本发明专利技术公开了一种共焦拉曼免疫时域分辨荧光珍稀动物血液检测仪，它包括三维电动平台、显微物镜、双色片、光纤耦合镜、荧光接收光纤、荧光光谱仪、条纹相机传感器、数字延迟发生器、紫外激光扩束镜、紫外低重频脉冲激光器、主控制器、无线网络收发器、废液罐、拉曼物镜、拉曼光谱仪、拉曼光纤、拉曼耦合镜、拉曼双色片、拉曼扩束镜、拉曼激光器、瑞利滤光片、自聚焦模组及自动进样系统。本发明专利技术的光路的共焦设计可有效提高空间分辨率，可对血液中的微小区域分子进行探测；长荧光寿命免疫标记为多次时域分辨采样提供了基础；条纹相机传感器光谱仪实现单次激光诱导荧光多次采集；共焦拉曼与多幅时域荧光提供综合光谱信息，提高物种血液鉴别能力。
A confocal Raman immune time domain resolved fluorescence rare animal blood detector
【技术实现步骤摘要】
一种共焦拉曼免疫时域分辨荧光珍稀动物血液检测仪
本专利技术涉及一种血液检测仪器,尤其涉及一种采用微流控共焦拉曼免疫时域分辨荧光光谱的血液检测仪器，适用于海关对出口的珍稀动物血液进行检测鉴别，属于光电探测领域。
技术介绍
在海关进出口各类商品中，各国对血液制品的进出口大都采取严格的管控措施。由于动物，尤其是重要的珍稀动物，其血液成分中含有珍稀物种的遗传特性等重要的生物信息，一旦外流将影响国家的生物安全，因此禁止出口。但不法分子往往在普通动物血液制品中偷带珍稀动物血液，所以急需特制的仪器设备进行检测，以区别普通动物与珍稀动物，以及珍稀动物的类别，以制止血液走私违法犯罪行为，保障国家的生物安全。珍稀动物血液的快速检测与鉴别是件困难的事情，因为有些动物的血液的基因差异极小，其外在的光学特性极其相近，往往种间差异与种内差异都处一同一量级。为此，急需找到一种可行的方法。一种有效分析工具为共焦拉曼技术，它可将拉曼泵浦激光聚焦至一极小区域，覆盖若干个生物大分子，并拾取分子振动引起的拉曼频移，从而对探测对象的分子构成进行有效识别；另一种强有力的分析工具为时间分辨免疫荧光分析，它采用镧系稀土元素螯合物作为标记物，利用该类荧光物质寿命长和斯托克斯位移大的特点，通过时间分辨，有效排除非特异性本底荧光干扰，灵敏度高，成为生物医学超微量分析强有力的工具。由于珍稀动物血液极其珍贵，量很小，因此需进行小量及微量分析。微流控(Microfluidics)指的是使用微米尺度管道处理或操纵微小流体的系统，可满足微量生物分析的要求。它具有微型化、集成化等特征，微流控装置通常被称为微流控芯片，也被称为芯片实验室(LabonaChip)和微全分析系统(micro-TotalAnalyticalSystem)。将以上共焦拉曼及免疫时域分辨荧光精细光谱手段与微流控进样结合，可满足珍稀动物血液分析及鉴别的需求。综合上述，针对珍稀动物血液分析及鉴别的需求，本专利技术提出一种采用微流控共焦拉曼免疫时域分辨荧光的血液检测仪器，适用于对珍稀动物进行快速检测、建库与识别，方便海关进出口检测检疫部门进行珍稀动物的溯源、鉴别及保护。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种微流控共焦拉曼免疫时域分辨荧光的检测仪器，可精确获取珍稀血液中血红蛋白、细胞质、生物大分子等物质成份的共焦拉曼及免疫时域分辨荧光信号，满足珍稀血液的检测、鉴别、溯源、保护等需求。本专利技术提出的微流控共焦拉曼免疫时域分辨荧光光谱血液检测仪由三维电动平台、显微物镜、双色片、光纤耦合镜、荧光接收光纤、荧光光谱仪、条纹相机传感器、数字延迟发生器、紫外激光扩束镜、紫外低重频脉冲激光器、主控制器、无线网络收发器、废液罐、拉曼物镜、拉曼光谱仪、拉曼光纤、拉曼耦合镜、拉曼双色片、拉曼扩束镜、拉曼激光器、瑞利滤光片、自聚焦模组及自动进样系统组成；其中自动进样系统由自动进样台和试剂进样台组成；自动进样台由电动推进器、检测细管、血液管、血液接头组成；试剂进样台由试剂推进器、试剂管、试剂接头、Y形管组成；血液接头联接血液管与检测细管；电动推进器推动血液管中的待测血液通过血液接头流入检测细管，并通过中间接头流入Y形管；Y形管为两进一出，其中一个进口通过中间接头联接检测细管，另一进口通过试剂接头与试剂管联接；试剂推进器推动试剂管中的螯合标记物与待测血液在Y形管中相遇混合，产生免疫反应后，生成荧光标记位点，得到标记血液，从Y形管出口流出，检测完成后，由废液罐收集；紫外低重频脉冲激光器沿发射光轴发出的紫外脉冲激光经紫外激光扩束镜扩束准直，穿过双色片，经显微物镜聚焦至Y形管出口中的标记血液；产生的后向荧光信号沿发射光轴通过显微物镜，经双色片反射后沿接收光轴行进，经光纤耦合镜耦合进荧光接收光纤，再进入荧光光谱仪；荧光光谱仪中的分光元件将荧光信号分光后投射到条纹相机传感器进行光电转换；条纹相机传感器中有可调门宽(即曝光时间)高速连续快门，可以固定的采样周期Δt(即时域采样间隔)进行时域分辨高速连续曝光，将随时间衰减的多个荧光光谱记录下来以供后续分析；自聚焦模组可带动拉曼物镜沿拉曼发射轴移动，从而实现焦点的移动；拉曼激光器沿拉曼发射轴发出的拉曼泵浦激光经拉曼扩束镜扩束准直，穿过拉曼双色片，经拉曼物镜聚焦至检测细管中拉曼聚焦点处的待测血液；产生的后向拉曼散射信号沿拉曼发射轴通过拉曼物镜，经拉曼双色片反射后沿拉曼接收轴行进，拉曼耦合镜耦合进拉曼光纤，拉曼耦合镜中有瑞利滤光片，可滤去拉曼回波信号中的与泵浦光波长相同的瑞利散射信号，进入拉曼光纤中的拉曼信号再进入拉曼光谱仪，分光与光电转换后得到拉曼光谱供后续分析；拉曼发射轴、拉曼接收轴垂直、发射光轴、接收光轴等四轴共面，拉曼发射轴与拉曼接收轴垂直，发射光轴与接收光轴垂直，拉曼发射轴与发射光轴平行；光纤耦合镜与紫外激光扩束镜孔径相等，且两者到双色片的距离L2与L1相等，基本满足共焦对称要求；拉曼耦合镜与拉曼扩束镜孔径相等，且两者到拉曼双色片的距离L3与L4相等，基本满足共焦对称要求；数字延迟发生器以脉冲外触发方式，启动紫外低重频脉冲激光器和条纹相机传感器，并设置两个外触发脉冲之间的延时T，以得到最佳性噪比的时域分辨荧光光谱；主控制器输入输出端口控制程序可实现对三维电动平台、电动推进器、试剂推进器、数字延迟发生器、条纹相机传感器、拉曼激光器、拉曼光谱仪、自聚焦模组的控制；且可接收拉曼光谱仪输出的共焦拉曼光谱信息以及条纹相机传感器输出的免疫时域分辨荧光光谱信息,并构建对应珍稀动物血液的综合光谱数据库，进行血液分析与分类鉴别，实现数据库的查询和远程传输；还可通过无线网络收发器联接海关部门云系统，实现数据库的上传、下载与云端查询；本专利技术提出的微流控共焦拉曼免疫时域分辨荧光光谱血液检测方法包括以下步骤：(1)初始化及自聚焦将珍稀动物待测血液注入血液管，将螯合标记物注入试剂管；将自动进样台的电动推进器、检测细管、血液管、血液接头组装好；将试剂进样台的试剂推进器、试剂管、试剂接头、Y形管组装好；将中间接头联接好检测细管与Y形管；将Y形管与废液罐接好；然后将整个自动进样系统安装于三维电动平台上；主控制器发出指令启动电动推进器，以一定的速度推动血液管中的待测血液通过血液接头流入检测细管，并通过中间接头流入Y形管；主控制器发出指令启动试剂推进器，以一定的速度推动试剂管中的螯合标记物与检测细管中的待测血液在Y形管中相遇混合，产生免疫反应后，生成荧光标记位点，得到标记血液，从Y形管出口流出；主控制器发出指令，启动数字延迟发生器；数字延迟发生器按设置的延迟T，发出两个触发脉冲，先后启动紫外低重频脉冲激光器和条纹相机传感器；主控制器发出指令，使条纹相机传感器工作于单帧曝光模式，并设置曝光时间Es；紫外低重频脉冲激光器发出的紫外脉冲激光扩束聚焦至Y形管出口区域，产生的后向信号经光纤耦合镜耦合进入荧光光谱仪，到条纹相机传感器进行光电转换；条纹相机传感器将采集到的光谱信号传送到主控制器；主控制器计算该光谱信号的总强度I(注：光谱曲线包本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种共焦拉曼免疫时域分辨荧光珍稀动物血液检测仪，包括三维电动平台(1)、显微物镜(2)、双色片(3)、光纤耦合镜(5)、荧光接收光纤(6)、荧光光谱仪(7)、条纹相机传感器(8)、数字延迟发生器(9)、紫外激光扩束镜(10)、紫外低重频脉冲激光器(11)、主控制器(12)、无线网络收发器(13)、废液罐(16)、拉曼物镜(31)、拉曼光谱仪(33)、拉曼光纤(34)、拉曼耦合镜(35)、拉曼双色片(37)、拉曼扩束镜(38)、拉曼激光器(39)、瑞利滤光片(40)、自聚焦模组(41)及自动进样系统；其特征在于：/n所述的自动进样系统由自动进样台(19)和试剂进样台(28)组成；自动进样台(19)由电动推进器(24)、检测细管(17)、血液管(20)、血液接头(18)组成；试剂进样台(28)由试剂推进器(25)、试剂管(22)、试剂接头(29)、Y形管(26)组成；/n所述的血液接头(18)联接血液管(20)与检测细管(17)；电动推进器(24)推动血液管(20)中的待测血液(21)通过血液接头(18)流入检测细管(17)，并通过中间接头(27)流入Y形管(26)；Y形管(26)为两进一出，其中一个进口通过中间接头(27)联接检测细管(17)，另一进口通过试剂接头(29)与试剂管(22)联接；试剂推进器(25)推动试剂管(22)中的螯合标记物(23)与待测血液(21)在Y形管(26)中相遇混合，产生免疫反应后，生成荧光标记位点，得到标记血液(15)，从Y形管(26)出口流出，检测完成后，由废液罐(16)收集；/n所述的紫外低重频脉冲激光器(11)沿发射光轴(14)发出的紫外脉冲激光经紫外激光扩束镜(10)扩束准直，穿过双色片(3)，经显微物镜(2)聚焦至Y形管(26)出口中的标记血液(15)；产生的后向荧光信号沿发射光轴(14)通过显微物镜(2)，经双色片(3)反射后沿接收光轴(4)行进，经光纤耦合镜(5)耦合进荧光接收光纤(6)，再进入荧光光谱仪(7)；荧光光谱仪(7)中的分光元件将荧光信号分光后投射到条纹相机传感器(8)进行光电转换；条纹相机传感器(8)中有可调门宽(即曝光时间)高速连续快门，可以固定的采样周期Δt(即时域采样间隔)进行时域分辨高速连续曝光，将随时间衰减的多个荧光光谱记录下来以供后续分析；/n所述的自聚焦模组(41)可带动拉曼物镜(31)沿拉曼发射轴(32)移动，从而实现焦点的移动；拉曼激光器(39)沿拉曼发射轴(32)发出的拉曼泵浦激光经拉曼扩束镜(38)扩束准直，穿过拉曼双色片(37)，经拉曼物镜(31)聚焦至检测细管(17)中拉曼聚焦点(30)处的待测血液(21)；产生的后向拉曼散射信号沿拉曼发射轴(32)通过拉曼物镜(31)，经拉曼双色片(37)反射后沿拉曼接收轴(36)行进，拉曼耦合镜(35)耦合进拉曼光纤(34)，拉曼耦合镜(35)中有瑞利滤光片(40)，可滤去拉曼回波信号中的与泵浦光波长相同的瑞利散射信号，进入拉曼光纤(34)中的拉曼信号再进入拉曼光谱仪(33)，分光与光电转换后得到拉曼光谱供后续分析；/n所述的拉曼发射轴(32)、拉曼接收轴(36)垂直、发射光轴(14)、接收光轴(4)等四轴共面，拉曼发射轴(32)与拉曼接收轴(36)垂直，发射光轴(14)与接收光轴(4)垂直，拉曼发射轴(32)与发射光轴(14)平行；光纤耦合镜(5)与紫外激光扩束镜(10)孔径相等，且两者到双色片(3)的距离L2与L1相等，基本满足共焦对称要求；拉曼耦合镜(35)与拉曼扩束镜(38)孔径相等，且两者到拉曼双色片(37)的距离L3与L4相等，基本满足共焦对称要求；/n所述的数字延迟发生器(9)以脉冲外触发方式，启动紫外低重频脉冲激光器(11)和条纹相机传感器(8)，并设置两个外触发脉冲之间的延时T，以得到最佳性噪比的时域分辨荧光光谱；/n所述的主控制器(12)输入输出端口控制程序可实现对三维电动平台(1)、电动推进器(24)、试剂推进器(25)、数字延迟发生器(9)、条纹相机传感器(8)、拉曼激光器(39)、拉曼光谱仪(33)、自聚焦模组(41)的控制；且可接收拉曼光谱仪(33)输出的共焦拉曼光谱信息以及条纹相机传感器(8)输出的免疫时域分辨荧光光谱信息,并构建对应珍稀动物血液的综合光谱数据库，进行血液分析与分类鉴别，实现数据库的查询和远程传输；还可通过无线网络收发器(13)联接海关部门云系统，实现数据库的上传、下载与云端查询。/n...
【技术特征摘要】
1.一种共焦拉曼免疫时域分辨荧光珍稀动物血液检测仪，包括三维电动平台(1)、显微物镜(2)、双色片(3)、光纤耦合镜(5)、荧光接收光纤(6)、荧光光谱仪(7)、条纹相机传感器(8)、数字延迟发生器(9)、紫外激光扩束镜(10)、紫外低重频脉冲激光器(11)、主控制器(12)、无线网络收发器(13)、废液罐(16)、拉曼物镜(31)、拉曼光谱仪(33)、拉曼光纤(34)、拉曼耦合镜(35)、拉曼双色片(37)、拉曼扩束镜(38)、拉曼激光器(39)、瑞利滤光片(40)、自聚焦模组(41)及自动进样系统；其特征在于：
所述的自动进样系统由自动进样台(19)和试剂进样台(28)组成；自动进样台(19)由电动推进器(24)、检测细管(17)、血液管(20)、血液接头(18)组成；试剂进样台(28)由试剂推进器(25)、试剂管(22)、试剂接头(29)、Y形管(26)组成；
所述的血液接头(18)联接血液管(20)与检测细管(17)；电动推进器(24)推动血液管(20)中的待测血液(21)通过血液接头(18)流入检测细管(17)，并通过中间接头(27)流入Y形管(26)；Y形管(26)为两进一出，其中一个进口通过中间接头(27)联接检测细管(17)，另一进口通过试剂接头(29)与试剂管(22)联接；试剂推进器(25)推动试剂管(22)中的螯合标记物(23)与待测血液(21)在Y形管(26)中相遇混合，产生免疫反应后，生成荧光标记位点，得到标记血液(15)，从Y形管(26)出口流出，检测完成后，由废液罐(16)收集；
所述的紫外低重频脉冲激光器(11)沿发射光轴(14)发出的紫外脉冲激光经紫外激光扩束镜(10)扩束准直，穿过双色片(3)，经显微物镜(2)聚焦至Y形管(26)出口中的标记血液(15)；产生的后向荧光信号沿发射光轴(14)通过显微物镜(2)，经双色片(3)反射后沿接收光轴(4)行进，经光纤耦合镜(5)耦合进荧光接收光纤(6)，再进入荧光光谱仪(7)；荧光光谱仪(7)中的分光元件将荧光信号分光后投射到条纹相机传感器(8)进行光电转换；条纹相机传感器(8)中有可调门宽(即曝光时间)高速连续快门，可以固定的采样周期Δt(即时域...
【专利技术属性】
技术研发人员：万雄，王泓鹏，袁汝俊，
申请(专利权)人：中国科学院上海技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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