基于毛细管电泳芯片的激光诱导荧光检测系统的开发和应用研究

摘要

本文首先回顾了毛细管电泳芯片的国内外研究现状，该芯片可被用于DNA和蛋白质检测、农药残留检测、食品安全监测、兴奋剂检测等方面，属于世界热门研究课题，具有重要的其应用前景。随后指出本文研究重点为：芯片的准分子激光制备研究、激光诱导荧光检测系统研究以及应用该系统对Cy5染料进行分离检测。 准分子激光微加工方法是一种快速高效的冷加工方法．通过应用SEM、3D-Profiler、光学显微镜等作为检测手段，对PMMA被准分子激光刻蚀后的表面形貌、单脉冲刻蚀率、粗糙度、水下刻蚀减小热影响区的规律等方面进行了研究，总结出了制备PMMA基毛细管电泳芯片的优化参数，并在该参数下制备出了该芯片，芯片通过热压键合设备和相同尺寸的盖片键合在一起。通过上述研究发现：准分子激光刻蚀PMMA的过程是一个光化学、光热以及羽辉共同作用的结果，水下刻蚀可使得热影响区得到大幅度降低，热压键合可使得微通道底面粗糙度降低50hm． 对于本文采用略入式的激光诱导荧光检测系统，应用Zemax软件和Scope软件模拟了荧光发光点尺寸，以及荧光发光点与荧光物镜之间的距离发生改变时对荧光系统收集荧光效率的影响。通过模拟，发现对于本系统，发光点的尺寸小于0．7mm，以及荧光发光点与荧光物镜之间的距离在荧光物镜焦距附近1mm的范围内调节时，整个系统荧光收集效率较高。最后，应用该系统对浓度为6．31×10-7mol/L的Cy5荧光染料实现了分离检测。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 毛细管电泳芯片研究现状

1.2.1毛细管电泳芯片概念

1.2.2 国内外研究现状

1.2.3毛细管电泳芯片的种类与应用研究

1.3 芯片材料以及荧光染料种类

1.4 微加工方法

1.4.1光刻和蚀刻技术

1.4.2热压法

1.4.3注塑法

1.4.4激光烧蚀微加工方法

1.5 封装

1.5.1热键合

1.5.2阳极键合

1.5.3粘接

1.5.4微流控器件和外部设备的耦连

1.6 毛细管电泳芯片的特点

1.7 本论文研究内容

第二章 高聚物基毛细管电泳芯片的准分子激光制备研究

2.1 准分子激光微加工方法

2.1.1准分子激光器

2.1.2准分子激光微加工系统

2.1.3准分子激光光束质量

2.1.4准分子激光微加工技术的优点

2.2 准分子激光刻蚀聚合物材料的研究

2.2.1准分子激光刻蚀聚合物材料的特点

2.2.2准分子激光刻蚀聚合物材料的理化模型

2.3 准分子激光刻蚀PMMA规律研究

2.3.1 PMMA刻蚀形貌研究

2.3.2 PMMA准分子激光单脉冲刻蚀率研究

2.3.3粗糙度随加工能量密度的变化

2.3.4刻蚀深度和脉冲数之间的关系

2.3.5水下刻蚀有效减小横向热影响区

2.4 准分子激光刻蚀毛细管电泳芯片进样池的研究

2.5 毛细管电泳芯片的制备

2.6 清洗和热压键合

2.7 结论

第三章 激光诱导荧光检测系统

3.1 激光诱导荧光检测研究现状

3.2 荧光收集系统

3.2.1荧光光斑尺寸对荧光收集的影响

3.2.2荧光物镜聚焦不准对荧光收集的影响

3.3 激发光

3.4 荧光探测器

3.5 信号采集与处理系统

3.5.1 PCI板卡的调试

3.6 高压电源模块

3.7 机械设计

3.8 荧光检测

3.9 结论

第四章 总结与展望

4.1 总结

4.2 展望

参考文献

博士后期间发表的论文与申请专利

致谢