一种微型毛细管荧光仪制造技术

一种微型毛细管荧光仪，包含光源、毛细管固定架、色散元件和探测器；其中，毛细管固定架上含有平行于毛细管的狭缝；毛细管内样本受光照激发发出的荧光经过狭缝和色散元件后，探测器可以检测样本的荧光光谱。该荧光仪充分利用了毛细管细长的外形特点，减少了样本发光散射损失，并节省了仪器空间。该荧光仪可以与手机连接，适用于即时检测。该荧光仪各零部件的位置相对固定，避免了不同型号手机的差异和人为操作的不确定性，适用于定量分析。本发明专利技术的荧光仪可以用于荧光物质的直接测量，也可以用于组合物的荧光测量，并用于相关的荧光分析。结合荧光探针技术，本发明专利技术的荧光仪可以用于探针靶标的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于光学仪器领域，涉及光谱仪器的制造、荧光检测。
技术介绍
荧光仪是测量荧光光谱的一种仪器，光谱测试的原理大致是，利用色散元件将样本的发光色散为谱线，收集各个谱线的光强，即可获得样本的发光光谱。该原理在紫外吸收光谱、拉曼光谱的测试中有较多的应用。在传统的大型荧光仪中，通常在样本和色散元件之间放置狭缝，将发散的光源变成细长的一列平行光，这样可以减少不同位置射出的光导致的色散谱线重叠，从而提高光谱分辨率。在这种方式中，为了获得尽可能高的分辨率，需要尽可能窄的狭缝宽度，现有光谱仪使用的狭缝宽度一般在几十到几百微米之间。然而，狭缝越窄，透光的光越少，检测信号越弱，导致灵敏度的下降，同时，大量的样本发光被挡在狭缝之外，造成了样本的浪费，不便于微量样本的即时检测（Point-of-caretesting）。随着光谱仪微型化的发展，一些便携式光谱仪的出现让即时检测成为可能（《光学技术》第29卷第1期，光谱仪的微型化及其应用）。然而现有的微型光谱仪，大多通过光线耦合将外界光信号导入，许多没有固定的样品室或样品架，这会导致不同的操作产生不同的结果，例如，样品的位置、与光源或探测器的距离变化都会引起信号强弱的变化，不利于结果的定量分析。为了实现微量样本的定量分析，人们发展了基于微芯片分析方法（专利CN1285902C、CN101441177B、CN103604784B），固定了光源和探测器的相对位置，通过设计微型的进样通道以控制进样量，从而获得可重复的荧光检测结果。然而这种微芯片的制作成本较高，多次测试存在芯片污染的问题。因此，发展适用于微型光谱仪的廉价一次性耗材可解决上述问题。毛细管在分析检测领域有广泛的应用，其成本低廉，生产工艺成熟。毛细管可以通过液体的表面张力自动吸取样本，无需额外的进样装置，而且用样量少，适用于微量样本的分析。为此，人们发展了一些测量毛细管样本荧光的方法（专利CN100543460C、CN101271070B、CN101464411A、CN103134780B、CN104048918B）。然而一些方法依赖于大型的光纤光谱仪或激光器，不便于便携式检测，而另外一些仪器虽然实现了小型化（专利CN102279173B、CN103134780B），但是仅能够检测荧光强度，而不能获得样本的光谱信息。
技术实现思路
为了实现微量样本的即时检测，本专利技术充分利用毛细管作为样本容器的优势，设计相关的微型荧光光谱仪。本专利技术的微型毛细管荧光仪，包含光源、毛细管固定架、色散元件和探测器；其中，毛细管固定架上含有平行于毛细管的狭缝；将毛细管固定于毛细管架上，可以测量毛细管内样本的荧光光谱。测量光路为：光源发出的光照射毛细管，毛细管内样本受激发发出的荧光经过狭缝，再经过色散元件，使荧光沿毛细管平行方向展开成不同颜色的光，最后到达探测器。其中，色散元件选自棱镜或光栅，探测器选自硅光电管阵列、CCD、CMOS传感器。优选的，色散元件选自透射光栅或反射光栅；优选的，光栅选自反射光栅，选自平面光栅、凹面光栅或全息光栅。优选的，光源为LED光源，探测器选自线阵CCD或CMOS传感器。优选的，LED光源选自单色LED或者单色LED的组合。其中，当光源为单色LED组合时，可以根据样本的最适激发波长，通过电路控制选择其中一种颜色的LED发光，以满足不同样本的测试需要。这种将夹缝集成于毛细管架的方式，充分利用了毛细管细长的外形特点，节省了仪器空间，同时狭缝紧靠毛细管，增强了毛细管的出射光强，有利于增强检测信号。在具体的实施中，可分别采用两种方式激发毛细管内样本发光：第一种方式为，光源的激发光透过毛细管壁照射毛细管内部的样本，毛细管固定架上含有两条平行于毛细管的狭缝，分别用于限制激发光和出射荧光的光路和宽度。优选的，光源紧贴毛细管的激发光狭缝。优选的，光源为线型的光源，平行于毛细管放置。优选的，光源一侧有线性聚光元件，将光源的光会聚到狭缝处，优选的，线性聚光元件选自线性菲涅尔透镜。第二种方式为，光源的激发光照射毛细管末端，通过波导原理沿着毛细管壁传播至样本处，激发样本发荧光。相对于第一种方式，第二种方式降低了背景杂散光的干扰。优选的，光源一侧有聚光元件，将光源的光会聚到毛细管末端。在一些优选方案中，可以增加线性聚光元件，将毛细管轴向的散射荧光会聚到一起集中测量，以增强检测信号。该线性聚光元件可以位于色散元件和探测器之间，或者位于荧光出射狭缝和色散元件之间。其中，将线性聚光元件置于色散元件和探测器之间，可以将色散后的荧光谱线按各自的波长会聚于探测器上；将线性聚光元件置于荧光出射狭缝和色散元件之间，可以将射出狭缝的荧光沿着毛细管轴向压缩后，再色散成谱线，这样还可以减小色散元件的体积。在一些优选方案中，可以在狭缝和色散元件之间增加准直元件，将透过狭缝的荧光转为平行光，以增加光谱分辨率。准直元件选自凸透镜或凹面反光镜。在一些优选方案中，可以增加反光元件，以增强荧光信号。在毛细管荧光向狭缝出射的反方向，含有反光元件，可将与狭缝相反方向的荧光反射至狭缝处，所用的反光元件选自反光镜、直角棱镜、直角椎棱镜。在光源照射毛细管的透光方向，含有反光元件，可将透过毛细管的激发光反射至毛细管处，所用的反光元件选自反光镜、直角棱镜、直角椎棱镜。为了减少外界对仪器内部零部件的污染，可以用一层透明介质将毛细管架的空间与仪器内部隔离，所采用的透明介质选自石英、玻璃或塑料。在上述专利技术的基础上，可以根据具体的实际需要，在光路上添加其它的光学元件，这些光学元件选自聚光透镜、反光聚光镜、反光镜、狭缝、滤光膜、滤光片、棱镜、光栅、透镜等。这些光学元件的添加不改变本专利技术的实质内涵，可达到可以预料的检测效果。本专利技术的荧光仪的毛细管架可以根据需要设计成可以放置不同形状的毛细管，包括圆形毛细管、方形毛细管等。毛细管的材料可选自玻璃、石英、塑料或有机无机复合材料等。本专利技术充分发挥了毛细管以下一些优势：（1）成本低，体积小，取样量少，可以自动吸取液体，操作方便，可作为一次性使用，便于即时检测；（2）毛细管内径可以做到0.1毫米以下，与光谱仪所用的狭缝宽度相当，样本在毛细管中呈柱状，将色散元件的狭缝紧贴毛细管，既减少了样本发光散射损失，又可节省仪器体积；（3）在毛细管内径一致的条件下，增加取样量，即增加毛细管内样本的长度，扩大狭缝长度，在不降低光谱分辨率的条件下，可以增加光的透过量，从而成倍提高检测的信号强度；（4）毛细管壁可以用于波导，利用波导将光源的激发光传递至毛细管内的样本处，可以降低光源散色光的干扰，提高检测的信噪比。本专利技术的荧光仪体积小，便于携带，结合现有的计算机、智能手机技术，可以通过数据线、wifi、蓝牙等方式与手机连接，适用于即时检测。相对于现有的手机测光谱的方法和其它微型光谱仪，本专利技术的荧光仪，对样本需求量少，可以同时测量荧光强度和荧光光谱。此外，由于具有固定的毛细管架，并集成了光源和探测器，并且各零部件的位置相对固定，因而，减少了人为操作的不确定性，避免了不同型号手机的差异，使检测结果易于重复，并可实现定量分析。相对于基于微流控芯片的微型荧光仪，本专利技术的荧光仪采用毛细管取样，廉价易得，无需复杂的加工，由于毛细管是一次性使用，因而降低了仪器污染。本专利技术的荧光仪可以用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微型毛细管荧光仪，其特征在于，包含光源、毛细管固定架、色散元件和探测器；其中，毛细管固定架上含有平行于毛细管的狭缝；将毛细管固定于毛细管架上，可以测量毛细管内样本的荧光光谱，测量光路为：光源发出的光照射毛细管，毛细管内样本受激发发出的荧光经过狭缝，再经过色散元件，使荧光沿毛细管平行方向展开成不同颜色的光，最后到达探测器；其中，色散元件选自棱镜或光栅，探测器选自硅光电管阵列、CCD、CMOS传感器。

【技术特征摘要】
1.一种微型毛细管荧光仪，其特征在于，包含光源、毛细管固定架、色散元件和探测器；其中，毛细管固定架上含有平行于毛细管的狭缝；将毛细管固定于毛细管架上，可以测量毛细管内样本的荧光光谱，测量光路为：光源发出的光照射毛细管，毛细管内样本受激发发出的荧光经过狭缝，再经过色散元件，使荧光沿毛细管平行方向展开成不同颜色的光，最后到达探测器；其中，色散元件选自棱镜或光栅，探测器选自硅光电管阵列、CCD、CMOS传感器。2.如权利要求1所述的荧光仪，其特征在于，光源的激发光透过毛细管壁照射毛细管内部的样本，毛细管固定架上含有两条平行于毛细管的狭缝，分别用于限制激发光和出射荧光的光路和宽度。3.如权利要求1所述的荧光仪，其特征在于，光源的激发光照射毛细管末端，通过波导原理沿着毛细管壁传播至样本处，激发样本发荧光。4.如权利要求1所述的荧光仪，其特征在于，荧光仪还含有线性聚光元件，将毛细管轴向的散射荧光会聚到一起集中测量，以增强检测信号，其中该线性聚光元件可以位于色散元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱泽策，田迪，
申请(专利权)人：武汉能斯特科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42