基于OLED及OPD的高通量集成微流控生物芯片及其检测系统研究

为满足后基因组时代的研究，以及流行性疾病、血液和药物等筛查过程中大量平行检测和分析的需求，为实现微流控分析系统的微型化和集成化，本项目在前期研究工作的基础上，将多通道连续流动式PCR扩增反应芯片、微流量传感器、并联无阀微泵、多通道毛细管电泳芯片集成在同一基体上，利用线阵列式有机发光器件(OLED)作为光源，采用与OLED垂直层叠结构的有机光电探测器(OPD)阵列采集荧光信号，研制微型化集成化的高通量微流控生物芯片及其检测系统。该系统将被测样品的扩增反应与毛细管电泳分析相结合，采用并联无阀微泵驱动样品移动，通过在OLED和OPD间设置相互垂直的偏振片滤除激发光的干扰，利用嵌入式系统进行系统控制及信号处理，在增强系统功能的同时将大大缩小仪器的体积。尚未见到与本课题所提出的集成系统结构相似的报道，本申请具有较大的创新性及自主知识产权。该项目具有良好的前期研究工作基础，可以实现预期研究目标。

本项目以微流控分析系统的微型化和集成化为出发点，通过对分立器件及检测系统结构的优化研究，大大缩小了毛细管电泳芯片分析及检测系统的体积，研究内容包括：.（1）运用数值模拟方法分析了收缩/扩散型无阀微泵腔的流动特性，在并联无阀微泵的结构设计及其优化基础上，利用MEMS技术完善了无阀微泵的制作工艺，分析了压电片和磁力驱动的效果，实现了对PCR芯片中样品的进样驱动。.（2）设计了基于光纤扫描式多通道毛细管电泳芯片检测系统，采用绿光半导体激光器，利用V形结构的两根单模光纤传输激发光和荧光信号，以雪崩二极管检测荧光信号，通过曲柄将电机的匀速旋转变换为扫描轴的往复式运动，实现了结构简单的多通道扫描检测。 .（3）采用片式LED光源及两片偏振方向互相垂直的线性偏振片，利用针孔、CCD器件、数据采集及信号处理等单元，组建了基于偏振隔离结构的垂直层叠式电泳芯片荧光检测系统，大大缩小了检测系统的体积，提高了系统的信噪比。.（4）设计并制作出以POAPF:Ir(ppy)3为发光层的绿光有机发光二极管器件，通过在器件的玻璃基底表面贴附微透镜阵列薄膜，提高了器件入射光强度，实现了对罗丹明B样品的电泳分离检测。.（5）开展了基于FPGA的循环数目可选的连续流动式PCR芯片研究，采用有限元分析方法进行加热器和温度传感器版图结构设计，利用MEMS加工技术制作出Pt薄膜加热器和温度传感器及毛细管电泳芯片，并封装成CF-PCR-CE芯片。利用该芯片对植物DNA样品进行扩增反应，实现了样品从扩增至毛细管电泳的一体化检测。.（6）开展了基于PDMS薄膜的热驱动式微阀研究。利用有限元软件对弹性薄膜进行了热-结构耦合分析，根据优化的结构参数采用MEMS技术完成了微阀的制作。在单通道微阀特性的测试分析及结构优化基础上，实现了多路微通道内液态样品的流向控制。 .（7）为了将光电探测器集成在电泳芯片上，开展了有机半导体光电探测器（OPD）的研究，在器件结构、材料组成、制备工艺及性能分析方面得到初步研究结果。.（8）PDMS的疏水性不利于生物样品在通道内的移动，采用臭氧紫外法对其表面进行改性处理，使PDMS表面水接触角变小，亲水性明显增强，并利用多种表征方法分析其改性机理。 .（9）根据低电压电泳芯片的驱动原理，设计了十字形和螺旋形通道的低电压电泳芯片，根据ANSOFT 分析结果进行芯片结构的优化，完成了芯片的制作，