基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统和方法，属于高通量实时光谱检测领域。系统包括光源、透镜组、第一分叉光纤束、第二分叉光纤束、第一光纤阵列耦合板、第二光纤阵列耦合板、多孔微反应板、光束整形模块、单色仪和面阵CCD。本发明专利技术通过光纤束和光纤阵列耦合板的设计，可以同时对每个反应孔中的光谱信号进行激发和收集，从而提升光谱检测的效率；通过对光纤束输出端纤芯采用“一”字线性排列的方式，结合光谱仪和面阵CCD探测器，将每根纤芯中的光信号投影到CCD的不同行像素内，从而在CCD的横向上实现了光谱信号的波长分辨，纵向上实现了多通道采集，从而解决对多通道光谱信号的同时和实时分析问题。解决对多通道光谱信号的同时和实时分析问题。解决对多通道光谱信号的同时和实时分析问题。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统和方法


[0001]本专利技术涉及高通量实时光谱检测领域，特别是涉及一种基于光纤阵列的高通量微反应器阵列的化学反应实时光谱检测系统。
技术背景
[0002]光谱检测是根据物质的各种光谱来鉴别物质的种类、化学成分和含量的技术，根据待测信号的不同，常见的光谱技术主要有吸收谱、荧光谱、拉曼光谱、红外光谱等大类。相比于其它的物质检测技术，光谱检测具有非接触、无损、快速、灵敏和准确等诸多优点，因此被广泛应用于日常生活、工业生产和科学研究中。但是，在研究生物化学反应的过程中，经常需要对反应的各个过程进行实时检测，例如材料合成、催化反应、聚合酶链式反应，此外，许多对照实验中通常还需要改变温度、反应物浓度等条件进行多组实验，因此需要对大量的样品进行实时的光谱检测。
[0003]为了实现高通量的光谱检测，其中一种方案是结合自动化系统和光谱检测系统(CN113777053A)，将多孔样品板放置在电控二维平移台上，通过软件对每个样品孔中的光谱信号进行逐个检测，从而获得多个样品的光谱信息，但是这种方法由于一次只能检测一个样品，因此需要耗费大量的时间，此外，也没有办法同时对所有孔中的样品进行实时光谱检测；另一种方案是利用大面积的光斑对整个多孔样品板进行照射(CN1798969B，CN102066906A)，然后对整个样品板的荧光信号进行成像，根据荧光像得到荧光分布和强度信息，但是这种方法没有办法获得荧光信号的光谱信息，同时荧光信号之间很容易互相干扰，此外，无法进行其它种类的光谱测试。/>
技术实现思路

[0004]本专利技术使用光纤束和光纤阵列耦合板作为光传输模块，可以同时对每个反应孔中的光谱信号进行激发和收集，从而提升光谱检测的效率；光谱采集光纤输出端纤芯采用“一”字线性排列的方式，结合光谱仪和面阵CCD探测器，将每根纤芯中的光信号投影到CCD的不同行像素内，从而在CCD的横向上实现光谱信号的波长分辨，在纵向上实现多通道采集，从而解决对多通道光谱信号的同时和实时分析问题；此外，多孔微反应板上的每个反应孔内将配有独立的微型热电元件，用于对样品进行加热，从而实现不同温度下的光谱信号采集。
[0005]本专利技术提供了一种基于光纤阵列的高通量微反应器阵列的化学反应实时光谱检测系统和方法。通过特殊的光学系统设计，该光谱检测系统可以同时对数十个样品的吸收谱和荧光谱进行实时检测，同时可以在测量过程中对每个反应孔的温度进行调控实现变温测试，适合于多种生物和化学反应的实时光谱检测。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统，包括光源、透镜组、第一分叉光纤束、第二分叉光纤束、第一光纤阵列耦合板、第二光纤阵列耦合板、多孔微反应板、光
束整形模块、单色仪和面阵CCD；
[0008]所述的光源、透镜组和第一分叉光纤束的入射端口同轴放置，由光源发出的光由透镜组耦合到第一分叉光纤束的入射端口中；
[0009]所述的第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板平行布置，多孔微反应板位于第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板之间，且多孔微反应板上的反应孔阵列与第一光纤阵列耦合板、第二光纤阵列耦合板上的单元阵列一一对应；所述的第一光纤阵列耦合板的单元阵列输入端与第一分叉光纤束的出射端口连接，第二光纤阵列耦合板的单元阵列输出端与第二分叉光纤束的入射端口连接，所述的第二分叉光纤束的出射端口通过光束整形模块连接单色仪，由光束整形模块对出射光进行准直、聚焦，再经单色仪进行色散分光，最后由面阵CCD接收，检测到每一个反应孔对应的光谱信息。
[0010]作为本专利技术的优选，所述的第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板上的每一个单元中包含一个透镜组和一个光纤连接口；
[0011]所述的第一光纤阵列耦合板的光纤连接口位于第一光纤阵列耦合板的上表面上，用于连接第一分叉光纤束的出射端口；所述的第二光纤阵列耦合板的光纤连接口位于第二光纤阵列耦合板的下表面上，用于连接第二分叉光纤束的入射端口；
[0012]所述的第一光纤阵列耦合板上的透镜组与第二光纤阵列耦合板上的透镜组共焦，多孔微反应板位于焦平面上。
[0013]作为本专利技术的优选，所述的第一分叉光纤束和第二分叉光纤束由数量相等的若干光纤线芯构成。
[0014]作为本专利技术的优选，所述的第一分叉光纤束的入射端口呈圆形分布，所有光纤纤芯呈中心对称排列。
[0015]作为本专利技术的优选，所述的第二分叉光纤束的出射端口的光纤纤芯呈“一”字线性排列。
[0016]上述系统工作过程如下：光源通过透镜组准直聚焦后耦合到第一分叉光纤束，经光纤传输分叉后耦合到第一光纤阵列耦合板中，所述的第一光纤耦合板中的光学模块将光整形后聚焦照射到多孔微反应板中产生光信号，之后光信号将透过微反应板底部被第二光纤阵列耦合板收集并耦合进第二分叉光纤束，从所述的第二分叉光纤束出射的光在经过光束整形模块后入射到单色仪中，经单色仪分光后最终被面阵CCD探测。其中，所述的第二分叉光纤束的出射端口处的纤芯将按照“一”字从上向下线性排列(详见附图2)，不同高度位置处的信号光对应了不同的微反应孔，最后在面阵CCD的不同行像素上就能得到不同微反应孔内的光谱信息。
[0017]与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
[0018](1)与基于自动控制系统对每个样品孔逐个进行光谱检测的方案相比，本专利技术通过采用光纤阵列的方案，从而实现了同时对多个样品孔进行光谱激发和收集，大大提高了检测效率，并且可以实现同时对多个样品进行实时检测。
[0019](2)与采用大面积光源照射的方案相比，本专利技术通过采用光纤阵列进行光谱收集，并通过特殊的光学系统设计，将不同样品孔中的光信号在上下不同的位置上进行了分离，从而可以与光谱仪和面阵CCD结合，实现多通道光谱检测。此外除了荧光谱，还可以对样品的透射谱进行实时检测，拓展了系统的应用领域。
附图说明
[0020]图1为基于光纤阵列的高通量微反应器阵列的化学反应实时光谱检测系统示意图。
[0021]图2为第二分叉光纤束出射端口处的纤芯排布示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图对本专利技术进行进一步的说明。
[0023]本专利技术提出的基于光纤阵列的高通量微反应器阵列的化学反应实时光谱检测系统主要由光源、透镜组、分叉光纤束、光纤阵列耦合板、多孔微反应板、光束整形模块、单色仪、面阵CCD构成，基本结构见附图1：
[0024]所述的光源、透镜组和第一分叉光纤束的入射端口需同轴放置；第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板共焦放置，多孔微反应板位于两个光纤阵列耦合板的共焦面附近；第二分叉光纤束出射端口的长边应与单色仪的入射狭缝平行放置；第二分叉光纤束出射端口、光束整形模块、单色仪的入射狭缝需同轴放置；单色仪的入射狭缝需放置在光束整形模块的焦平面上。
[0025]本实施例中，光源可以根据测试需求选择激光或者白光光源。
[0026]所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统，其特征在于，包括光源、透镜组、第一分叉光纤束、第二分叉光纤束、第一光纤阵列耦合板、第二光纤阵列耦合板、多孔微反应板、光束整形模块、单色仪和面阵CCD；所述的光源、透镜组和第一分叉光纤束的入射端口同轴放置，由光源发出的光由透镜组耦合到第一分叉光纤束的入射端口中；所述的第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板平行布置，多孔微反应板位于第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板之间，且多孔微反应板上的反应孔阵列与第一光纤阵列耦合板、第二光纤阵列耦合板上的单元阵列一一对应；所述的第一光纤阵列耦合板的单元阵列输入端与第一分叉光纤束的出射端口连接，第二光纤阵列耦合板的单元阵列输出端与第二分叉光纤束的入射端口连接，所述的第二分叉光纤束的出射端口通过光束整形模块连接单色仪，由光束整形模块对出射光进行准直、聚焦，再经单色仪进行色散分光，最后由面阵CCD接收，检测到每一个反应孔对应的光谱信息。2.根据权利要求1所述的基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统，其特征在于，所述的第一光纤阵列耦合板和第二光纤阵列耦合板上的每一个单元中包含一个透镜组和一个光纤连接口；所述的第一光纤阵列耦合板的光纤连接口位于第一光纤阵列耦合板的上表面上，用于连接第一分叉光纤束的出射端口；所述的第二光纤阵列耦合板的光纤连接口位于第二光纤阵列耦合板的下表面上，用于连接第二分叉光纤束的入射端口；所述的第一光纤阵列耦合板上的透镜组与第二光纤阵列耦合板上的透镜组共焦，多孔微反应板位于焦平面上。3.根据权利要求1所述的基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统，其特征在于，所述的第一分叉光纤束和第二分叉光纤束由数量相等的若干光纤线芯构成。4.根据权利要求3所述的基于光纤阵列的微化学反应器阵列实时光谱检测系统，其特征在于，所述的第一分叉光纤束的入射端口呈圆形分布，所有光...

【专利技术属性】
技术研发人员：马庆，余洋，罗向东，
申请(专利权)人：江苏度微光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：