出二维流场设计进行二维检测。本课题研究的悬浮式生物芯片检测技术,由于采用了CCD凝结成像、并行检测的方法,将大大的提高悬浮式生物芯片的检测速度。系统采用较简单的结构实现荧光检测,这将大大的降低整台装置的成本。 微流场系统包括微流通道及样品推射装置。采用三种方法制作了多种尺寸的微流通道:机械加工、激光烧蚀和蚀刻法。从试验结果分析了各种微流通道的特点。为了保证系统检测数据的可靠性在流场的检测区域必须没有死区和湍流。从理论上分析了微球在流场中的宏观运动特征。最后给出试验观察到的流场中微球运动和静止的形态,得出了微球在流场的检测区域作平稳运动的结论。 光学系统由激发光光学系统、荧光收集成像系统和滤色系统构成。激发光光学系统将激发光源发出的光束按照一定的要求投射于液流通道上的检测区域,以激发微球体上标记的荧光物质。荧光收集成像系统收集检测区域内微球体上的荧光信号,并将检测区域成像于CCD光敏面。滤色系统:在系统光路中,滤选激发光谱,以及滤选和分离荧光信号。提出了光学系统每个部分的设计要求及各参量间的相互制约关系。 从一般荧光检测系统结构出发,详细分析了检测系统的探测灵敏度和系统各参量之间的关系。得到了荧光检测系统的探测灵敏度的理论表达式。最后计算出