微流控芯片电泳是一种通过采用微加工技术,在基片材料上制作出电泳微流通道结构及其它配套功能单元,以实现集微量样品快速分离、准确检测于一体的高效低耗的微型电泳分析实验系统。微流控芯片电泳一般以荧光标记样品,在电泳过程中完成分离和检测,因此荧光检测装置是微流控芯片电泳系统的一个重要组成部分。传统的微流控芯片电泳荧光检测装置有多种不同的检测形式,最为常见的系统采用落射荧光结构,配合二向色镜、滤色片多级分光,并以光电倍增管(PMT)作为检测传感器,这类系统虽然能够实现较高的信噪比与时间分辨率,但其系统结构复杂,成本通常较高,尤其是当检测荧光波长众多时,系统成本将随荧光种类的增加成倍增加。文献也有报道采用光栅作为色散元件,以定制加工的雪崩二极管(APD)为传感器的检测系统,虽然APD的高灵敏度能够弥补光栅作为色散元件的低透过率,但定制加工元件的成本非常高,且加工条件苛刻,不适合相应仪器的开发。与此同时,电荷耦合元件(CCD)作为一种越发常见的光电传感器,正在被广泛应用于各类检测领域,高质量CCD不仅可以用于生物领域的成像,也可以用于各类荧光、化学发光的检测,但CCD灵敏度一般不及PMT、 APD高。为了同时兼顾微流控芯片电泳荧光检测系统的成本与检测灵敏度,本文设计并实现了一套以三棱镜作为色散元件配合CCD作为感光器件的检测系统,三棱镜的高通光率能够弥补CCD灵敏度的不足,同时也避免了多级二向色镜、滤光片系统的复杂性与高成本,有效地实现了多波长荧光的同步检测分离。本文的具体研究内容如下：(1)本文以三棱镜为色散元件进行Zemax仿真,研究了不同的光线入射角以及不同的棱镜顶角对棱镜线色散率的影响。仿真结果显示棱镜入射角从0°增加至最小偏向角对应的入射角时,线色散率减小；棱镜顶角增加,线色散率增加,仿真结果也从理论上说明了采用棱镜作为色散元件的可行性。(2)本文设计了激光诱导的微流控芯片电泳多色荧光检测光路的结构图,详述了光路搭建过程中所采用的各类调试方法；调试后的系统能够稳定地获得色散的光谱图像；并以此为基础,确定选用光谱图像中高度为35像素矩形图像区进行光谱曲线转换较为合适；本文同时测定了10-7 mol/L、 10-8 mol/L、10-9 mol/L标准荧光素钠样品溶液下,采集光谱信号的信噪比(SNR)与信背比(SBR),结果显示当选用0.1 s曝光时间时,系统半峰宽SNR为20.961 dB,信背比SBR为0.438,理论上信号可用于有效的光谱分析；本文还测定了不同浓度荧光素钠样品溶液在当前的激光强度下的荧光漂白情况,结果显示低浓度的漂白情况较为严重。(3)本文选择波长扫描法对系统进行了光谱标定,实验考察了不同的峰值定位方法与不同的标定拟合函数的标定效果,综合分析了汞灯原子谱线与单色仪随机谱线的测量误差以及曲线拟合残差结果,本系统最终选用质心法作为峰值定位算法,并配合三阶多项式进行拟合,标定后的系统测量精度较高,测试偏差约0.947nm。根据标定的结果,结合本系统采集的低压汞灯光谱曲线数据,本文计算出了系统在汞灯的546.074nm谱线处的分辨率为4.597nm,在576.960 nm与579.066 nm谱线处的分辨率为6.119 nm,理论上本系统能够区分出电泳所采用的四种荧光染料。(4)染料静态实验测试了电泳所用的四种不同染料在10-7mol/L,10-8mol/L浓度时,系统采集信号的信噪比、信背比,结果显示6-FAM染料由于荧光波长受当前截止滤光片的影响,在本系统的检测信号强度较弱。其他三种染料的信噪比与信背比一般呈现如下趋势HEX>TAMRA>ROX;相对于荧光素钠,三种染料的信号强度均较弱。(5)本文提出了基于超定方程的最小二乘解的荧光矫正算法,用于矫正多种荧光同时经过检测窗口的光谱曲线,混合荧光溶液静态实验结果显示该算法在不同浓度、不同曝光时间下的矫正系数与预期基本一致,矫正参数还原出的光谱拟合曲线与原始采集的光谱曲线在峰内基本重合。(6)本文进行了微流控芯片电泳实验,验证了三种不同染料在电泳过程中通过检测窗口的检测效果,实验发现电泳过程中电泳胶内含有不属于上述三种荧光的光谱分量：Syber Green,并将其加入光谱矫正矩阵；在微流控芯片电泳实验中,时序图显示荧光矫正算法有效地分离出了所加样品的的峰值,故而本文成功地设计与实现了一套稳定、高灵敏度、低成本的微流控芯片电泳荧光检测系统。