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原文传递一种光声微流控探测系统及探测方法

专利名称：	一种光声微流控探测系统及探测方法
摘要：	本发明提供一种光声微流控探测系统及探测方法，属于光声探测技术领域。本发明探测系统包括激光激发模块、激光探测模块、微流控芯片和信号处理模块，其中，所述微流控芯片包括基板、设置在基板上的微流道及与微流道连通的进液口和出液口，还包括设置在所述微流道上方的棱镜，所述激光激发模块用于激发探测窗口的样本发出超声波，所述激光探测模块包括第二激光光源、设置在棱镜入射侧、对第二激光光源处理的第二光路和设置在棱镜反射侧的第三光路和平衡光探测器，所述平衡光探测器用于将所述S偏振光和P偏振光的强度差的变化转换为电压信号；所述信号处理模块用于接收所述平衡光探测器的电压信号并处理显示。本发明探测方式简单，成本低。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	广东;44
申请人：	深圳大学
发明人：	蔡建芃;吴佳霖;方晖;闫昇
专利状态：	有效
申请日期：	2021-12-07T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-01T00:00:00+0800
申请号：	CN202111485568.3
公开号：	CN114112923A
代理机构：	深圳市科吉华烽知识产权事务所(普通合伙)
代理人：	胡吉科
分类号：	G01N21/17;G01N21/63;B01L3/00;G;B;G01;B01;G01N;B01L;G01N21;B01L3;G01N21/17;G01N21/63;B01L3/00
申请人地址：	518000 广东省深圳市南山区南海大道3688号
主权项：	1.一种光声微流控探测系统，其特征在于：包括激光激发模块、激光探测模块、微流控芯片和信号处理模块，其中，所述微流控芯片包括基板、设置在基板上的微流道及与微流道连通的进液口和出液口，还包括设置在所述微流道上方的棱镜，所述棱镜下底面与微流道对应处设有探测窗口，所述激光激发模块包括第一激光光源、第一光路、所述第一光路输出用于激发探测窗口的样本发出超声波的光束，所述激光探测模块包括第二激光光源、设置在棱镜入射侧、对第二激光光源处理的第二光路和设置在棱镜反射侧的第三光路和平衡光探测器，所述第二光路的探测光以一定角度入射至棱镜内，聚焦在棱镜的下底面的探测窗口，然后由所述探测窗口反射的反射光进入第三光路，所述第三光路将反射光中的S偏振光和P偏振光分开，被所述平衡光探测器单独接收，所述平衡光探测器用于将所述S偏振光和P偏振光的强度差的变化转换为电压信号；所述信号处理模块的输入端与所述平衡光探测器输出端相连，用于接收所述平衡光探测器的电压信号并处理显示。 2.根据权利要求1所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述第一激光光源为脉冲激光，所述第二激光光源为连续激光光源，所述激光激发模块还包括光电探头，所述第一光路输出两路光束，其中一路被光电探头接收，另外一路用于激发样本发出超声波，所述信号处理模块还与光电探头相连，将光电探头接收到的光电信号作为触发。 3.根据权利要求2所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述第一光路包括扩束镜、滤光片、第一分束镜、第一反射镜和物镜，由所述第一激光光源发出的脉冲激光经过扩束镜准直放大，然后经过滤光片滤光，再经过第一分束镜分束，其中一束光进入光电探头，另一束光则经过第一反射镜反射进入物镜，聚焦于微流控芯片中的样品上，激发样品发出超声波。 4.根据权利要求3所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述信号处理模块包括滤波器，放大器和示波器，由激光检测模块里的平衡光探测器将检测到的P偏振光和S偏振光的强度差的变化转化为电压信号，先经过滤波器滤除干扰信号，再经过放大器放大信号，最后由示波器将信号采集，其中，示波器将所述激光激发模块里的光电探头接收到的光电信号作为触发，显示的即为光声信号。 5.根据权利要求1-4任一项所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述激光探测模块的第二光路包括起偏器、1/4波片、第一透镜、第二反射镜，所述第二激光光源发出的连续激光，通过起偏器变成线偏振光，经过1/4波片转为圆偏振光，圆偏振光经过第一透镜聚焦作为探测光，该探测光经过第二反射镜后，以接近全反射角的角度作为入射角从棱镜侧面入射至棱镜内，聚焦在棱镜的下底面。 6.根据权利要求5所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述第三光路包括第三反射镜、第二透镜、偏振分束器，所述透镜射出的反射光经过第三反射镜反射，经第二透镜聚焦后，通过偏振分束器将反射光中的S偏振光和P偏振光分开成两束，分别由高带宽的平衡光探测器的两个探头接收。 7.根据权利要求1-4任一项所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述第二光路包括起偏器、1/4波片、光纤、设置在光纤两端的第一光纤准直镜和第二光纤准直镜及设置在第二光纤准直器后端的第一聚焦透镜，所述第二激光光源发出的连续激光，通过起偏器变成线偏振光，经过1/4波片转为圆偏振光，圆偏振光经第一光纤准直镜，被光纤收集，然后通过光纤传输给第二光纤准直镜，所述第二光纤准直镜射出的光经过第一聚焦透镜聚焦在所述探测窗口中部，所述第三光路包括第二聚焦透镜、光纤、设置在光纤两端的第三光纤准直镜和第四光纤准直镜，还包括第二透镜、偏振分束器，反射光经过第二聚焦透镜后经过第三光纤准直镜，被光纤收集，传输给第四光纤准直镜，经第二透镜聚焦后，通过偏振分束器将反射光中的S偏振光和P偏振光分开成两束，分别由高带宽的平衡光探测器的两个探头接收。 8.根据权利要求7所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述棱镜、第二光纤准直镜、第一聚焦透镜、第二聚焦透镜和第三光纤准直镜一体设置为组合镜头，所述棱镜为底角角度略小于全反射角的等腰棱镜，所述第二光纤准直镜、第一聚焦透镜与第二聚焦透镜、第三光纤准直镜分布对称嵌入在所述棱镜的两侧，所述第二光纤准直镜和第三光纤准直镜的镜头镜面与棱镜侧面平行设置，所述第一聚焦透镜将光束汇聚在所述棱镜底面中部。 9.根据权利要求1-4任一项所述的光声微流控探测系统，其特征在于：所述微流控芯片包括载玻片基底和上方的PDMS板以及检测区域的棱镜，所述微流控芯片的处理方法为： (1)选择不同厚度的胶带，使用激光切割胶带形成具有微流道的结构； (2)将具有微通道结构的胶带贴合在平滑的皿具中； (3)将PDMS和固化剂以一定比例混合后搅拌，然后抽真空，待其由于抽真空而生成的气泡消失后，取出处理后的PDMS，其中，PDMS为聚二甲基硅氧烷； (4)将处理后的PDMS适量倒入皿具中，接着贴着胶带表面，于中心处放置棱镜，所述棱镜底边平行或垂直于微流道设置，同时，处理后的PDMS要没过棱镜底边； (5)加热烘干PDMS，得到带棱镜的PDMS板； (6)打上进液口和出液口后，将PDMS板和载玻片进行氧等离子体处理，再将二者不可逆地键合得到微流控芯片。 10.一种探测方法，基于根据权利要求1-9任一项所述的光声微流控探测系统实现，其特征在于，包括如下步骤： S1：激光激发模块发出激光，激发微流道内的样品发出超声波； S2：激光探测模块发出的激光经过第二光路处理后，聚焦至棱镜下表面的探测窗口； S3：激光探测模块对包括目标样品受激发后产生的光声信号的反射光，通过第三光路的处理，将反射光中的S偏振光和P偏振光分开，并被平衡光探测器的两个探头接收，所述平衡光探测器将所述S偏振光和P偏振光的强度差的变化转换为电压信号； S4：信号处理模块对电压信号进行处理，得到目标样本的光声信号。
所属类别：	发明专利