基于量子点的液相芯片检测关键技术研究及其系统研制

发布时间：2020-06-20 05:15

【摘要】：液相芯片是一种新型生物分析平台,整合了免疫分析、流体力学、激光与检测、电路等多项技术。它以微球为反应载体,在类生物内部环境的液相体系中检测蛋白质等大分子,只需少量样本即可多指标联合检测,检测速度快,减轻了患者痛苦,具有重要临床意义。目前液相芯片检测仪被国外公司垄断,其原理是采用有机染料对聚合物微球编码,在荧光编码微球上偶联特定检测物探针,与待测物在液相体系中反应,孵育后再加入荧光标记的报告分子,通过红、绿两束激光激发,分别识别编码微球和报告分子的荧光,从而对检测物定性或定量分析。这样的设计存在以下两个缺陷:第一,用有机染料编码的微球因染料激发光谱窄、发射光谱宽、易光漂白的特性造成光谱易重叠,导致仪器的准确度有限;第二,使用两束激光的设计造成仪器光学系统复杂、体积大、整机成本高。针对国内尚无产品化的液相芯片检测仪以及国外的产品使用有机染料和两束激光设计的缺陷,本文提出了一种基于量子点编码微球的液相芯片检测系统。该系统创新性地使用量子点代替有机染料对微球编码,利用量子点激发光谱宽、发射光谱窄、荧光效率高的特性弥补了荧光光谱重叠的缺点,提高了仪器的准确度。此外,本文所提出的检测系统利用量子点独特的光学特性设计了采用单束激光激发的光学系统,简化了现有仪器使用两束激光检测的结构,降低了仪器成本。本文的研究主要是分析液相芯片检测关键技术并设计液相芯片检测系统,具体内容如下:第一,机械结构设计。本文兼顾了液路的稳定性、光学的密闭性、硬件电路板与液路隔离摆放的需求,设计了小型、经济的机械结构;第二,系统液路设计。本文设计了以三维鞘液动力学聚焦原理为基础,以注射器驱动样本和鞘液,电磁阀控制液路开关的液路结构;第三,系统光路设计。本文结合激光器与量子点的发射光波长,设计了以流动室为中心、激光器和透镜激发、二向色镜、滤光片、透镜和光电倍增管检测的光路结构;第四,系统硬件设计。硬件设计主要包括了激光器驱动模块、荧光探测器检测模块、放大电路模块、A/D转换模块、高速数据传输模块、FPGA主控模块及运动控制模块等;第五,系统软件设计。软件程序设计包括了底层驱动与界面设计,实现了执行机构的控制、数据实时显示等功能。实验证明,本研究能够很好地解码不同浓度编码的量子点微球。
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN407;R318.0
【图文】：

吸收光谱,量子点,近紫外光,荧光

/ ）E--表示能量（J）如图1所示，控制大小不同的CdSe/ZnS量子点受相同波长的光照射，可获得不同发射波长的荧光如图2所示，荧光发射波长的变化范围随着组成量子点的化学成分的不同而变化图 1 近紫外光照射尺寸不同的 CdSe/ZnS 量子点产生不同波长的荧光[20]图 2 化学成分不同的量子点发射光谱范围[21]（2）量子点的吸收光谱宽且连续，发射光谱窄而对称，斯托克位移大有机荧光染料具有很窄的吸收光谱范围，不同的染料之间吸收光谱又存在差异，因此为了获得不同发射波长的荧光，需要用多束激光进行激发量子点的吸收光谱宽且呈连续分布，用任何波长小于量子点发射波长10 nm的激光器均可激发量子点荧光

吸收光谱,量子点,发射光谱,化学成分

E--表示能量（J）如图1所示，控制大小不同的CdSe/ZnS量子点受相同波长的光照射，可获得不同发射波长的荧光如图2所示，荧光发射波长的变化范围随着组成量子点的化学成分的不同而变化图 1 近紫外光照射尺寸不同的 CdSe/ZnS 量子点产生不同波长的荧光[20]图 2 化学成分不同的量子点发射光谱范围[21]（2）量子点的吸收光谱宽且连续，发射光谱窄而对称，斯托克位移大有机荧光染料具有很窄的吸收光谱范围，不同的染料之间吸收光谱又存在差异，因此为了获得不同发射波长的荧光，需要用多束激光进行激发量子点的吸收光谱宽且呈连续分布，用任何波长小于量子点发射波长10 nm的激光器均可激发量子点荧光，因此单束激光激发便可以获得不同发射波长的荧光量子点的发射波长分布窄且形状对称，半峰宽最窄可达30 nm左右

【参考文献】