一種液芯波導螢光檢測裝置的製作方法

2023-08-05 02:50:36

專利名稱：一種液芯波導螢光檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種液芯波導檢測裝置，具體地說是一種液芯波導螢光檢測裝置。
技術背景
液芯波導(Liquid Core Waveguide, LCff)現象，又稱為液芯光纖。是指當外周材料的折射率低於液芯的折射率，且入射光線的入射角大於臨界入射角時，光線在液體與管道壁的界面上發生全反射，在一定角度內的光將沿液芯的軸向傳播，可幾乎無損失地從另一端傳導輸出的現象。
LCff的研究最早始於19世紀中葉，Colladon, Babinet, Tyndall等人研究了光線通過全內反射在溪水中傳播的現象。到19世紀末，這一現象因在照明噴泉中的應用而廣為人知。1970年左右，研究者開始注意LCW用作通訊介質的可能性，製造了由細徑玻璃管充滿高折射率液體構成的LCW。但由於固體光纖具有明顯的優勢，使得LCW沒能在通訊中得到應用。但是，它在分析化學上卻展現了誘人的應用前景，已被應用於長光程吸收檢測、化學發光檢測、螢光檢測、拉曼光譜檢測等各種光學檢測系統。
Robert H. Byrne將液芯波導用於光度計，C⑶用作檢測器，當儀器裡面的紫外燈關閉時，用作紫外-可見分光光度計，當紫外燈開啟時，可用作螢光光度計；Vratislav Kostal將液芯波導與光纖耦合的CCD光度計建立螢光檢測系統，並用低分子量的螢光標記物和異硫氰螢光素(FITC)標記的蛋白質進行檢驗，與複雜的雷射誘導螢光檢測器相比不僅有更好的檢測限，而且只要改裝光源就可以分析其他分析對象，因而較方便。
Johan Roeraade等將LCW與毛細管電泳雷射誘導螢光聯用CCD末端檢測，在連續流動和毛細管電泳模式下可分別檢測到2. 7pmol/L和62fmol/L螢光素，他們還將研製的檢測器應用於DNA序列分析，分辨單色G序列鹼基，當信噪比為250時，能檢測到500個鹼基， 當信噪比為50時，能檢測950個鹼基。劉震等報導毛細管等電聚焦液芯波導電泳雷射誘導螢光整體柱成像檢測，與商業化的紫外檢測相比，靈敏度能提高3-5個數量級。此類液芯波導技術激發光和螢光信號從一端共同傳出，收集檢測，未能較好的實現激發光和螢光的分離，對檢測結果存在較大的幹擾。因此發明一個能較好實現激發光和螢光分離的液芯波導檢測裝置具有重要的意義。發明內容
本發明的目的在於提供一種液芯波導螢光檢測裝置，該裝置應用液芯波導原理， 激發光以合適的角度從毛細管側壁射入，並在塗覆層內壁發生全反射，並沿毛細管軸線傳播，同時螢光將從毛細管內壁透射出去，進入光電檢測器，實現螢光與激發光的分離。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種液芯波導螢光檢測裝置，包括液芯光纖、激發光光源和螢光檢測組件，液芯光纖的側壁具有入射窗口，激發光光源發出的激發光以一合適的角度從液芯光纖側壁的入射窗口射入液芯光纖，在液芯光纖內沿軸線方向全反射傳播，液芯光纖中的液體介質中的測試樣品被激發後發射出螢光，螢光檢測組件檢測從液芯光纖的側壁透射出來的螢光。
螢光檢測組件包括螢光收集系統、濾光系統和光電檢測器，從液芯光纖的側壁透射出來的螢光被螢光收集系統收集，經濾光系統後被光電檢測器接收。
液芯光纖由從外至內為對光折射率依次增大的塗覆層、石英層和液體介質構成。
激發光光源為雷射器、發光二極體、氘燈或氙燈，激發光光源與液芯光纖的入射窗口之間設置光闌。
螢光收集系統包括聚焦透鏡和凹面反射鏡，分別位於液芯光纖的兩側，光電檢測器位於聚焦透鏡一側，濾光系統位於聚焦透鏡和光電檢測器之間，指向光電檢測器的螢光直接被聚焦透鏡聚焦，而相反方向的螢光被凹面反射鏡反射後經聚焦透鏡聚焦，然後通過濾光系統去除雜光後被光電檢測器接收。
濾光系統由濾光片和光闌組成。
光電檢測器為光電倍增管或(XD。
本發明具有以下優點
1、本發明中激發光在液芯光纖內部發生全反射，並沿軸線方向傳播，最大程度的增大了激發光光程及利用率，從而大大提高檢測器的靈敏度。
2、實現了激發光和螢光的分離，消除了激發光對檢測結果的幹擾，降低背景噪聲， 提高檢測器信噪比。
3、凹面反射鏡將背離光電檢測器的螢光反射至光電檢測器方向，增加了螢光收集效率，提高了檢測靈敏度。
4、液芯波導螢光檢測裝置結構簡單，使用方便，成本低廉，使用範圍廣。


圖1為本發明的液芯波導螢光檢測裝置示意圖。
圖2為本發明的激發光和螢光信號在石英毛細管內傳播光路示意圖。
圖3為實施例1中胺基酸混合試樣的分析色譜圖。
附圖中的標記分別為1.激發光光源、2.激發光光線、3.螢光、4.聚焦透鏡、5.光電檢測器、6.濾光片、7.遮光板、8.液芯光纖、9.凹面反射鏡、10.塗覆層、11.石英層、 12.液體介質。
具體實施方式
一種液芯波導螢光檢測裝置，包括液芯光纖8、激發光光源1和螢光檢測組件，激發光光源1和螢光檢測組件位於液芯光纖8的側面。螢光檢測組件包括螢光收集系統、濾光系統和光電檢測器5，液芯光纖8穿過螢光收集系統，濾光系統位於光電檢測器5和螢光收集系統之間，從液芯光纖8的側壁透射出來的螢光3被螢光收集系統收集，經濾光系統後被光電檢測器5接收。
其中液芯光纖8包括石英毛細管、石英毛細管外層塗覆折光係數小於石英的 Teflon AF塗覆材料作為石英毛細管的塗覆層10，且在一端去掉一小片塗覆材料，作為入射窗口 ；石英毛細管內部為折光係數大於石英的液體介質12，整個液芯光纖8為折光指數呈密-疏的結構，即在石英毛細管的塗覆層10上形成一層具有全反射能力的內壁結構。
其中螢光收集系統包括聚焦透鏡4和凹面反射鏡9，分別位於毛細管的兩側。濾光系統由光闌和濾光片6組成，位於光電檢測器5和聚焦透鏡4之間，螢光3經過濾光片6後被聚焦透鏡4聚焦在光闌中心，光闌和濾光片6共同作用，使得進入光電檢測器5中的光信號為純淨的螢光3。
在液芯波導螢光檢測裝置中，激發光光源1發出的激發光從液芯光纖8側面射入， 被塗覆層10全反射，並在液芯光纖8內部沿其軸線傳播，而測試樣品發射的螢光3可以從液芯光纖8側壁透射出，被螢光收集系統收集並通過濾光系統過濾雜光後進入光電檢測器 5，實現激發光和螢光3的分離。
具體為石英毛細管內部充滿著液體介質12，整個結構從裡到外為液體介質12、 石英層11和Teflon AF塗覆層10，折光係數依次減小。當激發光以一定角度從入射窗口進入液芯光纖8後，在石英層11中發生折射，以一定角度入射進入液體介質12中，一部分光被測試樣品吸收，激發出螢光3而消耗掉。根據光路可逆原理，未消耗的激發光以相同角度在入射窗口相對的石英層11中傳播。選擇合適的入射角度，使得激發光在石英層11傳播的方向與塗覆層10法線的夾角大於激發光在塗覆層10的全反射臨界角，從而被塗覆層10 反射回液體介質12中。如此重複，激發光在液芯光纖8中傳播，直至其出口端，而不能從側面射出。液體介質12中測試樣品被激發而發射出螢光3，此螢光3可以看成點光源，其傳播至塗覆層10且角度小於全反射臨界角的螢光3從液芯光纖8的側壁射出，然後被螢光收集系統收集進入光電檢測器5，從而實現螢光3和激發光的分離。同時沿液芯光纖8傳播的激發光在整根液芯光纖8中不停激發測試樣品，測試樣品在液芯光纖8中不停被激發，發射出螢光3，大大提高了激發光的利用率，增加了可利用的螢光3，進而提高檢測靈敏度。
具體實施例1
如圖1所示，液芯光纖8採用規格為50 μ m 10\45/70(^(分離長度/總長)1^打011 AFMOO塗覆的石英毛細管。激發光光源1為雷射器，液芯光纖8由塗覆層10、石英層11、 液體介質12三部分組成，其折光係數依次增大。遮光板7為內徑0. 4mm厚度0. 5mm的黑色塑料片，該遮光板7為濾光系統中的光闌，濾光片6為截止波長520nm的長通光學幹涉濾光片。液芯光纖8 —端去掉一小片塗覆層10作為入射窗口，激發光光源1發射的激發光光線 2以一定的角度從入射窗口進入液芯光纖8內部。激發光光線2在塗覆層10內壁上發生全反射，被塗覆層10反射回液芯光纖8內部，並沿軸線傳播，同時不斷激發液體介質12產生螢光3。螢光3將從液芯光纖8側壁透射出去，背離光電檢測器5的一部分螢光3經凹面反射鏡9反射，同另一側螢光3經過聚焦透鏡4聚焦收集，濾光片6去除雜光，進入光電檢測器5中。
圖3為使用實施例1中的液芯波導螢光檢測裝置分析異硫氰酸螢光素(FITC)衍生化精氨酸、亮氨酸、甘氨酸混合試樣的檢測圖譜。混合胺基酸衍生物樣品中FITC-精氨酸衍生物、FITC-亮氨酸衍生物和FITC-甘氨酸衍生物的濃度分別為0. 1,0. 2,0. Inmol/ L，使用中心波長473nm、功率IOmW的雷射器作為激發光光源1。電泳分離條件背景電解質為含l.Ommol/L己二胺的80mmol/L硼砂溶液(pH為9. 2)；採用壓力進樣的方式 0. 5psi (3. 45KPa)) X 5s ；分離電壓 20kV、柱溫 22°C;精氨酸檢出限為 3. 0pmol/L(S/N = 3)。權利要求
1.一種液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於包括液芯光纖(8)、激發光光源(1)和螢光檢測組件，液芯光纖(8)的側壁具有入射窗口，激發光光源(1)發出的激發光以一合適的角度從液芯光纖(8)側壁的入射窗口射入液芯光纖(8)，在液芯光纖(8)內沿軸線方向全反射傳播，液芯光纖(8)中的液體介質(1 中的測試樣品被激發後發射出螢光(3)，螢光檢測組件檢測從液芯光纖(8)的側壁透射出來的螢光(3)。
2.根據權利要求1所述的液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於所述的螢光檢測組件包括螢光收集系統、濾光系統和光電檢測器(5)，從液芯光纖(8)的側壁透射出來的螢光 (3)被螢光收集系統收集，經濾光系統後被光電檢測器( 接收。
3.根據權利要求1或2所述的液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於所述的液芯光纖 (8)由從外至內為對光折射率依次增大的塗覆層(10)、石英層(11)和液體介質(1 構成。
4.根據權利要求1或2所述的液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於所述的激發光光源(1)為雷射器、發光二極體、氘燈或氙燈，激發光光源(1)與液芯光纖(8)的入射窗口之間設置光闌。
5.根據權利要求2所述的液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於所述螢光收集系統包括聚焦透鏡(4)和凹面反射鏡(9)，分別位於液芯光纖(8)的兩側，光電檢測器(5)位於聚焦透鏡(4) 一側，濾光系統位於聚焦透鏡(4)和光電檢測器( 之間，指向光電檢測器(5) 的螢光(3)直接被聚焦透鏡(4)聚焦，而相反方向的螢光(3)被凹面反射鏡(9)反射後經聚焦透鏡(4)聚焦，然後通過濾光系統去除雜光後被光電檢測器( 接收。
6.根據權利要求1所述的液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於所述濾光系統由濾光片(6)和光闌組成。
7.根據權利要求1所述的液芯波導螢光檢測裝置，其特徵在於所述光電檢測器(5) 為光電倍增管或CCD。
全文摘要
本發明涉及一種液芯波導檢測裝置，具體地說是一種液芯波導螢光檢測裝置，其包括液芯光纖、激發光光源和螢光檢測組件，液芯光纖的側壁具有入射窗口，激發光光源發出的激發光以一合適的角度從液芯光纖側壁的入射窗口射入液芯光纖，在液芯光纖內沿軸線方向全反射傳播，液芯光纖中的液體介質中的測試樣品被激發後發射出螢光，螢光檢測組件檢測從液芯光纖的側壁透射出來的螢光。本發明的有點為其利用液芯波導原理實現了激發光和螢光的分離，能有效降低檢測器背景噪聲；激發光在毛細管內沿軸線傳播，大大增加其激發光程及利用率，提高了檢測器靈敏度；同時這種裝置結構簡單使用方便，成本低廉，使用範圍廣。
文檔編號G01N21/64GK102507520SQ201110343868
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月3日 優先權日2011年11月3日
發明者劉翻, 張凌怡, 張權青 申請人:常州博世偉業生物科技有限公司