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微流控光学检测技术 - 汶颢股份

2019-08-09 14:27:42 苏州汶颢微流控技术股份K8彩票 已读

微流控光学检测技术 - 汶颢股份

微流体技术需要合适的检测技术以便以灵敏且可扩展的方式分析实验结果。最常见的方法是光学检测技术,电化学检测,机械分析,光谱学方法(拉曼光谱,核磁共振光谱)和质谱(MS)。

1.用于微流体的光学检测系统

可以基于光学方法,成像系统或镜头的来完成几种光学检测技术。简而言之,检测系统可分为片外(或自由空间系统),其中检测组件(光源,镜和检测器)未集成在微流体装置内,光在空气中传播,并集成(on-chip)设备。Optofluidic技术源于微光学和微流体的整合。无透镜成像可以通过无透镜技术进行。此外,新兴的成像技术使用纳米粒子标签和纳米工程材料进行光学检测

常规和片外成像方法OFF-CHIP IMAGING)

使用显微镜等散装系统干涉仪仍然普遍存在,因此微流控已广泛应用于bright-field, phase-contrast, confocal and DIC microscopy以及干涉仪。除光学检测外,还可以通过ATR-FTIR光谱法进行化学成像。由于仪器系统与微流体平台耦合的便携性,光学检测是主要的检测技术,然而这种装置难以小型化并且由于光学路径长度短而显示出低的灵敏度。由于光学器件的快速发展,光学检测现在提供了使用LED,激光器,二极管作为光源,微透镜,波导和用于检测的光纤以及PMTsCCDsCMOS作为传感器。

图2.使用倒置显微镜和PMT检测器在单个红细胞分析中进行微流控芯片电泳。

2.使用倒置显微镜和PMT检测器在单个红细胞分析中进行微流控芯片电泳。

集成成像方法(片上成像-ON-CHIP IMAGING

在片上成像系统中,光学和光电元件完全集成在微流体平台中。与芯片外设备相比,这些系统的主要优点是独立于操作员,增加了便携性,灵敏度,集成度和调整光学特性的能力。此外,片上成像可以通过无影像技术进行,如阴影成像或数字在线全息shadow imaging or digital inline holography)。

2.微流控应用的光学检测技术

最常见的成像技术见如下表格。基于分析物,这些技术可用于分析生物化学(蛋白质检测,细胞计数,酶动力学),POCT,细胞生物学,免疫分析检测以及筛选应用和液体操作。它广泛用于医疗领域,还扩展到工业和环境领域。

Technique

Principle

Properties

Absorbance

Measure of the attenuation of incident radiation in function of the wavelength

Simple instrumentationLow sensitivity

Fluorescence

Measure of emission light from a fluorophore

High sensitivityHigh selectivityEase of incorporation

LIF and LEDIF

Excitation is caused by a laser or LED source

Focus on small volumes and low reagents amountsSingle molecule detection

Chemiluminescence

Measure of energy release in a chemical reaction

High sensitivity and portabilityDoes not require a light sourceLimited number of reagentsPoor reproducibility

SPR

Measure of refractive index change of a sample in contact with a metal film

High sensitivityComplex and expensive instrumentation

Interferometers-based techniques

Measure of the phase shift caused by the analyte binding

High sensitivityLabel-free

SERS

Measure of plasmonic effect of metal substrates or nanoparticles

High reliability and reproducibilityHigh sensitivity

1.最扩散的光学技术列表,它们的工作原理和特性

3.用于微流体的光学检测组件

光源

LED和微型二极管激光器可用性和低成本已经广泛用于微流体装置中,而有机LED(OLED)和染料激光器因易于完全集成在其中及其多功能性是当前文献中使用最广泛的光流体光源。

图3.嵌入式光纤在蛋白质免疫测定中用于荧光测量的用途

3.嵌入式光纤在蛋白质免疫测定中用于荧光测量的用途

光学元件增加检测

标准方法是使用光纤,因为光纤既可以传输又可以检测,易于获得并且适合与其他光学组件组合。通过引入微透镜和波导可以改善吸光度,荧光和干涉测量。波导可以归类为渐逝波,如液晶波导(LCW)基于干涉,如 photonic crystals ARROWs detectors。

图4.用于聚焦和扫描的聚合物微透镜

4.用于聚焦和扫描的聚合物微透镜

检测器

可以通过使用各种不同的检测器来执行光学检测; 传统的是PMT,CCD传感器,其中CCD也允许执行多路复用。集成探测器通常是光电二极管(硅或有机OPD)和CMOS传感器,也允许无透镜成像。

4.微流体光学检测系统的新前景

随着对廉价、自动化、功能强大和可移植的平台的需求日益增长,需要灵敏且可扩展的光学检测器。如Myers等人所述,可以在纳米工程探针中识别出一类新的成像探测器,如量子点(QDs),纳米粒子和生物传感器。有趣的是,通过使用智能手机相机作为光源和探测器,开发基于智能手机的微流体平台可以实现快速,低成本和简单的分析。此外,已经努力开发具有基于高速光学技术和nanoscopy 的成像系统的平台,以超越传统光学检测方法的空间和时间限制。

图5.用于免疫传感应用的QDs的示意荧光图像和发射光谱

5.用于免疫传感应用的QDs的示意荧光图像和发射光谱

词汇:ARROW, antiresonant reflecting optical waveguides; CCD, charge-coupled device, CMOS, complementary metal-oxide-semiconductor; LCW, liquid-core waveguide; LED, light-emitting diode; LEDIF, LED-induce fluorescence LIF, laser-induced fluorescence; OPD, organic photodiode; PC, photonic crystal; PMT photomultiplier tube; POC, point-of-care; SERS, surface enhanced Raman spectroscopy; SPR surface plasmon resonance.

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