一种测量流体延迟发光的方法和装置制造方法及图纸

一种测量延迟发光的方法和装置，构建不相交的激发光路和探测光路，使样品先位于激发光路上，再转移到探测光路上，这样就可以探测样品的延迟发光信号。相对于传统的时间分辨检测，该方法不需要脉冲、延迟、快门控制，省略了TTL控制、脉冲发生器、斩波器等设备，实现了用稳态光源探测延迟发光信号，简化了仪器装置并降低了成本。该方法适用于流体样品的时间分辨发光测量，可用于微流控芯片检测、流式细胞仪的延迟发光检测。该方法可以搭配大功率的近红外激光器，用于上转换材料或近红外发射材料的时间分辨的检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光致发光的测量方法，该方法可以用于相关的设备仪器的设计和制造中，可以用于延迟发光的测量和成像。属于光学仪器制造领域。
技术介绍
在光致发光现象中，分子受光照激发跃迁到激发态，激发态的分子可通过释放光子回到基态，即分子的荧光或磷光。分子的激发态存在寿命，即激发态的分子要在过一段时间之后才释放光子回到基态，且不同分子的激发态寿命各不不同，分子激发态寿命越长，其发光持续时间越长。通常情况下，分子的荧光寿命在纳秒级，磷光寿命可以达到微秒级以上。延迟荧光分子，其寿命也可以达到微秒级甚至毫秒级。近些年发展的一些磷光分子，寿命可以达到秒级。此外一些无机纳米材料，其寿命在毫秒级以上。这些长寿命的发光统称为延迟发光，也被称为辉光。在荧光和磷光的测量中，一般需要构建两个光路：光路一是激发光路，即激发光照射样品的光路，其目的是使样品中的分子受光照激发；光路二是探测光路，即样品发光到达探测器的光路，其目的是探测样品发光的光谱、强度等信息。两条光路相交于同一点，将样品置于该交点上，以探测样品的荧光和磷光。在稳态的测量过程中，光路一和光路二同时打开，即激发光一直照射样品的条件下测量，这种方式可以获得样品发光光谱和强度的信息，但是不能得到样品激发态寿命的信息。为了测量样品延迟发光的信号，通常需要在关闭激发光路之后打开探测光路，即在停止激发后，测量样品的发光。基于这样的思路，人们发展了许多测量延迟发光的方法和仪器。（参考专利公开说明书CN201310392018.6、CN200510092520.0、CN201180017387.6、CN201110005032.7等。）其中比较常用的方法是采用脉冲光源，一个周期中，光照时间很短，其余时间的发光信号即为延迟发光信号；利用时间相关的单光子计数器可探测样品发光强度随时间变化的曲线。另外一种常用的方法也是采用脉冲光源，用具有门控功能的CCD探测延迟发光信号。还有一种常用的方法，利用斩波器控制其中一个或两个光路的开关时间，以达到探测延迟发光信号的目的。（参考文献BiophysicalJournal1994,67,957-965、BiophysicalJournal1998,74,2210–2222、Anal.Chem.2011,83,2294-2300、CN205484048U等。）由于许多样品的发光寿命在毫秒以下，因而两个光路开关需要精确的时间控制，为此，许多瞬态光谱仪和时间分辨的成像装置采用TTL调制、脉冲发生器、延时发生器等控制两个光路的开关时机。此外，为了避免杂散光干扰，还需要光源的脉冲、探测器快门、斩波器控制等都具有较高的时间分辨率。上述各种零部件的添加增加了仪器的复杂度，此外许多高时间分辨率的零部件价格非常高，如皮秒激光器、高速相机、单光子计数器、高精度的TTL控制器等。为了简化仪器并降低成本，专利US6839134B2、CN205080051U和CN106066317A公开了使用一个斩波器同时控制激发光路和探测光路的方法，不使用激光器、高速相机、TTL控制也可以实现延迟发光的探测。该方法具有一定的适用性，然而为了获得高的时间分辨率，斩波器的通光孔要尽量狭窄，这直接降低了激发光的光通量，也就降低了发光信号。此外，针对一些特殊的样本或装置，增加斩波器的同时还需要改变光路才能实现延迟发光的探测。流体样本的荧光测量在色谱、微流控芯片、流式细胞仪等领域具有重要的应用。在以往的微流管道样本测量中，激发光路和探测光路都聚焦于微流管道的同一点，主要用于非延迟的荧光测量（专利CN105917211A），为了测量样本的延迟发光，需要对激发光路进行脉冲控制，对探测进行延迟控制（专利US20100032584A1、CN106053786A），这样的方法不仅增加了仪器的复杂程度，还降低了测量效率。
技术实现思路
为了进一步简化仪器，以更加便捷的测量延迟发光的信号，本专利技术构建了不同于传统思路的测量方法。在以往的方案中，激发光路和探测光路相交或聚焦于同一点，样品需置于该交点上进行测量，这种方式必须使用脉冲、快门分别控制激发光路和探测光路才能测量样品的延迟发光。为了省略脉冲和快门控制，本专利技术采用的方法是：构建激发光路和探测光路，使两条光路不相交，这样，当样品在激发光路上的时候，其发光不在探测光路上；当样品在探测光路上的时候，激发光不能照射样品；在延迟发光的测量中，移动样品，使样品先位于激发光路上，再转移到探测光路上，这样就可以探测样品的延迟发光信号。其中，激发光路和探测光路可参考现有的技术构建，激发光路包含光源，探测光路包含探测器，还可以根据需要，在光路上设置狭缝、光阑、棱镜、光栅、滤光元件、透镜、光纤等光学元件。该方法测量延迟发光的原理显而易见：当样品位于激发光路上，样品的荧光或磷光被激发，由于激发光路和探测光路不相交，因而，非延迟的发光不会被探测到；再将样品转移到探测光路上，由于转移需要经历一段时间，因而探测的是延迟的发光信号；其中：该方法中的转移指的是改变样品相对于光路的位置，既可以是转移样品，也可以是转移光路；该转移过程经历的时间就是延迟时间，延迟时间的长短与移动的相对距离和相对速率有关。该方法探测延迟发光的优势显而易见：不需要对光源进行脉冲控制，省略了TTL控制、脉冲发生器、斩波器等设备，任何稳态的光源都可以作为激发光源；不需要对探测器进行时间、快门控制，省略了斩波器、快门等附件；在一些情况下，不需要周期性激发、延迟、测量的过程，只要重复移动样品或光路、增加曝光时间即可增强探测信号。本方法适用于流体样本的测量。流体样本包括：液体、气体和等离子样本。其中液体样本包括纯净物液体、溶液、悬浮液、胶体，气体样本包括均相的气态样本、蒸汽样本、气溶胶样本等。以液体样本为例，具体测量中，液体样本匀速经过某管道，激发光路聚集于管道的上游某处，使该处的样本被激发，探测光路聚焦于管道下游某处，使该处的样本发光可以被探测器检测，这样样本从管道的上游流至管道的下游的过程中，经过了激发，延迟，测量的过程，因而该方法可探测流体样本的延迟发光。相对于其它时间分辨的流体测量装置，该方法不需要脉冲快门调制，不需要额外添加任何附件，简化了仪器，并降低了成本。此外，通过控制流速或改变光路聚焦的位置可以改变延迟时间，相对于调控快门，这种方法简单易于实施。在这样的流体测试装置中，含有管道、激发光路和探测光路，其中激发光路聚焦于管道上一点A，探测光路聚焦于管道上另外一点B，样品流经管道，先经过点A，再经过点B，则该系统可以探测管道内流体样品的延迟发光。优选的，该装置还包括一个泵，将流体样本以恒定速率注入管道，通过泵控制流体的速率可以调节延迟时间。优选的，可以将流体样本循环注入管道，延长探测的曝光时间可以增强检测信号强度。优选的，该装置中，激发光路和探测光路聚焦的位置可以移动或调节，通过移动或调节激发光路和探测光路聚焦的位置可以调节延迟时间。优选的，该装置含有两条或两条以上的探测光路，每个探测光路聚焦于管道上的不同点，样本依次流经各点，各个光路可以同时探测不同延迟时间的发光信号。在上述所有方案中，如果探测光路包括色散元件和探测器，其中色散元件选自棱镜或光栅，探测器选自线阵CCD或CMOS传感器，则该装置可用于探测延迟发光的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测量延迟发光的方法，其特征在于：构建激发光路和探测光路，使两条光路不相交，在延迟发光的测量中，移动样品，使样品先位于激发光路上，再转移到探测光路上，这样就可以探测样品的延迟发光信号。

【技术特征摘要】
1.一种测量延迟发光的方法，其特征在于：构建激发光路和探测光路，使两条光路不相交，在延迟发光的测量中，移动样品，使样品先位于激发光路上，再转移到探测光路上，这样就可以探测样品的延迟发光信号。2.如权利要求1所述的方法用于构建流体测量装置，其特征在于：装置中含有管道、激发光路和探测光路，其中激发光路聚焦于管道上一点A，探测光路聚焦于管道上另外一点B，样品流经管道，先经过点A，再经过点B，则该系统可以探测管道内流体样品的延迟发光。3.如权利要求2所述的流体测量装置，其特征在于：该装置还包括一个泵，将流体样本以恒定速率注入管道，通过泵控制流体的速率可以调节延迟时间。4.如权利要求3所述的流体测量装置，其特征在于：流体样本可以循环注入管道，延长探测的曝光时间可以增强检测信号强度。5.如权利要求3所述的流体测量装置，其特征在于：激发光路和探测光路聚焦的位置可以移动或调节，通过移动或调节激发光路...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱泽策，
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