液相生物芯片检测技术的改进

教务一体化系统

第二期年月

曰：闲眼休砚铨姻亲转酪程凝粗夏激光与光电子营进展，液相生物芯片检测技术改进

张珉王小兵孙斌卢常勇韩良清武汉兵器士官学校光电技术研究所在武汉简介中介绍了液相生物芯片检测技术的进展

提供了一种快速、准确、高灵敏度分析液相生物芯片的检测技术。 该技术利用数字图像采集技术获取二维检测区域的微球探针荧光信号，提高了检测速度。 微流场是液相芯片的检测场所，研究了微流场系统的设计和流速控制方法。

关键词液相生物芯片检测技术改进微流场系统中图分类号工

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()”引言

为了有效且大规模地获取海量的生物信息，基于微细加工、自动化、化学合成技术

生物芯片，周。 这种受计算机芯片启发发展起来的芯片，已经在诊断疾病

在新药开发、药物筛选、环境保护、基因功能研究等领域得到应用。 固体生物芯片技术在面积小的基板上有规则地排列成格子状

制造一系列固定位置的可寻址识别分子，使测定对象分子和这些识别分子发生杂交反应，集成在基板上

获得成千上万或更大规模的生物信息，用化学荧光法、化学发光法、同位素法或酶标记法表示这些生命信息

、精密的扫描仪或摄像技术记录信息，计算机分析软件处理组件的总信息。 该固态芯片实现了生物信息的高通量、并行检测和快速分析。 但其制作时采用固定固体平面微阵列

针对不同的检查

因为对象是制造不同的生物芯片，所以成本高，也有复杂的制造技术

、微阵列的均匀性问题、反应的亲和性和漂清问题限制了该固态芯片的运用。

采用以不同规格粒料为检测载体的液相芯片，可以克服固体芯片的缺点。 液相芯片实际上是不同探针分子固定的微球悬浮体系，通过检测和分析悬浮体系中微球上的分类荧光和报告分子上的标记荧光可以获得有关待测分子的信息。 这种液相芯片

根据检测对象随时配置微球和探针分子，大幅降低成本，实现液相

在环境中，有利于微球探针与受试者的杂交反应，保留蛋白质组分

子天然结构像在检测和获取信号的过程中也没有清洗问题。 这样的继承

受固态芯片的好处，灵敏度高

，具有简便廉价等特点的液相芯片将是未来人们获取生物信息的主要分析平台。

世纪年代

与分析技术一起

、微加工技术的发展、材料、电子、光学仪器、计算机等领域的经纪人，人们提出

“微全分析系统”

收到稿件日期修订后，作者介绍张玺，男，江苏启东市人，讲师，硕士

主要从事激光技术的研究和教育。 一只螃蟹

第一卷

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由于激光和光电子李的进展，

测试员。 由于串行检测，检测速度慢

、和复杂的光学系统需要设计

另外，还需要设计高电压偏置和低噪声放大电路，整个检测系统复杂，成本高。 群

，将分析实验室的功能转移到便携式分析设备上，实现分析设备的集成化、便携式、自动化。 微型

流分析技术与毛细管电泳分离、技术

、荧光检测技术等相结合发展迅速，分析化学、生命科学

医学

被广泛应用于环境保护等领域。

提出了将微流分析技术与荧光编码液相芯片技术相结合，改进液相芯片检测技术。

传统检查方法

液相生物芯片的传统检测方法是利用流式细胞仪作为检测平台，以不同基质的单列微球为检测载体获取生物信息。 如图所示

、使测定对象分子与固定有探针分子的微球杂交，制成测定对象悬浮试验液，以一定的压力从喷嘴喷出测定对象液后，微球通过鞘液在检测区域呈一列分布，依次流过检测区域。

教育部职业教育与成人教育司

不同波长激光同时检测微球探针上的红色分类荧光和报告分子上的绿色标记荧光。 红色刺激

光激发微球探针上的红色分类荧光

中选择所需的族。 根据分类后的荧光信号，对微球探针进行分类，分别

不同的分子反应被区别开来。 绿色激光激发绿色标记荧光，目的是确定与微球探针结合的标记荧光数量，确定与微球探针结合的被测分子数量。 因此，通过对红绿二色性激光的同时检测，可以确定键合的被测分子的种类和数量。

采用该检测技术，每秒可检测数十个至上百个微球探针。 通过

通过检测微球探针的前向散射光和侧向散射光判断微球探针是否粘连，得到微球探针的尺寸。 前向散射光多作为探测器，侧向散射光和荧光作为探测技术的改进

为了实现多微球探针的二维并行检测，设计了提高检测速度

开发了一种新型液相生物芯片检测方案，其原理如图所示。

本设计为宽通道微流场系统

、流场通道扁平，通道截面为宽深比大的矩形，其中微流场由精确的推进装置形成

如图所示。

直线电机控制着特殊的推进装置

使悬浮有用不同分类荧光标定的微球探针的待测液体匀速流入流场通道。 分别使用经光束镜

展宽波长是’的宽光束脉冲光照射喷流场的检测区域，即液相生物芯片的被检液。

漂浮在被测液中的微球探测图检测方案原理图监护权第一卷

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娜娜叫我贾膝窝闲网邵润妇自闷甲翔。 《黑澹雏磷如何发生缪综溃案，焚墓继续激光与光电吕营进展滩》

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激发光源

图微流场系统示意图

针夹人两种不同比例的红光前向散射光和微球探针缝隙标记荧光，是两种荧光发射波长的直接光干涉造成的。 各个根据是和。 作为获得波长的图像，计算分钟

的绿色荧光标记报告分析，可以得到检测出的液相生物芯片的子代。 三种波长的激光激发荧光反过来需要的所有信息。 镜反射

被聚光透镜聚光后，被分光反射镜分离，波长为分析的荧光通过带通滤波器，本检测方案利用高灵敏度进行收集

，进行荧光检测以获得报告分子灵敏度，并用划出的绿色标记荧光强度分布。 使用了那个高压电源、低噪音放电

分光反射镜是波长为’的大电路，而且读出电路进一步分离’的荧光

、因为波长集成在单片芯片上，本测试技术’的荧光通过带通滤波技术在保证灵敏度的同时简单设计收集，波长方便。 利用计算机强大的计算荧光，使其通过滤色片后发挥作用，对测量数据进行软件处理和采集，可以获得红色的分类荧光信息，整个检测系统设计方便灵活

进而对微球探针进行分类

即，与许多功能能够通过软件算法实现情况对应，与微球的探针地址对应。 降低了对检测系统硬件的要求，便于用同一张图像采集卡提高采集等级。 另外，采用了利用多列微球并行输出的图像数据进行个检测的方法

大幅提高了检测速度的同步曝光速度

捕获图像。 相对于，检测效率提高了。

、和

预先采集这种不采用宽通道多列微球探荧光微球的微通道图像作为系统针并行检测的方法，微流场系统的背景噪声。 对有荧光微球的微通道的设计提出了很高的要求。 微流场

通道图像和背景噪声图像通过相关关系在整个液相生物芯片技术中进行计算，得到去噪后微球荧光的检测平台。 带荧光信息微球信号

然后利用单个微球图像模板悬浮在液体中，通过液体特殊制备的匹配，确定微球在图像上的位置

、以及流过微流器件的、微流器件的形状的三个以上的微球进行比较。 尺寸参数也需要特殊设计，对获得的全息图通过控制数字全息衍射液体的流速，进行特殊设计的反射还原

然后，向计算机发送数据扫描读取装置进行液体中浮游的所有全息干涉像的数字重构，并根据测定对象的微小球的荧光信号进行记录

从重构的全息图像获得被检液后，由计算机进行分析处理，根据中微球探针的三维位置和尺寸数获得所需的生物信息，实现原始数据

，并行检测多列确定微球在通道截面分布信息的微球探针。 状况

判断是否粘连。 由于全息干涉条纹，微流场系统整体性能，祖激光微球探针直接影响检测结果。

全国职教大会

均匀平稳的微流场系统。 该系统必须满足以下要求，要求微流场无回流，以便每个微球通过流场时信息只被记录一次

为了保证所有携带荧光信息的微球都能被检测到，流场要求连续、均匀、平整。

为了使与微球速度的拍速一致，要求精确控制对流场的流速。 从统计意义上讲，微球在激光的前进方向上呈一列分布。 另一方面，使流

与场宽度的感光面的宽度相等，有利于能够充分利用的感光面。 使用的微球探针和被测液的体积配比为：使用的微球探针直径为林

微球探针间的统计距离为拼写、流场中的检测区域

可以同时漂浮成千上万个微球探针。 在检测时

，计算机通过处理一个记录的冷凝图像，在两个相邻的激光脉冲间隔时间内

同时得到成千上万个微球探针的所有信息。 激光脉冲的频率是帧率少，相对于该浓度

度检测对象液，检测速度每秒可达数万个微球探针，

由于比液相生物芯片传统检测方法高出约2个数量级，本检测技术可以

几分钟就能完成传统方法几小时内无法完成的检查任务。

结束语

生物芯片技术作为生物信息分析技术领域中崭新的技术，是基因表达

在基因突变、基因多态性和序列等检测中发挥了不可或缺的作用。 液相芯片还

对样品实现宽通道二维并行检测，是一种更简便、准确、高效、获取全新生物信息的检测平台。 本文提出了液相芯片新型流场宽通道快速测试分析技术，整个系统由高能、宽波束、宽口

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根据盘砚圈哪个易圈艇留下马跃圈蟹翻姜姿墓羹，操作上激光和光电子学进展万千

吃，吃

皇昙魔默昌番嗳金显阳圈目说盘径，均匀分布的脉冲激光输出控制系统，高灵敏度

、低噪声荧光检测系统、连续、均匀

畅通的流场系统

由微球探针的荧光图像计算机分析处理系统组成。 本技术是凝结成像技术和数字全息技术相结合的方法

把液相生物芯片

的检测分析时间大幅缩短，提高了效率。 液相生物芯片继承了固体生物芯片所具有的高通量、高速的优点

克服了固体生物芯片技术的缺点。

参考文献，州瓜二无人敌

及人”、立即立人

、蒋中华生物芯片第二版北京化工出版社，李卫党芯片技术及其在医学研究中的应用微生物免疫学进展，人”与二咏夕

“还有”城刀汉扛着所有的网，6月1日，

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二、盯着山说的尺叫粗野，一、盯着就说：“尹护《饥饿及》夕、”、妞

方肇伦微流控分析芯片(北京科学出版社

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与支撑部分的结合部在单极运行下发光。 公司的)学说

“我们的工作主要是弄清单壁碳纳米管分子电激发的光机制。 该机制包括独特的电载体类型

也就是说，电子或空穴在碳纳米中小纳米级的区域产生光。 出光区域这么小，可以发出非常强的光。 ”他的同事放弃了用化学气相沉积法制作的直径第一的碳纳米管。 这样碳纳米管是埋入膜的层。 研究人员在其中添加了元素和漏电极。 在单极迁移情况下，即相对于空穴输送栅极电压

当电子转移栅极电压大于1时，在碳纳米管支撑浮动界面发出红外光。 美国公司的故事

在我们的装置里

，在1秒钟内钦的电流流动的区域内产生约光子。 光束比大面积发光二极管高“倍”。

科学家们相信

，独特发光区的产生主要是由于碳纳米管的悬浮和支撑区界面发生了波段偏移。 这些激子冷束缚的电子—空穴对的加速载流子复合发光。 说

“我们的研究证明，在低维纳米结构体系中电子和空穴之间存在非常强的吸收力，电子载流子与振动原子结合的力很弱。 正因为这两个因素独特地联系在一起，我们才能观察到上述现象。 我们的研究也首次揭示了“高能”载流子现象的重要性

也就是说，这是在这些一维系统中作用于分子内的碰撞激发现象。 “小刀。 说

碳纳米管的光波长在一林的范围内，可以在光通信系统中使用，所以非常有价值。 更重要的是

由此，可以使用不同直径的碳纳米管来调整发光波长，获得红外或可见光。 这些超小型光发射器可以进行光学研究，在单分子量水平上引起相互作用。 它还可以集成在阵列中，或集成在同一个芯片上与碳纳米管和硅电子器件，为电子学和光电子学提供了新的机遇。 目前

，研究人员计划找出确定发射中量子产值的因素，这主要是为了提高发射效率。 同时，他们将在集成电子学和光纳米管器件方面进行研究。 马县篇目