雷射誘導螢光檢測器的製造方法
2023-05-22 02:34:16
專利名稱:雷射誘導螢光檢測器的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開一種雷射誘導螢光檢測器，包括傾斜設置在色鏡架內的二向色鏡、位於二向色鏡的雷射入射方向的雷射入射裝置、位於二向色鏡的雷射折射方向的透鏡以及位於二向色鏡的螢光接收方向的發射濾光片，所述透鏡外側的焦點處放置有帶窗口的毛細管，所述發射濾光片外側依次設有可調狹縫和光電培增管所述色鏡架在位於二向色鏡的雷射透射方向設有十字分劃板，所述十字分劃板外側設有內窺鏡。本實用新型具有雷射入射光線準直、雷射入射光線位置實時在線顯示以及可視化校準的優點，可實現可變波長雷射誘導螢光檢測器更換，保證不同波長雷射器時的輸出光路系統的穩定，提升檢測器的適用性及穩定性。
【專利說明】雷射誘導螢光檢測器
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於檢測分析儀器，特別涉及一種主要適用於藥物臨床和生物科學等領域中的微量樣品檢測的雷射誘導螢光檢測器。
【背景技術】
[0002]上世紀70年代Zare等首次提出了雷射誘導螢光檢測技術(LIF)，由於其具有的高檢測靈敏度以及適合於微區檢測的特點，LIF檢測系統獲得了快速迅猛的發展和廣泛的應用。隨著近年來微分離技術的快速發展，科技工作者們對現有分析手段的分離效率、分析速度、檢測靈敏度有了更高的要求，特別是對其中檢測技術的需求，更趨向於高靈敏度、高選擇性的方向。雷射誘導螢光檢測技術(LIF)正是集中體現了這種發展趨勢。由於可以檢測超微樣品體積，具有高特異性、高重現性以及極高的檢測靈敏度(雷射誘導螢光檢測器的最低檢測濃度可達到I X 1-12M,較之常規紫外/可見光檢測器I X 1-7M的最低檢測濃度，靈敏度要高100000倍)，作為精密分析儀器檢測器的雷射誘導螢光檢測器自問世以來，倍受科技工作者的青睞，現已被廣泛地應用於神經科學、核酸分析、生物工程等生命科學、環境保護、製藥業、食品業及農業等多個領域，特別是在痕量檢測、分析方面(如，醫療診斷、食品衛生檢測、農藥殘留檢測、水質檢測等)，具有其他檢測器無可比擬的優勢。且這種檢測技術與多種精密分析分離儀器有很好的匹配性，可以廣泛用於毛細管電色譜儀、毛細管電泳儀、毛細管液相色譜儀、微徑液相色譜儀、常規高效液相色譜儀等多種儀器，從而進一步拓展了其應用領域。
[0003]目前雷射誘導螢光檢測器多為單一固定波長的檢測器，只有與之波長相符的物質或可以與之波長相符的衍生試劑發生反應的物質才可以用其進行檢測，這在很大程度上限制了雷射誘導螢光檢測器的應用範圍。可變波長雷射誘導螢光檢測器在固定波長雷射誘導螢光檢測器基礎上，利用光纖技術，實現雷射、二向色鏡和濾光片組可更換，解決固定波長雷射誘導螢光檢測器應用局限性的問題。但是，雷射、二向色鏡和濾光片組在更換過程會造成整個系統光路的偏移，而光路的調節沒有一個參考標準進行光路校準。之前的做法為觀察檢測窗口螢光物質激發出螢光的亮度，此時雷射直接照射到毛細管窗口會產生大量的散射光，很難分辨出亮度最大的位置，而且易損傷眼睛，操作麻煩；另外還可以根據光電倍增管的輸出電信號的大小來進行光路校準，此時可根據電信號高斯曲線的最高點確認雷射位置，但無法觀察到雷射照射到毛細管上的位置，若光路偏移量較大，操作時間也相應加長。
實用新型內容
[0004]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種能夠對雷射光線位置進行可視化校準的雷射誘導螢光檢測器，以克服現有技術存在的不足。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型採用如下技術方案:
[0006]一種雷射誘導螢光檢測器，包括傾斜設置在色鏡架內的二向色鏡、位於二向色鏡的雷射入射方向的雷射入射裝置、位於二向色鏡的雷射折射方向的透鏡以及位於二向色鏡的螢光接收方向的發射濾光片，所述透鏡外側的焦點處放置有帶窗口的毛細管，所述發射濾光片外側依次設有可調狹縫和光電培增管，其特徵在於:所述色鏡架在位於二向色鏡的雷射透射方向設有十字分劃板，所述十字分劃板外側設有內窺鏡。
[0007]採用上述技術方案，在實際使用時，將內窺鏡與圖像顯示裝置(如PC機)相連。部分雷射會經過二向色鏡透射到十字分劃板上形成光斑，而通過內窺鏡藉助圖像顯示裝置就可以觀察光斑位置進而判斷光路是否準確，如果不夠準確，還可以據此進行校準。
[0008]為了進一步實現對雷射入射光線的準直，在本實用新型中，所述雷射入射裝置由固定在二維調節裝置上準直鏡、連接準直鏡入射口的光纖頭以及與光纖接頭頭連接的雷射器構成。這種結構的雷射入射裝置準直鏡可以對射入二向色鏡的雷射光纖進行準直，保證了雷射輸入穩定、位置可調。
[0009]所述準直鏡中的輸出鏡與輸入鏡是虛共焦結構。
[0010]採用上述技術方案，本實用新型具有雷射入射光線準直、雷射入射光線位置實時在線顯示以及可視化校準的優點，可實現可變波長雷射誘導螢光檢測器更換，保證不同波長雷射器時的輸出光路系統的穩定，可視化成像能夠降低校準難度，提升檢測器的適用性及穩定性，以克服現有技術中存在的不足。
【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明:
[0012]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0013]圖2為準直鏡的結構示意圖；
[0014]圖3為二維調節裝置的立體結構示意圖；
[0015]圖4為二維調節裝置另一視角的立體結構示意圖；
[0016]圖5為二維調節裝置再另一視角的立體結構示意圖；
[0017]圖6為三角支架的結構示意圖；
[0018]圖7為隱去底板和準直鏡固定套的角度調節機構的結構示意圖；
[0019]圖8為雷射光線入射位置校準前的示意圖；
[0020]圖9為雷射光線入射位置校準後的示意圖；
[0021]圖10為經校準可變波長雷射誘導螢光測量樣品峰色譜圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，本實用新型的雷射誘導螢光檢測器，包括雷射器1、光纖接頭2、二維調節裝置3、準直鏡4、二向色鏡架5、二向色鏡6、十字分劃板7、透鏡8、帶窗口的毛細管9、內窺鏡套管10、內窺鏡11、發射濾光片12、可調狹縫13以及光電倍增管14。
[0023]二向色鏡6呈45°傾斜地安裝的二向色鏡架5上從而圍繞該二向色鏡6為中心以按順序分別具有四個方向:雷射入射方向、雷射折射方向、雷射透射方向以及螢光接收方向。其中，雷射入射方向與雷射透射方向相對、雷射折射方向與螢光接收方向相對。
[0024]二向色鏡6為300-700nm範圍內匹配任意指定波長的二向色鏡，且四個二向色鏡模塊與不同波長的雷射器可以任意匹配，拆換方便。
[0025]雷射器1、光纖接頭2、二維調節裝置3、準直鏡4構成了本實用新型的雷射入射裝置，安裝在二向色鏡6的雷射入射方向。其中，準直鏡4安裝在二維調節裝置3上，光纖接頭2連接在準直鏡4的入射口，雷射器I則與光纖接頭2連接。裝配時，二向色鏡6安裝在準直鏡4的中心線上。
[0026]雷射器I的波長範圍為300-700nm任意波長的雷射器，例如473nm固體雷射器或56 Inm固體雷射器或638nm半導體雷射器或375nm半導體雷射器。
[0027]透鏡8安裝二向色鏡6的雷射折射方向，而帶窗口的毛細管9則安裝在透鏡8的外側，位於透鏡8的焦點處。透鏡8與毛細管9的距離調節方式為旋轉螺紋進行軸向旋進。
[0028]發射濾光片12安裝在二向色鏡6的螢光接收方向，可調狹縫13以及光電倍增管14則按次序安裝在發射濾光片12的外側。
[0029]十字分劃板7則安裝在二向色鏡6的雷射透射方向的二向色鏡架5上，內窺鏡套管10罩在該十字分劃板7上，其出口則安裝有內窺鏡11。
[0030]大部分雷射會在二向色鏡6折射，經透鏡8聚焦在毛細管9中心；有部分雷射會透過二向色鏡6照射在十字分劃板7上。透射光線和折射光線之間的夾角是固定不變的，可以通過確定透射光線的位置作為參考基準來校準折射入透鏡的光線。
[0031]如圖3-5所示，二維調節裝置3包括水平調節機構31、垂直調節機構32以及角度調節機構33。
[0032]水平調節機構31包括第一固定塊311、第一運動框架312、第一調節螺紋旋鈕313。其中，第一固定塊311位於第一運動框架312內，在第一固定塊311兩側面具有導軌，在第一運動框架312的兩側板內壁具有與第一固定塊311導軌配合的導槽，在第一運動框架312的端板和第一固定塊的端面之間連接有兩根彈簧35。第一運動框架312的端板的中部位置還設有螺母，第一螺紋調節旋鈕313位於該螺母中，該第一螺紋調節選旋鈕313的端頭抵頂在第一固定塊311的端面上。
[0033]在第一運動框架312的固定平面還固定有一個三角支架34，結合圖6所示，該三角支架34具有水平安裝面341和垂直安裝面342，水平安裝面341和垂直安裝面342相互垂直。第一運動框架312的上表面安裝在三角之間34的水平安裝面上。
[0034]垂直調節機構32包括第二固定塊321，第二運動框架322、第二調節螺紋旋鈕323。其中，第二固定塊321固定在三角支架34的垂直安裝面342上，並位於第二運動框架322內，在第二固定塊321兩側具有導軌，在第二運動框架322的兩側板內壁具有與第二固定塊321的導軌配合的導槽。第二運動框架的端板和第二固定塊321的端面之間也連接有兩根彈簧35。第二運動框架的端板中間也設有螺母，第二調節螺紋旋鈕323位於該螺母中，並且該第一螺紋調節選旋鈕313的端頭抵頂在第二固定塊321的端面上。
[0035]結合圖7所示，角度調節機構33包括L型聯接板331、底板332、前板333、準直鏡固定套334以及兩個角度螺紋調節旋鈕335。其中，L型聯接板331固定在第二運動框架323的固定平面上，底板332則固定在L型聯接板331上，前板333位於底板332的前方，前板333和底板332之間通過兩根分設在兩邊的彈簧35進行連接。底板332分設兩邊具有螺母，兩個角度螺紋調節旋鈕335分別位於該兩個螺母中，角度螺紋調節旋鈕335的端頭抵頂在前板333的表面。準直鏡固定套334則固定在前板333的中心。而準直鏡4安裝在準直鏡固定套334內。
[0036]該二維調節裝置3在使用時，通過旋鈕第一調節螺紋旋鈕313就可以調節第一固定塊311和第一運動框架312之間的彈簧35的鬆緊程度，從而造成第一運動框架312的水平移動；通過旋鈕第二調節螺紋旋鈕323就可以調節第二固定塊321和第二運動框架322之間的彈簧35的鬆緊程度，從而造成第二運動框架322之間的彈簧35的鬆緊程度，從而造成第一運動框架322在垂直方向上運動；通過分別旋鈕兩個角度螺紋調節旋鈕335就可以相對應側底板332和前板333之間的彈簧35的鬆緊程度，從而造成前板333與底板332之間角度不同，進而調節準直鏡固定套334內的準直鏡4的光線發射角度。
[0037]以上就是本實用新型的雷射誘導螢光檢測器，使用時，將光電倍增管14與數據工作站15連接，數據工作站15再連接到PC主機16，內窺鏡11通過USB數據線與PC主機連接以實現實時在線成像。
[0038]該雷射誘導螢光檢測器的工作原理是:光纖接頭2通過調節二維調節裝置3改變雷射入射角度，雷射大部分(>95% )經過二向色鏡6折射到透鏡8中心從而聚焦到毛細管9上，產生的螢光經透鏡8、二向色鏡6、發射濾光片12、可調狹縫13照射到光電倍增管14的感光窗口上並轉變為模擬電信號，此信號經過數據工作站15將數據傳輸到PC主機16上進行處理，另外有部部分雷射透射到十字分劃板7上形成光斑，二向色鏡架5上裝有內窺鏡套管10，通過內窺鏡11則可以將光斑位置顯示在PC主機16上以便觀察。根據觀察成像雷射斑點位置，對可變波長雷射誘導螢光檢測雷射位置進行可視化校準。
[0039]結合圖2所示，準直鏡4能夠將入射光束17轉變為平行出射光束20，降低雷射束的發散角，進而使雷射器光纖輸出的聚焦光斑更小。針對不同的波長雷射器，可以調節準直鏡結構中的輸出鏡19與輸入鏡18之間的距離，進而保證輸入鏡將一個虛焦點光束傳送給輸出鏡，即兩個透鏡是虛共焦結構。準直鏡4與固定某一個波長雷射器的光纖接頭2是一對一匹配，準直鏡4通過套圈固定到二維調節裝置3上。
[0040]實驗例:校準473nm波長雷射，並用於檢測異硫氰酸螢光素(FITC)。
[0041]實驗條件:
[0042]雷射器:473nm固體雷射器(光纖輸出)
[0043]二向色鏡:ZT488rdc ；
[0044]發射濾光片:ET525/50m；
[0045]空心石英毛細管:100μ m 1.D.*360 μ m 0.D.*130cm 長；
[0046]流動相:甲醇；
[0047]進樣量:10μ L。
[0048]泵流速:0.5mL/min ；
[0049]樣品:5X10-6 ?5X10-12mol/L FITC ；
[0050]校準過程如圖8和圖9所示，圖8為雷射波長更換為473nm，相應的二向色鏡和發散濾光片組模塊後出現光路系統偏離情況，然後通過微調二維調節裝置進行校準即可，校準結果如圖9所示。
[0051]圖10為校準螢光測試的色譜圖，經過校準後，儀器性能指標穩定，可以看出峰高的RSD值小於6%，峰面積RSD值小於7%，檢測限達到1.16X 10_12mol/L。
[0052]通過以上描述可以看出，本實用新型具有如下優點:
[0053]1、在光路設計上吸收了其他光源儀器的優秀設計概念，採用最新型的光電元件，實現簡單、高效的光路系統。雷射的單色性強，目標波長外的雜光少，沒有必要在光路中加入激發濾光片，去除激發濾光片，從而降低成本的同時保證產品有效技術性能。
[0054]2、通過光纖技術切換不同雷射器波長，擴大了可檢測物質的範圍，有效解決了由於原發、繼發螢光物質較少，導致傳統雷射誘導螢光檢測器可檢測物質範圍較窄的問題。採用光纖接頭與準直系統設計，以及二維調節準直保證激發光輸出穩定、位置可調。
[0055]3、採用模塊化設計二向色鏡和發散濾光片組，實現與相應波長雷射器的匹配及更換，大大拓展了該檢測器的使用範圍。
[0056]4、採用可視化成像系統對雷射位置進行準確定位，提高激發光和螢光的利用效率，同時又保證波長更換的方便，可靠的重複性和可靠的安全性。
[0057]綜上所述，本實用新型具有雷射入射光線準直、雷射入射光線位置實時在線顯示以及可視化校準的優點，可實現可變波長雷射誘導螢光檢測器更換，保證不同波長雷射器時的輸出光路系統的穩定，可視化成像能夠降低校準難度，提升檢測器的適用性及穩定性，以克服現有技術中存在的不足。
[0058]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，並非對本實用新型作任何形式上的限制，任何所屬【技術領域】中具有通常知識者，若在不脫離本實用新型所提出的權利要求的保護範圍內，利用本實用新型所揭示的技術內容所作出的局部更動或修飾的等效實施例，並且未脫離本實用新型的技術特徵內容，均仍屬本實用新型技術特徵的範圍內。
【權利要求】
1.一種雷射誘導螢光檢測器，包括傾斜設置在色鏡架內的二向色鏡、位於二向色鏡的雷射入射方向的雷射入射裝置、位於二向色鏡的雷射折射方向的透鏡以及位於二向色鏡的螢光接收方向的發射濾光片，所述透鏡外側的焦點處放置有帶窗口的毛細管，所述發射濾光片外側依次設有可調狹縫和光電培增管，其特徵在於:所述色鏡架在位於二向色鏡的雷射透射方向設有十字分劃板，所述十字分劃板外側設有內窺鏡。2.根據權利要求1所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述雷射入射裝置由固定在二維調節裝置上準直鏡、連接準直鏡入射口的光纖頭以及與光纖接頭頭連接的雷射器構成。3.根據權利要求1所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述十字分劃板上罩有有內窺鏡套管，所述內窺鏡安裝所述內窺鏡套管出口處。4.根據權利要求1所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述準直鏡中的輸出鏡與輸入鏡是虛共焦結構。5.根據權利要求2所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述二維調節裝置由水平調節機構、通過三角支架安裝在水平調節機構上的垂直調節機構以及安裝在垂直調節機構上的角度調節機構構成。6.根據權利要求5所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述水平調節機構水平調節機構包括第一固定塊、第一運動框架、第一調節螺紋旋鈕313 ;所述第一固定塊位於所述第一運動框架內，在所述第一固定塊兩側面具有導軌，在所述第一運動框架的兩側板內壁具有與第一固定塊導軌配合的導槽；在第一運動框架的端板和第一固定塊的端面之間連接有兩根彈簧，所述第一運動框架的端板的中部位置還設有螺母；所述第一螺紋調節旋鈕位於所述螺母中，所述第一螺紋調節選旋鈕的端頭抵頂在所述第一固定塊的端面上。7.根據權利要求5所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述垂直調節機構包括第二固定塊，第二運動框架、第二調節螺紋旋鈕；所述第二固定塊固定在三角支架的垂直安裝面上，並位於所述第二運動框架內；在所述第二固定塊兩側具有導軌，在所述第二運動框架的兩側板內壁具有與第二固定塊的導軌配合的導槽；所述第二運動框架的端板和所述第二固定塊的端面之間也連接有兩根彈簧；所述第二運動框架的端板設有螺母，第二調節螺紋旋鈕位於該螺母中，並且所述第一螺紋調節選旋鈕的端頭抵頂在第二固定塊的端面上。8.根據權利要求5所述的雷射誘導螢光檢測器，其特徵在於:所述角度調節機構包括L型聯接板、底板、前板、準直鏡固定套以及兩個角度螺紋調節旋鈕；所述L型聯接板固定在第二運動框架上，底板則固定在L型聯接板上，前板位於底板的前方，前板和底板之間通過兩根分設在兩邊的彈簧進行連接；所述底板分設兩邊具有螺母，兩個角度螺紋調節旋鈕分別位於該兩個螺母中，角度螺紋調節旋鈕的端頭抵頂在前板的表面；所述準直鏡固定套則固定在前板上，所述準直鏡安裝在所述準直鏡固定套內。
【文檔編號】G01N21-64GK204302183SQ201420764920
【發明者】閻超, 茹鑫, 萬青雲, 王玉紅, 姚凡, 姚冬 [申請人]上海通微分析技術有限公司