本發(fā)明涉及用于檢測樣本中物質的光吸收率和熒光性的裝置和方法。

背景技術：

樣本的各種性質的精確檢測是具有技術的不同領域中的多個應用的范圍。例如，在液相色譜法內，經(jīng)常要求用來確定樣本中的化學元素的量的熒光性的檢測。然而，熒光性檢測設備經(jīng)常是昂貴的和龐大的，因為它們結合高靈敏度和波長選擇能力。例如,如通過cn2856989是已知的，經(jīng)常使用分光儀以檢測不同波長的熒光信號。

用于測量熒光性的其它方法也是已知的，例如通過被連接到更低成本的光學分光儀的并且將被浸入在樣本中的光纖探針的使用。由此實現(xiàn)更成本有效的裝置，但是以低得多的靈敏度。

因此通常存在對于能夠以成本有效的方式生產(chǎn)并且在測量樣本的性質方面仍保持高靈敏度和精確性的用于檢測熒光性的裝置和方法的需求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標是要實現(xiàn)用于測量樣本中的物質的熒光性和光吸收率的成本有效的裝置和方法。

本文中，“光”意圖包含可見和不可見的電磁輻射。本文中，“熒光性”和類似的單詞意圖包含通過物質（自然熒光性）來發(fā)射的光（可見的或者不可見的），或者通過熒光分子或者與物質（包含熒光性）相關聯(lián)的其它物體（例如，附連到物質的熒光染料）來發(fā)射的光。將會理解，如本文所使用的術語“物質”指任何化學實體。特別地，它包含有機化合物和無機化合物。有機化合物的示例包含但不限于蛋白質、肽、碳水化合物、脂質、核酸、蛋白質核酸、候選藥物以及異型生物質。無機化合物的示例包含金屬鹽，例如硫酸鐵、氯化銅、硝酸鎳等等。

在本發(fā)明的第一方面中，提供了根據(jù)所附的獨立權利要求的裝置和方法，其中樣本檢測器布置成檢測樣本中的物質的吸收率和熒光性。由此相同的裝置能夠被用來測量吸收率和熒光性兩者，給予了成本有效、高靈敏度熒光性檢測和將這些能力結合到也布置成測量樣本的另一個性質（即吸收率）的裝置兩者的優(yōu)勢。因為用于測量熒光性的許多組件也被要求用于測量吸收率，由此能夠實現(xiàn)顯著的優(yōu)勢。

根據(jù)本發(fā)明的方面，樣本檢測器是至少一個光電檢測器。由此裝置能夠被制造為小并且成本有效的，并且仍然允許多個不同波長的光的檢測。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于測量吸收率的第一光源是uv光發(fā)射二極管。由此能夠實現(xiàn)窄帶寬、低成本以及穩(wěn)定組件的優(yōu)勢，并且具有若干其它優(yōu)勢，包含通過電池或者其它低電壓功率源來供電以及在組件能夠被可靠地使用之前避免預熱時間。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于測量熒光性的第二光源是uv光發(fā)射二極管。由此能夠測量物質的天然的熒光性而不要求將熒光分子應用到物質的需求。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一光源和第二光源中的至少一個是脈動的。由此光源能夠被控制,使得每次只一個發(fā)射光，給予用于以更高靈敏度測量吸收率和熒光性的機會并且還允許背景光的測量以作為參考值而不要求完全地關閉光源中的任一個。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一濾波器布置在第二導體和樣本檢測器之間，所述第一濾波器布置成阻塞通過第二光源發(fā)射的波長的光。由此能夠改進熒光信號的檢測，因為允許更小量的對于檢測不相關的光到達樣本檢測器。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一導體還是第三導體,使得來自第一光源和第二光源的光通過相同的導體被傳輸?shù)匠?。由此能夠利用更少的組件來制造裝置以進一步使成本最小化。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第二導體布置成與第三導體成某個角度。由此來自第二光源的通過出口傳輸并且傳輸?shù)綐颖緳z測器的光的量是減少的，改進了來自樣本的熒光信號的檢測。優(yōu)選地，所述角度是90°以使來自第二光源的通過第二導體來傳輸?shù)墓獾牧孔钚』?/p>

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第一入口包括用于阻止光從所述第一入口發(fā)射的遮光器元件。由此在熒光性測量期間，如果光源不是脈動的，能夠阻止來自第一光源的光照射樣本，由此改進熒光信號的檢測。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，第二光源和第一濾波器布置成可由裝置的用戶替換。由此用戶能夠選擇最適合每個特定應用光源和濾波器而不要求進一步修改裝置并且致使裝置更加通用，而同時保持成本有效。

鑒于下面的詳細描述，本發(fā)明的進一步優(yōu)勢和益處對本領域的技術人員將是易于顯而易見的。

附圖說明

現(xiàn)在參考附圖將更詳細地描述發(fā)明，其中

圖1是公開根據(jù)本發(fā)明的用于測量樣本中的物質的熒光性和吸收率的裝置的第一實施例的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的示意圖；以及

圖3是公開本發(fā)明的附加組件的第一實施例的示意圖。

具體實施方式

圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置1的第一優(yōu)選的實施例的示意表示。正如將在下面參考圖3詳細描述的，裝置1包括第一光源3，優(yōu)選地是發(fā)射適合供在測量放置在裝置1的流通池2中的樣本的吸收率中使用的光的uvled。來自第一光源3的光通過第一光路傳播到流通池2，在該情況請下，光導體采取光纖5的形式，其在第一入口11處被連接到流通池2。對于吸收率測量，通常要求采取分束器14和參考檢測器15的形式的另外的組件（參見圖3）。然而，將可能不利用這些組件來測量吸收率，例如通過使用參考樣本（例如流通池中的水）以用于獲得參考值。要注意，第一光源3能夠備選地是提供uv范圍之外的不同波長的光的另一類型的光源，例如比如另一類型的led，如果這適合用于測量樣本的吸收率的話。允許來自流通池2的光通過連接到采取光纖光導體7的形式的第二光路的出口13來離開流通池2，其通過第一濾波器8將光傳輸?shù)綐颖緳z測器9。

第二光源4（也優(yōu)選地是uvled）也布置成照射流通池2并且發(fā)射適合用于測量放置在流通池2中的樣本的熒光性的光。來自第二光源4的光在使用中通過采取光纖光導體6的形式的第三光路傳播到流通池2，并且通過第二入口12進入流通池2。

第一濾波器8優(yōu)選地是至少一個光帶通濾波器,其被配置為阻塞通過第二光源4來發(fā)射波長的光，但是允許來自第一光源3的光和在熒光信號的預期范圍內的光通過以改進流通池2中的樣本的熒光信號的測量。因此，能夠允許多個波長范圍的光通過至少一個光濾波器。要注意，附加的帶通濾波器也可以如本領域中眾所周知地那樣被放置于鄰近第一光源和第二光源3，4，以只允許窄的波長范圍（例如10nm）通過。使用uvled作為第二光源是有利的，因為這給予測量物質（例如，比如蛋白質）的280-300nm波長范圍中的天然的熒光性的機會。然而如果需要，其它種類的光源例如比如其它類型的led也可以被使用。

在出口13處，如還將在下面參考其中第二光源4布置成鄰近第一光源3并且熒光信號被允許通過第三導體6離開裝置1的實施例來進一步描述的，遮光器元件10也可以布置成阻塞光。

圖2公開了根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實施例，與通過使用第一導體5來將光從第一光源3和從第二光源4兩者傳輸?shù)搅魍ǔ?的第一實施例不同。因此在該實施例中，來自兩種源的光從相同方向進入流通池。這是成本有效的，因為要求更少的組件以用于裝置1，并且來自兩種光源3，4兩者的光能夠通過相同的光纖被傳輸。為了仍以高靈敏度執(zhí)行精確熒光性測量，第一濾波器8布置成阻塞通過第二光源4來發(fā)射的光的波長。如果第一光源3和第二光源4的波長足夠不同以允許來自第一光源3的光通過第一濾波器8而同時阻塞來自第二光源4的光，這是有優(yōu)勢的。

要注意，假定將要被測量的熒光性要求與用于測量樣本的吸收率所要求的波長接近或者相同的激發(fā)波長，單個光源而不是第一光源3和第二光源4能夠備選地被使用。在只使用一個光源的情況下，第一濾波器8當然將需要被旁路或者省略以用于吸收率的測量。備選地，第一光源3和第二光源4能夠在相同蓋內一起被安裝。

如上面已經(jīng)提到的，樣本檢測器9優(yōu)選地是布置成檢測和測量光的振幅的至少一個光電檢測器。光電檢測器能夠是例如光電二極管、雪崩光電二極管、光電倍增器或者硅光電倍增器。與用于該應用的分光儀的使用對比，上面提到的光電檢測器具有小以及成本有效的優(yōu)勢。這允許在不同位置中的容易處理和方便使用。在一個實施例中，樣本檢測器9也能夠布置成通過用戶可移動，使得能夠檢測某些波長的光電二極能夠被能夠檢測其它波長的光電二極管替換。在一個實施例中，樣本檢測器包括多個光電二極管（例如光電二極管陣列）,由此增加能夠被檢測的波長的數(shù)量，同時仍只或多或少地增加裝置的成本。

如果需要，多個光源能夠被并排地安裝并且來自每個源的光在相同的光纖或者光纖束中一起被運輸，以便在流通池2或者包含不同樣本的多個不同的流通池2處再次被分開。在該多路復用的實施例中，各與例如不同的熒光顏色相對應的多個光源能夠被用來照射流通池2中的樣本，并且例如通過布置成檢測每個顏色的光電二極管陣列能夠檢測作為熒光信號被發(fā)射的每個顏色的光的量。在該情況中，光電二極管中的每個光電二極管將要求適用于光電二極管本身的濾波器以阻止不預期的光到達二極管。備選地，提供波長去復用和檢測以及包括二極管和光濾波器兩者的單個組件能夠被用作樣本檢測器9，例如，比如optoflash光引擎（newport公司的商標）。

圖3更詳細地示出了圖1的裝置1。第一光源3發(fā)射適合用于測量樣本的吸收率的光，在測量樣本中蛋白質的吸收率的情況下，優(yōu)選是uv范圍中的光。光可以通過第一附加帶通濾波器17，其用來過濾光并且只允許窄的帶寬范圍（優(yōu)選地只是大約10nm或更少）通過。然后通過分束器14將光劃分為第一和第二部分22，并且第一部分21被傳輸?shù)綑z測光的第一部分21中的電磁輻射的參考檢測器15。參考檢測器15能夠是與適合用于檢測在通過第一光源3來發(fā)射的波長的光的樣本檢測器9相同類型的光電檢測器。參考檢測器15進一步操作地被連接到處理單元16，所述處理單元布置成接收與通過參考檢測器15來接收的光的量相對應的第一信號31。

光的第二部分22從分束器14通過第一導體5被傳輸?shù)搅魍ǔ?并且通過第一入口11進入流通池2以照射流通池2和在其中包含的樣本。光的一些被樣本吸收，并且剩余的通過出口13和第二導體7到樣本檢測器9。在到達樣本檢測器9之前，光通過第一濾波器8。

因此,樣本檢測器9(優(yōu)選地是采取適用于檢測通過第一光源3來發(fā)射的波長的光的至少一個光電檢測器的形式)接收在通過流通池2之后的光的第二部分22的剩余的東西并且檢測所述光的電磁輻射。與通過樣本檢測器9來接收的光的量相對應的第二信號32被傳輸?shù)綐颖緳z測器9操作地連接到的處理單元16。

如本領域中眾所周知的，通過比較與來自第一光源3的光的第一部分21相對應的第一信號31和與已經(jīng)通過流通池2而沒有被樣本吸收的光相對應的第二信號32，處理單元布置成確定樣本的吸收率。

對于樣本的吸收率的測量，第二光源4（也優(yōu)選是uvled）布置成發(fā)射與適合用于生成樣本中的熒光信號的波長相對應的光。由于發(fā)射具有260-300nm的波長的光的uvled的使用，天然的熒光性能夠在各種蛋白質或者抗體中被檢測。對于另一物質（例如gfp（綠色熒光蛋白質））的檢測，發(fā)射約為400-500nm的波長的led將是適合的，以及對于還有其它物質，其它波長將被使用。第二附加濾波器18可以布置成允許小的波長范圍（優(yōu)選地只是10nm）的光在進入第三導體6之前通過并且被傳輸?shù)搅魍ǔ?。在一些實施例中，特別是如果第二光源4是激光器，通常將不要求第二附加濾波器18。

來自第二光源4的光因此通過第二入口12進入流通池2并且照射在其中包含的樣本。由此將生成具有與來自第二光源4的光不同波長的熒光信號。所述熒光信號將通過出口13和第二導體7被傳輸?shù)綐颖緳z測器9并且通過第一濾波器8，以及將在樣本檢測器中生成與來自樣本的熒光信號的幅度相對應的第三信號33。所述第三信號33可以被傳輸?shù)教幚韱卧?6以向用戶呈現(xiàn)和/或被進一步保留和分析。

如果第二入口12和第三導體6布置成與出口13和第二導體7成某個角度,這是有利的,因為直接來自第二光源4的通過出口13的光的量將比如果入口和出口布置成彼此面對的更小。優(yōu)選地角度是30°-150°，更優(yōu)選地大約是90°。

如上面提到的，通過使用uvled作為第二光源4，裝置1能夠檢測某些物質（諸如蛋白質和抗體）中的天然的熒光性。其它化合物在其它范圍中具有天然的熒光性，例如400-700nm的可見范圍或者更高的波長。如果需要，熒光分子或者標簽能夠被共價地結合到樣本并且通過使用發(fā)射與所選擇分子相對應的波長的光的第二光源4來檢測。根據(jù)本發(fā)明的實施例，第二光源4能夠因此被不同種類的激光器或者led替換，并且布置成阻止通過第二光源4來發(fā)射的波長的光到達樣本檢測器9的第一濾波器8也能夠被對應地改變。在該實施例中，第二光源4和第一濾波器8能夠被用戶現(xiàn)場移除或者替換而不改變裝置1的其它性質。因此第二光源能夠被第三光源替換并且第一濾波器8被第二濾波器替換，所述第二濾波器是布置成阻塞通過第三光源來發(fā)射的波長的光的帶通濾波器。能夠提供與裝置1兼容的多個光源和濾波器以允許用戶選擇最適合用于特定應用的多個光源和濾波器。然后這些能夠被安裝在裝置1中并且被用于隨后的熒光性測量。備選地，能夠在裝置1本身中提供多個濾波器和光源，并且用戶能夠例如通過轉動輪或者接合(engage)開關來在它們之間切換，使得具有對應的濾波器的特定光源被接合。如果第二附加濾波器被用來只允許來自第二光源的窄的波長范圍通過，該濾波器也是可替換的。還有另一備選方案將要使用布置成阻塞與入射光成不同角度的不同波長的可調諧的帶通濾波器。在該情況中，能夠通過軟件來控制可調諧的帶通濾波器以確定阻塞哪些波長，并且這也要被術語“可替換的”囊括。

優(yōu)選地，第一光源和第二光源3，4是脈動的（例如通過使用方波）以確保在給定時間，只有光源中的一個光源的光到達樣本檢測器9。由此，能夠分開地測量吸收率和熒光性，增加測量的靈敏度和精確性而不要求完全關閉光源中的任何一個光源。另一種波形（例如正弦波）也能夠備選地被采用并且通過處理單元16被建模以便提取信號。如果需要，脈沖也能夠被設計為允許測量背景光，從而提供用于處理單元的參考值。

在一個實施例中，樣本檢測器9能夠包括多個光電二極管，各布置成檢測多個波長。由此若干波長的光能夠被檢測。

在大多數(shù)實施例中，吸收率和熒光性不被同時地測量，但是而是一次一個，通過使來自第一光源和第二光源的3，4的光脈動，或者通過使用遮光器元件10，如由圖1所示出的。供與遮光器一起使用的本發(fā)明的最適合的實施例是圖1的第一實施例的備選版本，其中第二光源4被安裝鄰近第一光源3，使得來自兩種光源的光被允許通過第一導體5進入裝置1。第三導體6然后用來允許熒光信號離開流通池2，并且第四導體（未示出）被連接到第三導體6以用于將光傳輸?shù)綐颖緳z測器9。因此第三導體6布置用于將光從流通池2傳輸?shù)綐颖緳z測器9。同時，遮光器10被關閉以阻止來自第一光源3的光到達第一濾波器8和樣本檢測器9。由此，熒光性測量的靈敏度能夠被增加并且來自第一光源3的附加的光的干擾能夠被大部分地阻止。

要理解,裝置1還能夠包括附加的部件，其用來增強和改進被生成的信號和從第一光源和第二光源3，4發(fā)射的光。在本領域中這是眾所周知的并且在本文中將不詳細地描述。由本領域的技術人員也要容易理解，裝置1的各種組件能夠被連接到功率供應以及用來實現(xiàn)和有助于它們正常操作的電組件和電路系統(tǒng)，并且通過檢測器9，15生成的所有信號能夠通過處理單元來處理、分析、保留和呈現(xiàn)。

如由本領域的技術人員將會容易理解的，本發(fā)明不被視作被本文所描述的特定實施例限制，但是在所附的權利要求范圍內能夠被改變。例如，將可能不利用第一濾波器以及不利用分束器和參考檢測器來執(zhí)行發(fā)明。要注意上述的各種實施例的特征通常也能夠在其它實施例中被使用。