專利名稱：一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液芯波導(dǎo)檢測(cè)裝置，具體地說是一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置。
技術(shù)背景
液芯波導(dǎo)(Liquid Core Waveguide, LCff)現(xiàn)象，又稱為液芯光纖。是指當(dāng)外周材料的折射率低于液芯的折射率，且入射光線的入射角大于臨界入射角時(shí)，光線在液體與管道壁的界面上發(fā)生全反射，在一定角度內(nèi)的光將沿液芯的軸向傳播，可幾乎無(wú)損失地從另一端傳導(dǎo)輸出的現(xiàn)象。
LCff的研究最早始于19世紀(jì)中葉，Colladon, Babinet, Tyndall等人研究了光線通過全內(nèi)反射在溪水中傳播的現(xiàn)象。到19世紀(jì)末，這一現(xiàn)象因在照明噴泉中的應(yīng)用而廣為人知。1970年左右，研究者開始注意LCW用作通訊介質(zhì)的可能性，制造了由細(xì)徑玻璃管充滿高折射率液體構(gòu)成的LCW。但由于固體光纖具有明顯的優(yōu)勢(shì)，使得LCW沒能在通訊中得到應(yīng)用。但是，它在分析化學(xué)上卻展現(xiàn)了誘人的應(yīng)用前景，已被應(yīng)用于長(zhǎng)光程吸收檢測(cè)、化學(xué)發(fā)光檢測(cè)、熒光檢測(cè)、拉曼光譜檢測(cè)等各種光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)。
Robert H. Byrne將液芯波導(dǎo)用于光度計(jì)，C⑶用作檢測(cè)器，當(dāng)儀器里面的紫外燈關(guān)閉時(shí)，用作紫外-可見分光光度計(jì)，當(dāng)紫外燈開啟時(shí)，可用作熒光光度計(jì)；Vratislav Kostal將液芯波導(dǎo)與光纖耦合的CCD光度計(jì)建立熒光檢測(cè)系統(tǒng)，并用低分子量的熒光標(biāo)記物和異硫氰熒光素(FITC)標(biāo)記的蛋白質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，與復(fù)雜的激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)器相比不僅有更好的檢測(cè)限，而且只要改裝光源就可以分析其他分析對(duì)象，因而較方便。
Johan Roeraade等將LCW與毛細(xì)管電泳激光誘導(dǎo)熒光聯(lián)用CCD末端檢測(cè)，在連續(xù)流動(dòng)和毛細(xì)管電泳模式下可分別檢測(cè)到2. 7pmol/L和62fmol/L熒光素，他們還將研制的檢測(cè)器應(yīng)用于DNA序列分析，分辨單色G序列堿基，當(dāng)信噪比為250時(shí)，能檢測(cè)到500個(gè)堿基， 當(dāng)信噪比為50時(shí)，能檢測(cè)950個(gè)堿基。劉震等報(bào)道毛細(xì)管等電聚焦液芯波導(dǎo)電泳激光誘導(dǎo)熒光整體柱成像檢測(cè)，與商業(yè)化的紫外檢測(cè)相比，靈敏度能提高3-5個(gè)數(shù)量級(jí)。此類液芯波導(dǎo)技術(shù)激發(fā)光和熒光信號(hào)從一端共同傳出，收集檢測(cè)，未能較好的實(shí)現(xiàn)激發(fā)光和熒光的分離，對(duì)檢測(cè)結(jié)果存在較大的干擾。因此發(fā)明一個(gè)能較好實(shí)現(xiàn)激發(fā)光和熒光分離的液芯波導(dǎo)檢測(cè)裝置具有重要的意義。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，該裝置應(yīng)用液芯波導(dǎo)原理， 激發(fā)光以合適的角度從毛細(xì)管側(cè)壁射入，并在涂覆層內(nèi)壁發(fā)生全反射，并沿毛細(xì)管軸線傳播，同時(shí)熒光將從毛細(xì)管內(nèi)壁透射出去，進(jìn)入光電檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)熒光與激發(fā)光的分離。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，包括液芯光纖、激發(fā)光光源和熒光檢測(cè)組件，液芯光纖的側(cè)壁具有入射窗口，激發(fā)光光源發(fā)出的激發(fā)光以一合適的角度從液芯光纖側(cè)壁的入射窗口射入液芯光纖，在液芯光纖內(nèi)沿軸線方向全反射傳播，液芯光纖中的液體介質(zhì)中的測(cè)試樣品被激發(fā)后發(fā)射出熒光，熒光檢測(cè)組件檢測(cè)從液芯光纖的側(cè)壁透射出來(lái)的熒光。
熒光檢測(cè)組件包括熒光收集系統(tǒng)、濾光系統(tǒng)和光電檢測(cè)器，從液芯光纖的側(cè)壁透射出來(lái)的熒光被熒光收集系統(tǒng)收集，經(jīng)濾光系統(tǒng)后被光電檢測(cè)器接收。
液芯光纖由從外至內(nèi)為對(duì)光折射率依次增大的涂覆層、石英層和液體介質(zhì)構(gòu)成。
激發(fā)光光源為激光器、發(fā)光二極管、氘燈或氙燈，激發(fā)光光源與液芯光纖的入射窗口之間設(shè)置光闌。
熒光收集系統(tǒng)包括聚焦透鏡和凹面反射鏡，分別位于液芯光纖的兩側(cè)，光電檢測(cè)器位于聚焦透鏡一側(cè)，濾光系統(tǒng)位于聚焦透鏡和光電檢測(cè)器之間，指向光電檢測(cè)器的熒光直接被聚焦透鏡聚焦，而相反方向的熒光被凹面反射鏡反射后經(jīng)聚焦透鏡聚焦，然后通過濾光系統(tǒng)去除雜光后被光電檢測(cè)器接收。
濾光系統(tǒng)由濾光片和光闌組成。
光電檢測(cè)器為光電倍增管或(XD。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1、本發(fā)明中激發(fā)光在液芯光纖內(nèi)部發(fā)生全反射，并沿軸線方向傳播，最大程度的增大了激發(fā)光光程及利用率，從而大大提高檢測(cè)器的靈敏度。
2、實(shí)現(xiàn)了激發(fā)光和熒光的分離，消除了激發(fā)光對(duì)檢測(cè)結(jié)果的干擾，降低背景噪聲， 提高檢測(cè)器信噪比。
3、凹面反射鏡將背離光電檢測(cè)器的熒光反射至光電檢測(cè)器方向，增加了熒光收集效率，提高了檢測(cè)靈敏度。
4、液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，成本低廉，使用范圍廣。


圖1為本發(fā)明的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置示意圖。
圖2為本發(fā)明的激發(fā)光和熒光信號(hào)在石英毛細(xì)管內(nèi)傳播光路示意圖。
圖3為實(shí)施例1中氨基酸混合試樣的分析色譜圖。
附圖中的標(biāo)記分別為1.激發(fā)光光源、2.激發(fā)光光線、3.熒光、4.聚焦透鏡、5.光電檢測(cè)器、6.濾光片、7.遮光板、8.液芯光纖、9.凹面反射鏡、10.涂覆層、11.石英層、 12.液體介質(zhì)。
具體實(shí)施方式
一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，包括液芯光纖8、激發(fā)光光源1和熒光檢測(cè)組件，激發(fā)光光源1和熒光檢測(cè)組件位于液芯光纖8的側(cè)面。熒光檢測(cè)組件包括熒光收集系統(tǒng)、濾光系統(tǒng)和光電檢測(cè)器5，液芯光纖8穿過熒光收集系統(tǒng)，濾光系統(tǒng)位于光電檢測(cè)器5和熒光收集系統(tǒng)之間，從液芯光纖8的側(cè)壁透射出來(lái)的熒光3被熒光收集系統(tǒng)收集，經(jīng)濾光系統(tǒng)后被光電檢測(cè)器5接收。
其中液芯光纖8包括石英毛細(xì)管、石英毛細(xì)管外層涂覆折光系數(shù)小于石英的 Teflon AF涂覆材料作為石英毛細(xì)管的涂覆層10，且在一端去掉一小片涂覆材料，作為入射窗口 ；石英毛細(xì)管內(nèi)部為折光系數(shù)大于石英的液體介質(zhì)12，整個(gè)液芯光纖8為折光指數(shù)呈密-疏的結(jié)構(gòu)，即在石英毛細(xì)管的涂覆層10上形成一層具有全反射能力的內(nèi)壁結(jié)構(gòu)。
其中熒光收集系統(tǒng)包括聚焦透鏡4和凹面反射鏡9，分別位于毛細(xì)管的兩側(cè)。濾光系統(tǒng)由光闌和濾光片6組成，位于光電檢測(cè)器5和聚焦透鏡4之間，熒光3經(jīng)過濾光片6后被聚焦透鏡4聚焦在光闌中心，光闌和濾光片6共同作用，使得進(jìn)入光電檢測(cè)器5中的光信號(hào)為純凈的熒光3。
在液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置中，激發(fā)光光源1發(fā)出的激發(fā)光從液芯光纖8側(cè)面射入， 被涂覆層10全反射，并在液芯光纖8內(nèi)部沿其軸線傳播，而測(cè)試樣品發(fā)射的熒光3可以從液芯光纖8側(cè)壁透射出，被熒光收集系統(tǒng)收集并通過濾光系統(tǒng)過濾雜光后進(jìn)入光電檢測(cè)器 5，實(shí)現(xiàn)激發(fā)光和熒光3的分離。
具體為石英毛細(xì)管內(nèi)部充滿著液體介質(zhì)12，整個(gè)結(jié)構(gòu)從里到外為液體介質(zhì)12、 石英層11和Teflon AF涂覆層10，折光系數(shù)依次減小。當(dāng)激發(fā)光以一定角度從入射窗口進(jìn)入液芯光纖8后，在石英層11中發(fā)生折射，以一定角度入射進(jìn)入液體介質(zhì)12中，一部分光被測(cè)試樣品吸收，激發(fā)出熒光3而消耗掉。根據(jù)光路可逆原理，未消耗的激發(fā)光以相同角度在入射窗口相對(duì)的石英層11中傳播。選擇合適的入射角度，使得激發(fā)光在石英層11傳播的方向與涂覆層10法線的夾角大于激發(fā)光在涂覆層10的全反射臨界角，從而被涂覆層10 反射回液體介質(zhì)12中。如此重復(fù)，激發(fā)光在液芯光纖8中傳播，直至其出口端，而不能從側(cè)面射出。液體介質(zhì)12中測(cè)試樣品被激發(fā)而發(fā)射出熒光3，此熒光3可以看成點(diǎn)光源，其傳播至涂覆層10且角度小于全反射臨界角的熒光3從液芯光纖8的側(cè)壁射出，然后被熒光收集系統(tǒng)收集進(jìn)入光電檢測(cè)器5，從而實(shí)現(xiàn)熒光3和激發(fā)光的分離。同時(shí)沿液芯光纖8傳播的激發(fā)光在整根液芯光纖8中不停激發(fā)測(cè)試樣品，測(cè)試樣品在液芯光纖8中不停被激發(fā)，發(fā)射出熒光3，大大提高了激發(fā)光的利用率，增加了可利用的熒光3，進(jìn)而提高檢測(cè)靈敏度。
具體實(shí)施例1
如圖1所示，液芯光纖8采用規(guī)格為50 μ m 10\45/70(^(分離長(zhǎng)度/總長(zhǎng))1^打011 AFMOO涂覆的石英毛細(xì)管。激發(fā)光光源1為激光器，液芯光纖8由涂覆層10、石英層11、 液體介質(zhì)12三部分組成，其折光系數(shù)依次增大。遮光板7為內(nèi)徑0. 4mm厚度0. 5mm的黑色塑料片，該遮光板7為濾光系統(tǒng)中的光闌，濾光片6為截止波長(zhǎng)520nm的長(zhǎng)通光學(xué)干涉濾光片。液芯光纖8 —端去掉一小片涂覆層10作為入射窗口，激發(fā)光光源1發(fā)射的激發(fā)光光線 2以一定的角度從入射窗口進(jìn)入液芯光纖8內(nèi)部。激發(fā)光光線2在涂覆層10內(nèi)壁上發(fā)生全反射，被涂覆層10反射回液芯光纖8內(nèi)部，并沿軸線傳播，同時(shí)不斷激發(fā)液體介質(zhì)12產(chǎn)生熒光3。熒光3將從液芯光纖8側(cè)壁透射出去，背離光電檢測(cè)器5的一部分熒光3經(jīng)凹面反射鏡9反射，同另一側(cè)熒光3經(jīng)過聚焦透鏡4聚焦收集，濾光片6去除雜光，進(jìn)入光電檢測(cè)器5中。
圖3為使用實(shí)施例1中的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置分析異硫氰酸熒光素(FITC)衍生化精氨酸、亮氨酸、甘氨酸混合試樣的檢測(cè)圖譜。混合氨基酸衍生物樣品中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(zhǎng)473nm、功率IOmW的激光器作為激發(fā)光光源1。電泳分離條件背景電解質(zhì)為含l.Ommol/L己二胺的80mmol/L硼砂溶液(pH為9. 2)；采用壓力進(jìn)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(quán)利要求
1.一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于包括液芯光纖(8)、激發(fā)光光源(1)和熒光檢測(cè)組件，液芯光纖(8)的側(cè)壁具有入射窗口，激發(fā)光光源(1)發(fā)出的激發(fā)光以一合適的角度從液芯光纖(8)側(cè)壁的入射窗口射入液芯光纖(8)，在液芯光纖(8)內(nèi)沿軸線方向全反射傳播，液芯光纖(8)中的液體介質(zhì)(1 中的測(cè)試樣品被激發(fā)后發(fā)射出熒光(3)，熒光檢測(cè)組件檢測(cè)從液芯光纖(8)的側(cè)壁透射出來(lái)的熒光(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于所述的熒光檢測(cè)組件包括熒光收集系統(tǒng)、濾光系統(tǒng)和光電檢測(cè)器(5)，從液芯光纖(8)的側(cè)壁透射出來(lái)的熒光 (3)被熒光收集系統(tǒng)收集，經(jīng)濾光系統(tǒng)后被光電檢測(cè)器( 接收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于所述的液芯光纖 (8)由從外至內(nèi)為對(duì)光折射率依次增大的涂覆層(10)、石英層(11)和液體介質(zhì)(1 構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于所述的激發(fā)光光源(1)為激光器、發(fā)光二極管、氘燈或氙燈，激發(fā)光光源(1)與液芯光纖(8)的入射窗口之間設(shè)置光闌。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于所述熒光收集系統(tǒng)包括聚焦透鏡(4)和凹面反射鏡(9)，分別位于液芯光纖(8)的兩側(cè)，光電檢測(cè)器(5)位于聚焦透鏡(4) 一側(cè)，濾光系統(tǒng)位于聚焦透鏡(4)和光電檢測(cè)器( 之間，指向光電檢測(cè)器(5) 的熒光(3)直接被聚焦透鏡(4)聚焦，而相反方向的熒光(3)被凹面反射鏡(9)反射后經(jīng)聚焦透鏡(4)聚焦，然后通過濾光系統(tǒng)去除雜光后被光電檢測(cè)器( 接收。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于所述濾光系統(tǒng)由濾光片(6)和光闌組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其特征在于所述光電檢測(cè)器(5) 為光電倍增管或CCD。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種液芯波導(dǎo)檢測(cè)裝置，具體地說是一種液芯波導(dǎo)熒光檢測(cè)裝置，其包括液芯光纖、激發(fā)光光源和熒光檢測(cè)組件，液芯光纖的側(cè)壁具有入射窗口，激發(fā)光光源發(fā)出的激發(fā)光以一合適的角度從液芯光纖側(cè)壁的入射窗口射入液芯光纖，在液芯光纖內(nèi)沿軸線方向全反射傳播，液芯光纖中的液體介質(zhì)中的測(cè)試樣品被激發(fā)后發(fā)射出熒光，熒光檢測(cè)組件檢測(cè)從液芯光纖的側(cè)壁透射出來(lái)的熒光。本發(fā)明的有點(diǎn)為其利用液芯波導(dǎo)原理實(shí)現(xiàn)了激發(fā)光和熒光的分離，能有效降低檢測(cè)器背景噪聲；激發(fā)光在毛細(xì)管內(nèi)沿軸線傳播，大大增加其激發(fā)光程及利用率，提高了檢測(cè)器靈敏度；同時(shí)這種裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便，成本低廉，使用范圍廣。
文檔編號(hào)G01N21/64GK102507520SQ201110343868
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月3日
發(fā)明者劉翻, 張凌怡, 張權(quán)青 申請(qǐng)人:常州博世偉業(yè)生物科技有限公司