单分子荧光检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单分子荧光检测系统，包括荧光激发单元、待测液单元、荧光收集单元和信号处理单元；荧光激发单元包括激光器、传导光纤和第一折射率渐变透镜，激光器产生的激光光束经传导光纤传导至第一折射率渐变透镜，得到激发光束；待测液单元包括微管路，微管路允许单分子通过，待测液通过微管路，激发光束照射微管路，激发位于微管路中的单分子荧光标记物发出荧光光子；荧光收集单元包括第二折射率渐变透镜和检测光纤，第二折射率渐变透镜暗场收集荧光光子，并传导至检测光纤；检测光纤与信号处理单元相连接，信号处理单元对通过检测光纤的荧光光子进行处理得到荧光标记物的信息。本发明专利技术提供一种微型、低成本、高效率的单分子荧光检测系统。子荧光检测系统。子荧光检测系统。

【技术实现步骤摘要】
单分子荧光检测系统


[0001]本专利技术涉及单分子荧光检测
，更具体地，涉及一种单分子荧光检测系统。

技术介绍

[0002]荧光检测主要是利用检测带有荧光标记的特殊蛋白，通过对其浓度的检测可以用于呼吸道、自身免疫等疾病的诊断，也是体外诊断中最为常见的一种检测方式。目前随着医学和生物学的不断发展，对于快速、精确和可靠性的要求的不断提高，传统的检测手段(包括目前流行的化学发光法、ELISA和免疫共沉淀法等等)已经满足不了现在的需求，单分子荧光检测的出现填补了人们对快速、高灵敏和高可靠性等优点的需求，也被称作为下一代荧光检测技术。单分子荧光检测可将最低检出限优化至100倍乃至1000倍以上。
[0003]目前，市场上有两种单分子荧光检测装置，一种是由Quanterix公司开发，其利用半导体工艺制备具有微孔阵列的芯片结构，将分析物限制在各个微孔里面，再利用成像系统来探测每一个微孔中是否有分析物，从而可以得到分析物的含量信息，然而，微孔阵列的加工工艺要求高，推高了芯片成本。另一种由Singulex开发，利用共聚焦显微镜观察焦点范围内，通过激光激发该区域，然后收集该区域的荧光强度来分析该区域内分析物的含量，然而，共聚焦显微镜结构复杂、体积大、价格昂贵且不易维护。
[0004]另，上述两种单分子荧光检测装置均是对分析物进行空间分割，将分析物分割为较小单元或者个体进行观测，受到高本底噪声的影响，每单步需要长时间的累计曝光，从而达到接收器可观测的阈值，因此使得最终测量时间远超过化学发光法。
[0005]因此，单分子荧光检测装置受到成本、测量效率和仪器体积等问题的影响，目前市场占有率较低，难以推广。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种微型、低成本、高效率的单分子荧光检测系统。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种单分子荧光检测系统，包括荧光激发单元、待测液单元、荧光收集单元和信号处理单元；
[0009]所述荧光激发单元包括激光器、传导光纤和第一折射率渐变透镜，所述激光器产生的激光光束经所述传导光纤传导至所述第一折射率渐变透镜，经所述第一折射率渐变透镜聚焦后得到用于激发待测液产生荧光的激发光束；
[0010]所述待测液单元包括微管路，所述微管路允许单分子通过，待测液通过所述微管路，所述激发光束照射所述微管路，激发位于所述微管路中的单分子荧光标记物发出荧光光子；
[0011]所述荧光收集单元包括第二折射率渐变透镜和检测光纤，所述第二折射率渐变透镜设置于非所述激发光束的光路上，所述第二折射率渐变透镜暗场收集所述荧光光子，所
述荧光光子经所述第二折射率渐变透镜聚焦后传导至所述检测光纤；
[0012]所述检测光纤与所述信号处理单元相连接，所述信号处理单元对通过所述检测光纤的所述荧光光子进行处理得到荧光标记物的信息。
[0013]实施本专利技术实施例，将具有如下有益效果：
[0014]本专利技术实施例通过设置第一折射率渐变透镜和第二折射率渐变透镜，替代现有技术中由多个曲面透镜构成的复杂光学镜片聚焦结构，有效的缩小了光路传播的空间大小，且由于折射率渐变透镜的体积可控制在毫米量级，因此，本专利技术极大地缩小了单分子荧光检测系统的体积和结构复杂度；通过将第二折射率渐变透镜设置于非激发光束的光路上，暗场收集荧光光子，避免激发光束的光被第二折射率渐变透镜收集，形成较大的本底噪声，容易淹没部分较弱的单分子荧光信号，提高单分子荧光信号的检测速度和精度；通过设置第二折射率渐变透镜和检测光纤，第二折射率渐变透镜的前端对产生的荧光光子进行收集，荧光光子经第二折射率渐变透镜的折射聚焦后，耦合到检测光纤，检测光纤的光纤口径的限制起到了光阑去噪的作用，即相当于现有共聚焦显微镜中的共聚焦针孔的作用，本申请利用第二折射率渐变透镜和检测光纤的组合实现了现有共聚焦显微镜的共聚焦作用，能够显著降低单分子荧光检测系统的体积和成本；通过采用微流道的空间限制的方式使每次检测的样品体积内只存在一个分析物分子，然后通过统计得到待测液中荧光标记的待测分子的浓度、含量等信息，避免对待测液进行空间分割，避免延长检测时间。
[0015]综上，本专利技术在保证单分子荧光检测技术具有的超灵敏、高效率优点前提下，利用折射率渐变透镜极有效的简化了超敏荧光检测系统，获得微型单分子荧光检测系统。该微型系统为全固态结构，系统稳定，易于与其他功能模块集成，制作成本也远低于大型显微系统，从而克服了现有单分子荧光检测装置复杂、设计难度大、不易维护和成本高的缺点。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]其中：
[0018]图1是本专利技术一具体实施例的单分子荧光检测系统的结构示意图。
[0019]图2是本专利技术一具体实施例的第一/第二折射率渐变透镜的径向半径r上任一点的折射率N(r)的曲线关系图。
[0020]图3是本专利技术一具体实施例的第一/第二折射率渐变透镜的光线传输示意图。
[0021]图4是本专利技术一具体实施例的待测液单元的结构示意图。
[0022]图5是本专利技术一具体实施例的微管路的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0024]参考图1，本专利技术公开了一种单分子荧光检测系统，包括荧光激发单元10、待测液单元20、荧光收集单元30和信号处理单元40。
[0025]荧光激发单元10包括激光器、传导光纤11和第一折射率渐变透镜12，激光器产生的激光光束经传导光纤11传导至第一折射率渐变透镜12，经第一折射率渐变透镜12聚焦后得到用于激发待测液产生荧光的激发光束。
[0026]待测液单元20包括微管路21，微管路21允许单分子通过，待测液通过微管路21，激发光束照射微管路21，激发位于微管路21中的单分子荧光标记物发出荧光光子。
[0027]荧光收集单元30包括第二折射率渐变透镜31和检测光纤32，第二折射率渐变透镜31设置于非激发光束的光路上，暗场收集荧光光子，荧光光子经第二折射率渐变透镜31聚焦后传导至检测光纤32。
[0028]检测光纤32与信号处理单元40相连接，信号处理单元40对通过检测光纤32的荧光光子进行处理得到荧光标记物的信息。
[0029]在上述实施方式中，通过设置第一折射率渐变透镜12和第二折射率渐变透镜31，替代现有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单分子荧光检测系统，其特征在于，包括荧光激发单元、待测液单元、荧光收集单元和信号处理单元；所述荧光激发单元包括激光器、传导光纤和第一折射率渐变透镜，所述激光器产生的激光光束经所述传导光纤传导至所述第一折射率渐变透镜，经所述第一折射率渐变透镜聚焦后得到用于激发待测液产生荧光的激发光束；所述待测液单元包括微管路，所述微管路允许单分子通过，待测液通过所述微管路，所述激发光束照射所述微管路，激发位于所述微管路中的单分子荧光标记物发出荧光光子；所述荧光收集单元包括第二折射率渐变透镜和检测光纤，所述第二折射率渐变透镜设置于非所述激发光束的光路上，暗场收集所述荧光光子，所述荧光光子经所述第二折射率渐变透镜聚焦后传导至所述检测光纤；所述检测光纤与所述信号处理单元相连接，所述信号处理单元对通过所述检测光纤的所述荧光光子进行处理得到所述荧光标记物的信息。2.根据权利要求1所述的单分子荧光检测系统，其特征在于，所述信号处理单元包括单光子探测器、单光子计算器和数据处理模块，所述单光子探测器与所述检测光纤相连接，所述单光子探测器将通过所述检测光纤的单个荧光光子转化成TTL电信号，并送入所述单光子计数器，所述单光子计算器记录单个荧光光子到达的时间，所述数据处理模块将所述TTL电信号和所述单个荧光光子到达的时间处理成光强随时间的变化的信息，根据所述光强随时间的变化的信息计算通过所述微管...

【专利技术属性】
技术研发人员：李皓，安礼相，吕英楷，孙庆冬，吴莉娟，曾淮扬，郑峰，
申请(专利权)人：深圳高性能医疗器械国家研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：