微流控分析芯片中分光光度法吸收光谱分析的研究

摘要

微流控芯片是微型全分析系统(μTAS)中当前最为活跃的领域和发展前沿,它集中地体现了将分析实验室的功能转移到芯片上的思想.而微流控芯片上的探测器的总体性能将影响整个芯片分析系统的检出限、检测速度、适用范围、体积等指标,是微流控芯片分析系统的一个关键部分.本课题针对微流控芯片探测过程中需要样品剂量少、与微流体芯片集成等要求和目前微流控芯片中吸收光度检测器存在的缺点,设计了两种在芯片内用分光光度法对混合液体的吸收光谱进行探测的方法.采用直接吸收探测时:透镜使得液体中的光束为平行光束,样品对光有一定的吸收,比较进入样品前后的光谱来确定样品中某种成分的浓度.这种传统的生化分析方法已经广泛地应用于医院.微流控芯片中探测池通常较小,探测池在传输方向的长度限制最大光程,如果在其他方向的可以制作得足够小的话,所需要的样品量就可以大大减小.基于这种思想,本课题首次采用了微型自聚焦透镜作为探测光输入输出器件,使得在光程不减小的情况下,需要探测的样品量由传统的l~2mL减少到50 μ L.采用消逝波间接探测时:利用光纤传感器中消逝波的产生和吸收原理[补1],制作具有高灵敏度的消逝波光纤传感器,消逝波光纤传感器使得光纤芯与被探测样品直接接触,当可见光在光纤中传播时,光纤芯外的消逝场与吸收样品发生作用,光强会有减弱,通过比较发生作用前后的光谱的变化确定样品的浓度.利用卤钨灯可见光光源、自行研发的微型光纤光谱仪,利用直接探测法和消逝波间接探测法对生化样品(主要是血清与溴钾酚绿混合液)进行了探测.实验通过探测吸收光谱,比较液体的吸收峰来确定血清中白蛋白的含量.与λ-9双光路光谱仪探测相比较,直接探测法吸光度误差为5.5％;消逝波探测与直接探测法相比,消逝波探测的吸光度灵敏度为直接探测的52.3倍.结果表明,两种方法均适用于微流控芯片,直接探测法具有原理简单,消耗样品量少,结构容易实现等优点;消逝波探测法具有需要样品量极少、灵敏度高、易于集成等的优点.

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符号及缩略词

第一章绪论

§1.1微流控芯片的发展

§1.2微流控芯片上的光探测的功能、分类和发展现状

§1.3本课题的提出和本论文研究的内容

第二章微流控芯片上光度分析的原理

§2.1微流控芯片整体结构和芯片上光探测的特殊要求

§2.2紫外-可见吸收光度法和自聚焦透镜工作原理

§2.3芯片上消逝波探测吸收原理

§2.4本章小结

第三章芯片上吸收光谱分析单元的制作工艺

§3.1直接吸收探测单元的制作

§3.2消逝波光纤探测单元的制作

§3.5本章小结

第四章微流控芯片中吸收光谱实验及其分析

§4.1血清白蛋白溴甲酚绿测定原理

§4.2直接吸收探测单元的探测分析

§4.3消逝波探测单元的探测分析

§4.4小结和结论

第五章结论与后续工作

参考文献

作者在硕士期间发表论文目录及申请专利

致谢

长春光学精密机械与物理研究所硕士学位论文原创性声明