專利名稱：微流控芯片觀測臺以及雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微流控芯片觀測領(lǐng)域，具體涉及一種微流控芯片觀測臺以及雙視野微 流控芯片觀測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微流控芯片具有節(jié)約樣品量、減少反應(yīng)時間、降低燃燒爆炸等災(zāi)難事故的產(chǎn)生、縮 短生產(chǎn)反應(yīng)設(shè)備的設(shè)計周期和開發(fā)時間，節(jié)約開發(fā)費用等優(yōu)勢。在微流控芯片的反應(yīng)觀測中，時常遇到微流控芯片中存在兩個微典型結(jié)構(gòu)需要同 時進行可視化觀察，或者是一個重點區(qū)域需要經(jīng)過高倍可視化系統(tǒng)觀測，而另一個附帶檢 測區(qū)域也同時需要較為宏觀的低倍可視化系統(tǒng)觀測的情況。由于微芯片的外觀尺寸小于一張載玻片的尺寸，微流控芯片大小是幾十毫米級 別，顯微鏡載物臺的常規(guī)尺寸同為幾十毫米級別，因此現(xiàn)有技術(shù)對于一個微流控器的反應(yīng) 觀測是采用一個芯片一次反應(yīng)中，只能使用一個倍數(shù)的顯微鏡來檢測相應(yīng)倍數(shù)下能觀測的 參數(shù)；其它參數(shù)的測量，則需要對芯片進行多次相同的反映測試，同時配置不同倍數(shù)的顯微 鏡檢測。多次檢測增加了實驗次數(shù)，耗時耗力，而且由于宏觀數(shù)量與微觀數(shù)量的不是在同 一次反應(yīng)中同時獲得，實驗結(jié)果的可靠性被降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種微流控芯片觀測臺以及雙視野 微流控芯片觀測系統(tǒng)，微流控芯片觀測臺采用雙腔體結(jié)構(gòu)設(shè)置于高倍顯微鏡載物臺上，使 得高、低倍顯微鏡能夠集合為一體，同時對微流控芯片進行微觀和宏觀參數(shù)的測定，減少 了不必要的試驗損耗，提高了試驗效率和試驗結(jié)果的可靠性。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的一種微流控芯片觀測臺，包括由遮光壁隔開的第一 腔體和第二腔體，第一腔體和第二腔體并排，第一腔體和第二腔體上端面構(gòu)成微流控芯片 觀測臺的觀測端面；第一腔體對應(yīng)的觀測端面開有第一芯片觀測口，第二腔體對應(yīng)的觀測 端面開有第二芯片觀測口 ；第二腔體四周密閉遮光，下端開口 ；第一腔體至少三面密閉遮 光。進一步，第二腔體對應(yīng)的觀測端面上方設(shè)置有輔助光源；進一步，第一腔體與第二腔體下端面呈階梯狀，第二腔體下端面低于第一腔體下 端面。使用微流控芯片觀測臺的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，包括高倍顯微鏡、低倍顯 微鏡、同步圖像采集處理系統(tǒng)和微流控芯片觀測臺；微流控芯片觀測臺固定于高倍顯微鏡 的載物臺上；高倍顯微鏡鏡頭設(shè)置朝向第一芯片觀測口，低倍顯微鏡鏡頭設(shè)置朝向第二芯 片觀測口，高、低倍顯微鏡分別位于以微流控芯片觀測臺的觀測端面為界的上、下方，高、低 倍顯微鏡的成像光路相反；同步圖像采集處理系統(tǒng)通過高倍顯微鏡和低倍顯微鏡的圖像采
3集端口獲取圖像并處理。進一步，第一腔體下端面固定于高倍顯微鏡的載物臺上，第二腔體正立懸掛于高 倍顯微鏡的載物臺旁，高倍顯微鏡設(shè)置于微流控芯片觀測臺的第一腔體上方，高倍顯微鏡 鏡頭朝向第一芯片觀測口 ；低倍顯微鏡設(shè)置于微流控芯片觀測臺的第二腔體內(nèi)，低倍顯微 鏡鏡頭朝向第二芯片觀測口；進一步，第一腔體內(nèi)設(shè)置有輔助光源；進一步，高倍顯微鏡為倒置顯微鏡；第一腔體對應(yīng)的觀測端面固定于高倍顯微鏡 的載物臺上，第二腔體倒立懸掛于高倍顯微鏡的載物臺旁，高倍顯微鏡鏡頭朝向第一芯片 觀測口 ；低倍顯微鏡設(shè)置于微流控芯片觀測臺的第二腔體內(nèi)，低倍顯微鏡鏡頭朝向第二芯 片觀測口 ；進一步，第一腔體內(nèi)設(shè)置有輔助光源；進一步，高倍顯微鏡為金相顯微鏡或熒光顯微鏡或體視顯微鏡或檢測顯微鏡或生 物顯微鏡；低倍顯微鏡為便攜式顯微鏡。本發(fā)明的有益效果是微流控芯片觀測臺采用雙腔體結(jié)構(gòu)在第一腔體上和第二腔 體分別設(shè)置朝向各腔體芯片觀測口的顯微鏡，使得幾十毫米級流控芯片能夠同時被兩個顯 微鏡檢測；高、低倍顯微鏡分別位于以微流控芯片觀測臺的觀測端面為界的上、下方，高、低 倍顯微鏡的成像光路相反，保證了高、低倍顯微鏡在平行、垂直移動中互不干擾，方便了微、 宏觀數(shù)據(jù)觀測；觀測中，第一、第二腔體采用了周邊密閉結(jié)構(gòu)，防止了光路的相互關(guān)擾；微 觀與宏觀數(shù)據(jù)同時觀測，減少了實驗次數(shù)，提高了檢測參數(shù)可靠性。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進 一步的詳細描述圖1示出了雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖2示出了倒置式雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；圖3示出了微流控芯片觀測臺的結(jié)構(gòu)；圖4示出了微流控芯片觀測臺的另一種結(jié)構(gòu)；圖5示出了采用圖4微流控芯片觀測臺的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)； 圖6示出了微流控芯片結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式以下將對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細地描述。在紅細胞變形性測定中，微觀上需要著重對單個紅細胞的力學(xué)性質(zhì)進行研究，宏 觀上也需要對紅細胞懸浮液的粘滯性、透光性、導(dǎo)電性和聲傳導(dǎo)性等進行測定。紅細胞變形性的描述值包括剪切力、流速值、壓力值等等。目前的研究中對紅細 胞過微通道時阻塞產(chǎn)生的壓力變化值大多采用外部壓力間接測量等方式。將雙視野微流 控芯片觀測系統(tǒng)引入圖像測量技術(shù)，可在高倍顯微鏡觀察紅細胞在微通道內(nèi)變形情況的同 時，在平層腔觀測區(qū)域用低倍顯微鏡實時提取紅細胞此時的速度值。直觀的反應(yīng)紅細胞變 形性與其速度值之間的聯(lián)系。用于此紅細胞變形性測量的微流控芯片示意圖如圖6所示，包括芯片下表面17、
4芯片上表面18、進樣口 19、平層溝道觀測區(qū)域20、微通道觀測區(qū)域21和出液口 22。實驗可采用雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)分別對芯片上的兩個典型微結(jié)構(gòu)平層溝 道觀測區(qū)域20和微通道觀測區(qū)域21中的流體進行圖像采集分析處理。芯片中平層溝道觀 測區(qū)域20段的流體采集用于分析計算細胞在平層腔內(nèi)的流速。在恒定壓力的條件下，紅細 胞在微通道觀測區(qū)域21處發(fā)生堵塞現(xiàn)象將使平層觀溝道觀測區(qū)域20的流速降低。測量平 層溝道觀測區(qū)域20的流路速度值可反映出紅細胞在過微通道觀測區(qū)域21段的群體變形效 應(yīng)。對微通道觀測區(qū)域21的圖像采集，可獲得單個紅細胞過微通道的變形效果，經(jīng)過 高速攝像系統(tǒng)對此處進行監(jiān)控，還可以獲得更加細節(jié)的紅細胞過微通道圖像，此圖像數(shù)據(jù) 將有助于進行以后工作對紅細胞變形的更深層分析。實施例一、如圖6所示，微流控芯片5大小為長50mm、寬28mm、高5mm ；微流控芯片5右部分20 X 20mm2范圍內(nèi)設(shè)置有數(shù)條微米級微通道，為微通道觀測 區(qū)域21，用于檢測單個紅細胞膜的力學(xué)性質(zhì)；余下左部分范圍內(nèi)設(shè)置有微米級的平層腔溝 道，為平層溝道觀測區(qū)域20，用于觀測紅細胞在平層溝道的宏觀聚集性和切變率。如圖3所示，微流控芯片觀測臺包括由遮光壁隔7開的第一腔體1和第二腔體2， 第一腔體1和第二腔體2并排，第一腔體1和第二腔體2的上端面構(gòu)成微流控芯片觀測臺 的觀測端面11，第一腔體對應(yīng)的觀測端面11大小為35 X 35mm2，第一腔體高為55mm ；第一 腔體對應(yīng)的觀測端面11開有大小為20X20mm2的第一芯片觀測口 14 ；第一腔體1至少三 面密閉遮光。第二腔體2對應(yīng)的觀測端面11大小為35X35mm2，第二腔體2的高75mm ；第二腔 體2對應(yīng)的觀測端面11開有大小為20X20mm2的第二芯片觀測口 13。第二腔體2四周密 閉遮光，下端開口。第二腔體2對應(yīng)的觀測端面11上方設(shè)置有輔助光源腔體3。第一腔體1與第二腔體2下端面呈階梯狀，第二腔體2下端面16低于第一腔體下 端面10。如圖1所示，雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)由一個50-500倍放大率的高倍數(shù)顯微鏡 9、一個100倍放大倍數(shù)的便攜式低倍顯微鏡6、一個微流控芯片觀測臺和同步圖像采集處 理系統(tǒng)12組成；高倍顯微鏡9的載物臺8大小為長76mm、寬52mm。觀測時，將第一腔體的下端面10放置于200倍放大率的高倍顯微鏡9的載物臺8 上，使第二腔體正立懸掛于載物臺8旁；將微流控芯片5放置于微流控芯片觀測臺的觀測端面11上，將芯片微通道觀測區(qū) 域E放置于第一芯片觀測口 14上，將平層腔溝道觀測區(qū)域D放置于第二芯片觀測口 13上。將200倍放大率的高倍顯微鏡9設(shè)置于第一芯片觀測口 14上方，高倍顯微鏡9鏡 頭朝向第一芯片觀測口 14，調(diào)節(jié)使微通道觀測區(qū)域E清晰成像；根據(jù)成像需要，可在第一腔 體1內(nèi)設(shè)置輔助光源。將100倍低倍顯微鏡6設(shè)置在第二腔體2內(nèi)，低倍顯微鏡6鏡頭朝向第二芯片觀 測口 13，使得微流控芯片5的平層腔溝道觀測區(qū)域D清晰成像；根據(jù)成像的需要，可在第二 腔體2的第二芯片觀測口 13上方的輔助光源腔體3內(nèi)設(shè)置輔助光源4。
由于第一腔體1的呈像光路與第二腔體2的呈像光路相反，各顯微鏡的空間移動 互不影響，雙顯微鏡可聚集于一體觀測微流控芯片5的宏觀與微觀數(shù)據(jù)。在微流控芯片5觀測中，高、低倍顯微鏡將檢測到的實時圖像數(shù)據(jù)傳輸入同步圖 像采集顯示系統(tǒng)12，并在同步圖像采集顯示系統(tǒng)12中計算出紅細胞過微通道的群體特性 和單個紅細胞變形特性。本發(fā)明在一個雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)上，采用兩個顯微鏡同時記錄圖像，圖 像傳輸?shù)酵綀D像采集顯示系統(tǒng)，可計算出紅細胞過微通道的群體特性和單個紅細胞變形 特性。實施例二、同實施例一的情況下，本發(fā)明的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)采用的高倍顯微鏡9 還可以為倒置顯微鏡；如圖2所示，第一腔體1對應(yīng)的觀測端面11固定于高倍顯微鏡9的 載物臺8上，第二腔體2倒立懸掛于高倍顯微鏡9的載物臺8旁，高倍顯微鏡9鏡頭朝向第 一芯片觀測口 14 ；低倍顯微鏡6設(shè)置于微流控芯片觀測臺的第二腔體5內(nèi)，低倍顯微鏡6鏡 頭朝第二芯片觀測口 13。實施例三、本發(fā)明公開的微流控芯片觀測臺如圖4，圖5所示，在低倍顯微鏡5外形尺寸更加 微小，可以放置于高倍顯微鏡9載物臺8上的情況下，微流控芯片觀測臺在實施例一和實施 例二所使用的如圖3所示的微流控芯片觀測臺的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)低倍顯微鏡5的大小改 變第二腔體2的尺寸，并且第二腔體的下端面16和第一腔體下端面10在同一平面上。觀 測時，如圖5所示，將微流控芯片觀測臺放置于高倍顯微鏡9載物臺8上，同實施例一的方 式進行觀測。也可按實施例二的方式，采用如果4所示的微流控芯片觀測臺進行觀測，這里 不再。根據(jù)被觀測的微流控芯片5尺寸以及高倍顯微鏡載物臺8、載物臺8與鏡頭尺寸 的不同，本發(fā)明的微流控芯片觀測臺第一、第二腔體的高度、觀測端面11的大小以及第一、 第二芯片觀測口的開口大小也將做適應(yīng)性改變。高倍顯微鏡9還可以是金相顯微鏡或熒光顯微鏡或體視顯微鏡或檢測顯微鏡或 生物顯微鏡。本微流控芯片觀測臺以及使用該觀測臺的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)還可應(yīng)用 于微流控芯片的混合反應(yīng)、分離、細胞操作等試驗的多參數(shù)觀測。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以 對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修 改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和 變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種微流控芯片觀測臺，其特征在于包括由遮光壁隔開的第一腔體和第二腔體，第一腔體和第二腔體并排，第一腔體和第二腔體上端面構(gòu)成微流控芯片觀測臺的觀測端面；第一腔體對應(yīng)的觀測端面開有第一芯片觀測口，第二腔體對應(yīng)的觀測端面開有第二芯片觀測口；第二腔體四周密閉遮光，下端開口；第一腔體至少三面密閉遮光。
2.如權(quán)利要求1所述的一種微流控芯片觀測臺，其特征在于第二腔體對應(yīng)的觀測端 面上方設(shè)置有輔助光源。
3.如權(quán)利要求2所述的一種微流控芯片觀測臺，其特征在于第一腔體與第二腔體下 端面呈階梯狀，第二腔體下端面低于第一腔體下端面。
4.使用權(quán)利要求1所述的微流控芯片觀測臺的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其特征在 于包括高倍顯微鏡、低倍顯微鏡、同步圖像采集處理系統(tǒng)和微流控芯片觀測臺；微流控芯 片觀測臺固定于高倍顯微鏡的載物臺上；高倍顯微鏡鏡頭設(shè)置朝向第一芯片觀測口，低倍 顯微鏡鏡頭設(shè)置朝向第二芯片觀測口，高、低倍顯微鏡分別位于以微流控芯片觀測臺的觀 測端面為界的上、下方，高、低倍顯微鏡的成像光路相反；同步圖像采集處理系統(tǒng)通過高倍 顯微鏡和低倍顯微鏡的圖像采集端口獲取圖像并處理。
5.如權(quán)利要求3所述的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其特征在于第一腔體下端面固 定于高倍顯微鏡的載物臺上，第二腔體正立懸掛于高倍顯微鏡的載物臺旁，高倍顯微鏡設(shè) 置于微流控芯片觀測臺的第一腔體上方，高倍顯微鏡鏡頭朝向第一芯片觀測口 ；低倍顯微 鏡設(shè)置于微流控芯片觀測臺的第二腔體內(nèi)，低倍顯微鏡鏡頭朝向第二芯片觀測口。
6.如權(quán)利要求4所述的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其特征在于第一腔體內(nèi)設(shè)置有 輔助光源。
7.如權(quán)利要求3所述的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其特征在于高倍顯微鏡為倒置 顯微鏡；第一腔體對應(yīng)的觀測端面固定于高倍顯微鏡的載物臺上，第二腔體倒立懸掛于高 倍顯微鏡的載物臺旁，高倍顯微鏡鏡頭朝向第一芯片觀測口 ；低倍顯微鏡設(shè)置于微流控芯 片觀測臺的第二腔體內(nèi)，低倍顯微鏡鏡頭朝向第二芯片觀測口。
8.如權(quán)利要求6所述的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其特征在于第一腔體內(nèi)設(shè)置有 輔助光源。
9.如權(quán)利要求3至7所述的任意一項雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其特征在于高倍 顯微鏡為金相顯微鏡或熒光顯微鏡或體視顯微鏡或檢測顯微鏡或生物顯微鏡；低倍顯微鏡 為便攜式顯微鏡。全文摘要
本發(fā)明公開了一種微流控芯片觀測臺以及使用該觀測臺的雙視野微流控芯片觀測系統(tǒng)，其中，微流控芯片觀測臺的包括由遮光壁隔開的第一腔體和第二腔體，第一腔體和第二腔體并排，第一、第二腔體上端面構(gòu)成芯片觀測端面；第一、第二腔體上端分別開有觀測口。高、低倍顯微鏡分別位于以微流控芯片觀測臺的觀測端面為界的上、下方，高、低倍顯微鏡的成像光路互不干擾。在微流控芯片觀測中，該系統(tǒng)可同時使用高、低倍顯微鏡進行多參數(shù)、多視野的觀測，使毫米級微流控芯片的宏觀、微觀數(shù)據(jù)的同時觀測成為可能；該系統(tǒng)可應(yīng)用于微流控芯片的混合反應(yīng)、分離、細胞操作等試驗的多參數(shù)觀測。
文檔編號G01N21/01GK101923045SQ20101016621
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者劉暢, 廖彥劍, 楊軍, 楊國清, 羅洪艷, 胡寧, 鄭小林 申請人:重慶大學(xué)