CN114894728A - 微流控芯片及光谱信息检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光谱检测技术领域，提供了一种微流控芯片及光谱信息检测系统，微流控芯片包括：透明的芯片底板，芯片底板上形成有样本流道；芯片底板上形成有第一凹槽，第一凹槽包括两个相对凹陷的第一弧面和第二弧面，以构造出片上微透镜，片上微透镜位于样本流道的侧面，且片上微透镜的光轴垂直于样本流道；芯片底板上形成有第二凹槽，第二凹槽为三角形，以构造出片上棱镜，片上棱镜位于片上微透镜背向样本流道的一侧。本发明微流控芯片可以得到由不同波长的单色光组成的光谱，便于提高后续检测精度，具有结构简单、体积小、成本低、便携化、稳定可靠性高、适用于即时检测场合等特点。
Description
技术领域
本发明涉及光谱检测技术领域，尤其涉及一种微流控芯片及光谱信息检测系统。
背景技术
光谱检测广泛应用于细胞生物学、蛋白质工程、药物发现、医学诊断和生物技术等多个领域的研究中。目前的前沿生物学研究和临床医学研究，例如流式光谱检测，生化荧光检测以及化学发光现象研究等均可以通过检测多个荧光团的色散情况来分析不同生物样本的光谱信息。这种基于光谱的信号检测方法对于检测特定荧光团的信号非常有效。
到目前为止，临床上可以针对光谱信号采集并分析的仪器，第一类是使用二向色镜和带通滤光片来选择特定的光谱带，以便使用光电倍增管(PMT)等点探测器进行检测，这类仪器的缺点是采集到的光谱信号分辨率低，并且不适合检测严重重叠的光谱信号；第二类是将散射光子通过附加的棱镜或光栅等片外光学元件发射到探测器中，从而可以测量完整的发射光谱，然而，这类器件往往结合复杂的光学透镜组合，需要多种附加的片外光学元件与光学系统相互配合，导致各元件之间远距离光学传播时会造成过多的能量损失，这不仅造成了检测精度低、设备体积过大、制作成本过高，同时需要专业人员进行操作，不适合即时检验(POCT)场合的应用。
发明内容
本发明提供一种微流控芯片及光谱信息检测系统，通过在微流控芯片上一体集成样本流道、片上微透镜和片上棱镜，可以得到由不同波长的单色光组成的光谱，以便于后续可以同时检测具有高度重叠发射光谱的多个荧光团，获得较高的分辨率；并且可以降低光学信号的损失，提高检测精度，具有结构简单、体积小、成本低、便携化、稳定、可靠性高、适用于即时检测场合等特点。
本发明提供一种微流控芯片，包括：
透明的芯片底板，所述芯片底板上形成有样本流道；
所述芯片底板上形成有第一凹槽，所述第一凹槽包括两个相对凹陷的第一弧面和第二弧面，以构造出片上微透镜，所述片上微透镜位于所述样本流道的侧面，且所述片上微透镜的光轴垂直于所述样本流道，用于将所述样本流道内样本发出的发散光准直成复色平行光出射；
所述芯片底板上形成有第二凹槽，所述第二凹槽为三角形，以构造出片上棱镜，所述片上棱镜位于所述片上微透镜背向所述样本流道的一侧，用于将所述复色平行光色散成由不同波长的单色光组成的光谱并成像于所述芯片底板的边缘。
根据本发明提供的一种微流控芯片，所述片上棱镜的光轴与所述片上微透镜的光轴重合。
根据本发明提供的一种微流控芯片，所述片上棱镜包括并排设置的第一片上棱镜和第二片上棱镜，所述第一片上棱镜位于所述片上微透镜与所述第二片上棱镜之间，所述第二片上棱镜位于所述第一片上棱镜与所述芯片底板的边缘之间。
根据本发明提供的一种微流控芯片，所述样本流道内样本发出的发散光的发散角K满足：
并且，
K＝2a；
其中，a为发散光经过所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面时的入射角；n为所述芯片底板的介质材料折射率；b为发散光经过所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面时的折射角；n1为样本介质折射率；s1为所述第一弧面与所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面之间的最大距离；R1为所述第一弧面的曲率半径；g为发散光与所述第一弧面的相交点与所述第一弧面的曲率圆心的连线与光轴形成的夹角；l2为发散光与所述第一弧面的相交点至光轴的距离；s为样本与所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面之间的距离。
根据本发明提供的一种微流控芯片，所述芯片底板为玻璃材质时：
0.2mm≤R1≤3mm，0.2mm≤R2≤3mm；
0.2mm≤s1≤5mm，0.2≤s2≤5mm，0.2≤s3≤5mm；
其中，R2为所述第二弧面的曲率半径；s2为所述第一弧面与所述第二弧面之间的最小距离；s3为所述第二弧面与所述第一片上棱镜的第一色散斜面与光轴交点之间的最大距离；l3为所述第二弧面的最高端点到光轴的距离。
根据本发明提供的一种微流控芯片，不同波长的单色光成像于芯片底板边缘的色散位置与光轴的距离y满足：
当μ<(γ+δ)，y＝(y3·tanδ+x4)·tan(δ-ρ)+y3；
当μ>(γ+δ)，y＝(y3·tanδ+x4)·tan(δ+ρ)+y3；
其中，μ为单色光经过所述第二片上棱镜的第三色散斜面时的折射角；γ为所述第二片上棱镜的第三色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；δ为所述第二片上棱镜的第四色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；y3为单色光与所述第二片上棱镜的第四色散斜面的相交点至光轴的距离；x4为所述第四色散斜面与光轴的交点至芯片底板的边缘面之间的距离；ρ为单色光经过所述第二片上棱镜的第四色散斜面时的折射角；
并且所述光谱的色散展宽为：最小波长单色光的y值减去最大波长单色光的y值。
根据本发明提供的一种微流控芯片，所述芯片底板为玻璃材质时，所述光谱的色散展宽的范围为1～30毫米。
根据本发明提供的一种微流控芯片，所述芯片底板为玻璃材质时：
0.2mm≤s3≤5mm；
0°≤α≤40°；0°≤β≤45°；-70°≤γ≤5.7°；11°≤δ≤75°；
0.1mm≤x1≤3mm；0.1mm≤x2≤3mm；
0.1mm≤x3≤3mm；0.1mm≤x4≤30mm；
其中，s3为所述第二弧面与所述第一片上棱镜的第一色散斜面与光轴交点之间的最大距离；α为所述第二弧面出射的复色平行光经过所述第一片上棱镜的第一色散斜面时的入射角或者所述第一片上棱镜的第一色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；β为所述第一片上棱镜的第二色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；x1为所述第一色散斜面与光轴的交点至所述第二色散斜面与光轴的交点的距离；x2为所述第二色散斜面与光轴的交点至所述第三色散斜面与光轴的交点的距离；x3为所述第三色散斜面与光轴的交点至所述第四色散斜面与光轴的交点的距离。
根据本发明提供的一种微流控芯片，还包括透明的芯片顶盖，所述芯片顶盖密封设置于所述芯片底板上，且所述芯片顶盖设有进样孔和出样孔，所述进样孔和所述出样孔与所述样本流道的两端对应连通。
本发明还提供一种光谱信息检测系统，包括：光谱检测装置和上述的微流控芯片，所述光谱检测装置用于检测所述光谱。
本发明提供的微流控芯片及光谱信息检测系统，通过在微流控芯片上一体集成样本流道、片上微透镜和片上棱镜，可以得到由不同波长的单色光组成的光谱，以便于后续可以通过光谱检测装置同时连续检测具有高度重叠发射光谱的多个荧光团，获得较高的分辨率；并且简化了光学元件模块，大大缩小了检测系统的体积，便于携带且降低生产成本，从而使基于该微流控芯片的光谱信息检测系统适用于各种即时检测的场合，针对不同的待测样本选择合适的制作材料并设计独特的芯片结构，有效地提高检测的稳定性和检测精度，提供多样化的临床信息；同时设计好的固定光学元件结构(片上微透镜和片上棱镜)保证了光学系统的精准度和检测的稳定性；本发明通过在一块芯片上集成片上微透镜和片上棱镜，可以针对不同应用设计最优位置，保证采集到更多的有效光学信号，降低光学信号的损失，提高检测精度。因此，本发明通过设计加工一体成型的微流控芯片，并将芯片与光谱检测装置结合，从而实现对待测样本的光谱信号检测，为微流控芯片应用于即时检测领域提供了一种创新性的方案，特别是对于临床感染性疾病、心血管疾病的光谱检测等具有重要的意义。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的芯片底板的结构示意图；
图2是本发明提供的微流控芯片的结构示意图；
图3是本发明提供的片上微透镜的光学路径示意图；
图4是本发明提供的片上棱镜的光学路径示意图；
图5是本发明提供的光谱信息检测系统的结构示意图；
附图标记：
100：微流控芯片；101：芯片底板；1001：样本流道；
1002：第一弧面；1003：第二弧面；1004：片上微透镜；
1005：光轴；1006：第一片上棱镜；1007：第二片上棱镜；
1008：第一色散斜面；1009：第二色散斜面；
1010：第三色散斜面；1011：第四色散斜面；1012：边缘面；
102：芯片顶盖；1021：进样孔；1022：出样孔；
200：样本注射器；300：阵列光电探测器；400：上位机；
500：收集桶；600：样本。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
下面结合图1-图5描述本发明的微流控芯片及光谱信息检测系统。
根据本发明第一方面的实施例，参照图1-图4所示，本发明提供的微流控芯片100，主要包括透明的芯片底板101，即芯片底板101采用透明材料制成，并且芯片底板101上形成有样本流道1001，样本流道1001可以实现样本600的装载与流动，起到约束样本600流动的作用，样本流道1001内为样本600，样本流道1001外部为芯片底板101材料介质，样本流道1001的特征尺寸可以与样本600的实际应用相匹配，例如样本流道1001的深宽比可以根据实际样本600测试要求进行设计。可以理解的是，本发明样本600的具体种类不做特别限制，只要可以产生光谱信号即可，例如可以为细胞、悬浮液等。
芯片底板101上形成有第一凹槽，第一凹槽包括两个相对凹陷的第一弧面1002和第二弧面1003，以构造出片上微透镜1004，即第一凹槽称为片上微透镜1004，第一弧面1002和第二弧面1003之间(即第一凹槽内部)可以为空气介质或其他符合光传输规律的其他介质，第一凹槽外部为芯片底板101材料介质；片上微透镜1004位于样本流道1001的侧面，且片上微透镜1004的光轴1005垂直于样本流道1001，用于将样本流道1001内样本600发出的发散光准直成复色平行光出射。
芯片底板101上形成有第二凹槽，第二凹槽为三角形，以构造出片上棱镜，即第二凹槽称为片上棱镜，第二凹槽内部可以为空气介质或符合光的色散原理的其他介质；第二凹槽外部为芯片底板101材料介质；片上棱镜位于片上微透镜1004背向样本流道1001的一侧，用于将片上微透镜1004准直形成的复色平行光色散成由不同波长的单色光组成的光谱，并且光谱成像于芯片底板101的边缘。
本发明实施例提供的微流控芯片100，通过在微流控芯片100上一体集成样本流道1001、片上微透镜1004和片上棱镜，可以得到由不同波长的单色光组成的光谱，以便于后续可以同时检测具有高度重叠发射光谱的多个荧光团，获得较高的分辨率；并且可以降低光学信号的损失，提高检测精度，具有结构简单、体积小、成本低、便携化、稳定可靠性高、适用于各种即时检测场合等特点，对于临床感染性疾病、心血管疾病的光谱检测等具有重要的意义。
根据本发明的一个实施例，如图2所示，本发明微流控芯片100还包括透明的芯片顶盖102，即芯片顶盖102采用透明材料制成，芯片顶盖102密封设置于芯片底板101上，且芯片顶盖102设有进样孔1021和出样孔1022，进样孔1021和出样孔1022均为贯穿孔且分别与样本流道1001的两端对应连通。样本600通过进样孔1021进入样本流道1001发出发散光，依次通过片上微透镜1004准直和片上棱镜色散成光谱，然后通过出样孔1022流出。
在本示例中，样本流道1001、片上微透镜1004和片上棱镜均集成形成于芯片底板101的上表面，芯片顶盖102密封叠放于芯片底板101的上表面，并且进样孔1021和出样孔1022分别与样本流道1001的两端对齐。
本发明微流控芯片100的具体材料不做特别限制，可以采用光学性能优良的透明材料(例如石英、玻璃、PDMS、PMMA、SU-8光刻胶等)加工制作芯片底板101和芯片顶盖102。
根据本发明的一个实施例，样本流道1001的宽度为100微米，深度为200微米，样本600与样本流道1001靠近片上微透镜1004的侧面之间的距离为s，要求s≤100μm。
根据本发明的一个实施例，如图1所示，片上棱镜的光轴1005与片上微透镜1004的光轴1005重合，有利于微小结构的设计和加工，保证片上光学传播过程的准确和稳定，降低背景光或材料介质引入的误差干扰，从而可以提高色散效果，改善光谱检测的精确度。
根据本发明的一个实施例，如图1和图4所示，片上棱镜包括并排设置的第一片上棱镜1006和第二片上棱镜1007，第一片上棱镜1006位于片上微透镜1004与第二片上棱镜1007之间，第二片上棱镜1007位于第一片上棱镜1006与芯片底板101的边缘之间。具体地，第一片上棱镜1006具有两个色散斜面，分别为第一色散斜面1008和第二色散斜面1009；第二片上棱镜1007具有两个色散斜面，分别为第三色散斜面1010和第四色散斜面1011；并且第一片上棱镜1006和第二片上棱镜1007的光轴1005均与片上微透镜1004的光轴1005重合；每个片上棱镜的两个色散斜面之间为空气介质。
可以理解的是，本发明片上棱镜的具体数量不做特别限制，可根据实际设计需求进行调整。
由于本发明片上微透镜1004主要用于将样本600发出的发散光准直成复色平行光出射，因此，为了采集到合适的发散光信号，需要针对样本600发出的发散光的发散角K进行计算，选择合适的设计参数，可以有效提高检测的稳定性和检测精度。
根据本发明的一个实施例，如图3所示，其中，片上微透镜1004的第一弧面1002的曲率圆心为点O，片上微透镜1004的第二弧面1003的曲率圆心为点O′，a为发散光经过样本流道1001靠近片上微透镜1004的侧面时的入射角；n为芯片底板101的介质材料折射率；b为发散光经过样本流道1001靠近片上微透镜1004的侧面时的折射角；n1为样本600介质折射率；s1为第一弧面1002与样本流道1001靠近片上微透镜1004的侧面之间的最大距离；R1为第一弧面1002的曲率半径；g为发散光与第一弧面1002的相交点B与第一弧面1002的曲率圆心O的连线与光轴1005形成的夹角；l2为发散光与第一弧面1002的相交点B至光轴1005的距离；s为样本600与样本流道1001靠近片上微透镜1004的侧面之间的距离；R2为第二弧面1003的曲率半径；s2为第一弧面1002与第二弧面1003之间的最小距离；s3为第二弧面1003与第一片上棱镜1006的第一色散斜面1008与光轴1005交点之间的最大距离；l3为第二弧面1003的最高端点C到光轴的距离。
并且，第一弧面1002与第二弧面1003之间的空气介质折射率为1，平行入射第一片上棱镜1006的第一色散斜面1008的光线在经过片上微透镜1004第二弧面1003的最高端点C时，入射角为e，折射角为f；光线在经过片上微透镜1004的第一弧面1002时，入射角为c，折射角为d，光线与样本流道1001侧面相交于点A，点A到光轴1005的垂直距离设置为l1。
令
此时有
通过变换可以求得l2与g；
再令
d＝g+f-e； (5)
b＝g-c； (7)
得到
并且同时有
通过调整自变量R1，R2，s1，s2，l3的值，根据公式(8)和公式(9)可以获得合适的因变量a，从而满足实际检测过程中对样本600发出的发散光的发散角K＝2a的要求，进而采集到合适的发散光信号。
根据本发明的一个实施例，芯片底板101为玻璃材质时：
0.2mm≤R1≤3mm，0.2mm≤R2≤3mm；
0.2mm≤s1≤5mm，0.2≤s2≤5mm，0.2≤s3≤5mm；
本发明实施例通过上述参数设计，可以在保证整个芯片小体积的前提下，获得较高分辨率的光谱信息，有利于同时检测具有高度重叠发射光谱的多个荧光团。
由于本发明片上棱镜主要用于将片上微透镜1004准直形成的复色平行光色散成由不同波长的单色光组成的光谱信息，并成像在微流控芯片100的边缘。为了获得符合光谱检测装置检测要求的色散展宽，需要针对不同波长的单色光的色散位置进行计算，选择合适的设计参数，有利于提高检测精度。
根据本发明的一个实施例，如图4所示，其中，μ为单色光经过第二片上棱镜1007的第三色散斜面1010时的折射角；γ为第二片上棱镜1007的第三色散斜面1010与垂直于光轴1005直线的夹角；δ为第二片上棱镜1007的第四色散斜面1011与垂直于光轴1005直线的夹角；y3为单色光与第二片上棱镜1007的第四色散斜面1011的相交点F至光轴1005的距离；x4为第四散斜面1011与光轴1005的交点至芯片底板101的边缘面1012之间的距离；ρ为单色光经过第二片上棱镜1007的第四色散斜面1011时的折射角；y为不同波长的单色光成像于芯片底板101边缘的色散位置与光轴1005的距离。
并且，第一色散斜面1008与第二色散斜面1009之间以及第三色散斜面1010与第四色散斜面1011之间的空气介质折射率为1；s3为第二弧面1003与第一片上棱镜1006的第一色散斜面1008与光轴1005交点之间的最大距离；α为第二弧面1003出射的复色平行光经过第一片上棱镜1006的第一色散斜面1008时的入射角或者第一片上棱镜1006的第一色散斜面1008与垂直于光轴1005直线的夹角，即两个角度数值是相等的，ε为第二弧面1003出射的复色平行光经过第一片上棱镜1006的第一色散斜面1008时的折射角，光线经过第一片上棱镜1006的第二色散斜面1009时的入射角为∈，折射角为θ，并且折射光线与第二色散斜面1009相交于点D，点D到光轴1005的垂直距离为y1；光线经过第二片上棱镜1007的第三色散斜面1010时的入射角为
折射角为μ，并且折射光线与第三色散斜面1010相交于点E，点E到光轴1005的距离为y2；折射光线经过第二片上棱镜1007的第四色散斜面1011时的入射角为π，折射角为ρ；β为第一片上棱镜1006的第二色散斜面1009与垂直于光轴1005直线的夹角；折射光线到达微流控芯片100的边缘面1012时相交于点G，点G与光轴1005之间的距离为y；x1为第一色散斜面1008与光轴1005的交点至第二色散斜面1009与光轴1005的交点的距离；x2为第二色散斜面1009与光轴1005的交点至第三色散斜面1010与光轴1005的交点的距离；x3为第三色散斜面1010与光轴1005的交点至第四色散斜面1011与光轴1005的交点的距离。可以理解的是，图4中仅示出一条单色光进行示例说明，其他单色光同理。
有
ε＝arcsin(n·sinα)； (10)
当ε<(α+β)
∈＝α+β-ε； (11)
当ε>(α+β)
∈＝ε-α-β； (17)
当μ<(γ+δ)
π＝γ+δ-μ； (23)
y＝(y3·tanδ+x4)·tan(δ-ρ)+y3； (26)
当μ>(γ+δ)
π＝ μ-γ-δ； (27)
y＝(y3·tanδ+x4)·tan(δ+ρ)+y3； (30)
通过设计合适的自变量α，β，γ，δ，x1，x2，x3，x4，根据公式(26)和公式(30)，可以计算不同波长光线在微流控芯片边缘面1012相应的色散位置与光轴1005之间的距离y；并通过将最小波长单色光计算得到的y值减去最大波长单色光计算得到的y值，可以得到合适的光谱色散展宽。
根据本发明的一个实施例，芯片底板101为玻璃材质时，光谱色散展宽的范围为1～30毫米，可以提高色散效果，有利于提高光谱的检测精度。
根据本发明的一个实施例，芯片底板101为玻璃材质时：
0.2mm≤s3≤5mm；
0°≤α≤40°；0°≤β≤45°；-70°≤γ≤5.7°；11°≤δ≤75°；
0.1mm≤x1≤3mm；0.1mm≤x2≤3mm；
0.1mm≤x3≤3mm；0.1mm≤x4≤30mm。
本发明实施例通过上述参数设计，可以保证整个芯片的体积较小，并且可以获得较高分辨率的光谱信息，有利于提高检测精度。
根据本发明第二方面的实施例，本发明还提供一种光谱信息检测系统，包括：光谱检测装置和上述实施例的微流控芯片100，光谱检测装置用于检测成像于微流控芯片100上的光谱信号。
本发明光谱检测装置的具体类型不做特别限制，例如可以对各种样本进行光谱信号检测的分析，包括但不限于对样本的散射光谱、荧光光谱、化学发光等光谱信号的分析。
根据本发明的一个实施例，如图5所示，光谱检测装置包括阵列光电探测器300和上位机400，阵列光电探测器300搭载于微流控芯片100的边缘位置，实现光谱信号的连续检测采集，上位机400与阵列光电探测器300相连，用于对光谱信息进行分析。
根据本发明的一个实施例，光谱信息检测系统还包括样本注射器200和收集桶500，样本注射器200通过导管与芯片顶盖102的进样孔1021相连，用于将样本600从进样孔1021注入样本流道1001；收集桶500通过导管与芯片顶盖102的出样孔1022相连，检测后的样本600可以经出样孔1022流入收集桶500内收集。
下面结合一个具体示例对本发明提供的光谱信息检测系统的工作原理进行描述，大致包括：
通过样本注射器200将悬浮液样本从进样孔1021注入样本流道1001，当悬浮液样本流过样本流道1001与光轴1005相交的特定检测位置时，含有光谱信号的悬浮液样本会发出不同波长的光谱信号，并以一定发散角出射；发散光通过片上微透镜1004准直成复色平行光进入片上棱镜，此处可根据需要设计一个或多个片上棱镜从而获得最佳的光谱展宽效果。在片上棱镜的色散作用下，不同波长的光信号以不同角度出射到微流控芯片100边缘，形成满足阵列光电探测器300要求的色散展宽；然后由阵列光电探测器300检测采集相应的光谱信息，并传输到上位机400呈现出光谱信号，从而进行悬浮液样本的光谱信息分析；悬浮液样本最终从出样孔1022流出，由收集桶500收集。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种微流控芯片，其特征在于，包括：
透明的芯片底板，所述芯片底板上形成有样本流道；
所述芯片底板上形成有第一凹槽，所述第一凹槽包括两个相对凹陷的第一弧面和第二弧面，以构造出片上微透镜，所述片上微透镜位于所述样本流道的侧面，且所述片上微透镜的光轴垂直于所述样本流道，用于将所述样本流道内样本发出的发散光准直成复色平行光出射；
所述芯片底板上形成有第二凹槽，所述第二凹槽为三角形，以构造出片上棱镜，所述片上棱镜位于所述片上微透镜背向所述样本流道的一侧，用于将所述复色平行光色散成由不同波长的单色光组成的光谱并成像于所述芯片底板的边缘。
2.根据权利要求1所述的微流控芯片，其特征在于，所述片上棱镜的光轴与所述片上微透镜的光轴重合。
3.根据权利要求2所述的微流控芯片，其特征在于，所述片上棱镜包括并排设置的第一片上棱镜和第二片上棱镜，所述第一片上棱镜位于所述片上微透镜与所述第二片上棱镜之间，所述第二片上棱镜位于所述第一片上棱镜与所述芯片底板的边缘之间。
4.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，所述样本流道内样本发出的发散光的发散角K满足：
并且，
K＝2a；
其中，a为发散光经过所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面时的入射角；n为所述芯片底板的介质材料折射率；b为发散光经过所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面时的折射角；n1为样本介质折射率；s1为所述第一弧面与所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面之间的最大距离；R1为所述第一弧面的曲率半径；g为发散光与所述第一弧面的相交点与所述第一弧面的曲率圆心的连线与光轴形成的夹角；l2为发散光与所述第一弧面的相交点至光轴的距离；s为样本与所述样本流道靠近所述片上微透镜的侧面之间的距离。
5.根据权利要求4所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片底板为玻璃材质时：
0.2mm≤R1≤3mm，0.2mm≤R2≤3mm；
0.2mm≤s1≤5mm，0.2≤s2≤5mm，0.2≤s3≤5mm；
其中，R2为所述第二弧面的曲率半径；s2为所述第一弧面与所述第二弧面之间的最小距离；s3为所述第二弧面与所述第一片上棱镜的第一色散斜面与光轴交点之间的最大距离；l3为所述第二弧面的最高端点到光轴的距离。
6.根据权利要求3所述的微流控芯片，其特征在于，不同波长的单色光成像于芯片底板边缘的色散位置与光轴的距离y满足：
当μ<(γ+δ)，y＝(y3·tanδ+x4)·tan(δ-ρ)+y3；
当μ>(γ+δ)，y＝(y3·tanδ+x4)·tan(δ+ρ)+y3；
其中，μ为单色光经过所述第二片上棱镜的第三色散斜面时的折射角；γ为所述第二片上棱镜的第三色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；δ为所述第二片上棱镜的第四色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；y3为单色光与所述第二片上棱镜的第四色散斜面的相交点至光轴的距离；x4为所述第四色散斜面与光轴的交点至芯片底板的边缘面之间的距离；ρ为单色光经过所述第二片上棱镜的第四色散斜面时的折射角；
并且所述光谱的色散展宽为：最小波长单色光的y值减去最大波长单色光的y值。
7.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片底板为玻璃材质时，所述光谱的色散展宽的范围为1～30毫米。
8.根据权利要求6所述的微流控芯片，其特征在于，所述芯片底板为玻璃材质时：
0.2mm≤s3≤5mm；
0°≤α≤40°；0°≤β≤45°；-70°≤γ≤5.7°；11°≤δ≤75°；
0.1mm≤x1≤3mm；0.1mm≤x2≤3mm；
0.1mm≤x3≤3mm；0.1mm≤x4≤30mm；
其中，s3为所述第二弧面与所述第一片上棱镜的第一色散斜面与光轴交点之间的最大距离；α为所述第二弧面出射的复色平行光经过所述第一片上棱镜的第一色散斜面时的入射角或者所述第一片上棱镜的第一色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；β为所述第一片上棱镜的第二色散斜面与垂直于光轴直线的夹角；x1为所述第一色散斜面与光轴的交点至所述第二色散斜面与光轴的交点的距离；x2为所述第二色散斜面与光轴的交点至所述第三色散斜面与光轴的交点的距离；x3为所述第三色散斜面与光轴的交点至所述第四色散斜面与光轴的交点的距离。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的微流控芯片，其特征在于，还包括透明的芯片顶盖，所述芯片顶盖密封设置于所述芯片底板上，且所述芯片顶盖设有进样孔和出样孔，所述进样孔和所述出样孔与所述样本流道的两端对应连通。
10.一种光谱信息检测系统，其特征在于，包括：光谱检测装置和权利要求1-9中任一项所述的微流控芯片，所述光谱检测装置用于检测所述光谱。
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