CN101158645A - 基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置和方法属于光电检测领域。该装置依次包括光源(1)、入射耦合透镜(3)、输入光纤(4)、输出光纤(6)、输出耦合透镜(7)，特征在于：输入光纤为一组多路输出光纤，输出光纤为一组多路输出光纤；输出耦合透镜之后还包括释放光滤镜或者分光装置(8)、光电探测器(9)连接计算机(10)；输出光纤出来的光通过输出耦合透镜变成平行光，经过释放光滤镜或者分光装置的光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在该圆盘的光投射处开孔，投射光通过该孔后，垂直入射到光电探测器，光电探测器连接计算机，完成一次探测；圆盘旋转依次让每路光纤中的光通过开孔进行探测，实现多通道检测。本发明机电结构简单、速度快，检测精度高。

Description

基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置和方法
技术领域
本发明为一种基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置和方法，属于生物医学中的光电检测技术领域。
背景技术
由于外部光源激发待检测对象诱导出来荧光的检测方式，对于生物、动物和人体的影响非常小，更重要的是荧光检测的动态范围和灵敏度越来越高接近或者赶上放射性检测，因此荧光检测被广泛应用于生命科学、医学研究和实际应用之中，尤其是生物、动物和人体等的活体实时检测领域。
经典的多通道激发诱导荧光装置和方法，利用一根输入光纤和另一根输出光纤来传输光线，即利用一根输入光纤，将光源的光传输照射反应池，激发生物样品诱导出来荧光，再将诱导出来荧光通过另一根输出光纤输出投射到光电探测器，进行检测。对于二维矩阵式多通道检测，在一个平面上沿着X和Y方向二维移动输入光纤与输出光纤扫描每一个通道完成多通道检测。
上述装置中，利用光纤的柔韧性移动光纤进行检测，对于二维矩阵式多通道检测，移动光纤进行X和Y二维运动，因此速度慢、定位及重复定位精度差。速度慢，导致各个通道反应在时间上存在差别；定位精度差，各个通道的光照强度有差值，导致各个通道测量之间不精确；重复定位精度差，导致单个通道的重复测量精度有差别。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置，改进现有光学系统，即利用一组多路光纤作为输入通道将外部激发光引入照射样品，同时又利用另一组多路光纤做输出光路传输诱导出来的荧光。驱动一个电机带动圆盘旋转，通过旋转圆盘让每路输出光纤中的传输光依次经过圆盘上的开孔，投射到光电探测器，实现多通道检测。这样将X和Y方向的二维平面运动由一个旋转运动代替，避免了光学系统的二维移动，该装置具有机电结构简单、速度快的优点，同时克服定位及重复定位精度差难题，具有检测精度高的优点。
一种基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置，依次包括光源、入射耦合透镜、输入光纤、输出光纤、输出耦合透镜，其特征在于：
输入光纤为一组多路光纤，输出光纤为一组多路光纤；所述的输出光纤中传输出来的荧光通过输出耦合透镜变成平行光，经过释放光滤镜(EmissionFilter)或者分光装置滤波或者分光的窄带荧光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在荧光投射到圆盘处开一个孔，投射光通过该孔后，垂直入射到光电探测器，光电探测器连接计算机，完成一个通道的探测；驱动圆盘旋转使每路输出光纤中传输的荧光依次通过开孔(通道选通)进行探测，实现多通道检测。
在光源、入射耦合透镜之间还可以设置激发光滤镜(Excitation Filter)或者分光器，一般用于发光二级管LED和卤素灯等宽光谱的光源，将光源发出的光滤波或者分光成为单色光，具有探测背景噪声小的优点。
应用上述基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置的方法，包括以下步骤：
1、  打开光源1预热，直到发光稳定；
2、  光源1发出的光经过入射耦合透镜3会聚，耦合进入一组多路输入光纤4中、从输入光纤4出来后照射反应池中样品5，激发样品5发出荧光；
3、  激发样品出来的荧光耦合进入一组多路输出光纤6中，从输出光纤6出来的荧光通过输出耦合透镜7变成平行光，经过释放光滤镜或者分光装置8滤波或者分光的窄带荧光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在荧光投射到圆盘处开一个孔，投射光通过该孔后，垂直入射到光电探测器9，光电探测器9进行光电转换、放大、滤波与模数转化，转化后的数字信号进入计算机10中显示与处理，完成一个通道的探测；驱动圆盘旋转使每路输出光纤中传输的荧光依次通过开孔(通道选通)进行探测，实现多通道检测。
本发明的优点在于：驱动电机带动圆盘旋转，使每路输出光纤中传输的荧光依次通过圆盘上的开孔，投射到光电探测器，实现多通道检测。这样将X和Y方向的二维平面运动由一个旋转运动代替，该装置具有机电结构简单、速度快的优点，同时克服定位及重复定位精度差难题，具有检测精度高的优点。
附图说明
图1为本发明的单通道检测装置结构原理图；
图2为本发明基于输入输出光纤的旋转式96通道激发荧光装置的示意图；
具体实施方式：
下面结合附图，详细对本发明进行说明。
实施例：
对于如图1所示的单通道检测装置，光源1发出的光经过激发光滤镜2变成单色光，再经过入射耦合透镜3会聚，耦合进入一组多路输入光纤4里的一根光纤中、单色光从输入光纤4出来后照射反应池中样品5，激发样品5发出荧光；激发出来的荧光直接耦合进入一组多路输出光纤6里的一根光纤中，从输出光纤6出来的荧光通过输出耦合透镜7变成平行光，经过释放光滤镜8滤波的窄带荧光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在荧光投射到圆盘处开一个孔，投射荧光通过该孔后，垂直入射到光电探测器9，光电探测器9进行光电转换、放大、滤波与模数转化，转化后的数字信号进入计算机10中显示与处理，完成一个通道的探测。
对于如图2所示的基于输入输出光纤的旋转式96通道激发荧光装置，光源1发出的光，经过激发光滤镜或者分光器2变成单色光，再经过入射耦合透镜3会聚，耦合进入一组多路输入光纤4中、单色光从输入光纤4出来后照射反应池中样品5，激发样品5发出荧光，激发出来的荧光直接耦合进入一组多路输出光纤6中，输出光纤6的输出端放置在一个圆周上；从输出光纤6出来的荧光通过输出耦合透镜7变成平行光，经过释放光滤镜8滤波的窄带荧光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在荧光投射到圆盘处开一个孔，投射荧光通过该孔后，垂直入射到与旋转圆盘固定连接的光电探测器9，光电探测器9进行光电转换、放大、滤波与模数转化，转化后的数字信号进入计算机10中显示与处理，完成一个通道的探测；驱动圆盘旋转使每路输出光纤中传输的荧光依次通过开孔(通道选通)进行探测，实现多通道检测(为了突出重点图中一些器件没有标明)。
入射耦合透镜3为每路输入光纤4之前设有一个透镜，透镜可以是普通的分离透镜；透镜可以是制作在每路输入光纤4端面上。
输出耦合透镜7可以为一个或者每路输出光纤6之前设有一个透镜。设有一个输出耦合透镜时，每路输出光纤6放置在该透镜的前焦平面上。每路输出光纤6之前设有一个输出耦合透镜时，每路输出光纤6放置在每个输出耦合透镜的前焦平面上，透镜可以是普通的分离透镜；透镜可以是制作在每路输出光纤6前焦平面上。
一般来讲利用X和Y方向的二维平面运动，一次96孔荧光检测时间在3秒钟，而由一个旋转运动代替X和Y方向的二维平面运动，现有技术非常容易控制转速1000转/秒的电机带动圆盘运动，一次96孔荧光检测时间在0.001秒钟。

Claims (5)

1.一种基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置，依次包括光源(1)、入射耦合透镜(3)、输入光纤(4)、输出光纤(6)、输出耦合透镜(7)，其特征在于：
输入光纤(4)为一组多路输出光纤，输出光纤(6)为一组多路输出光纤；输出耦合透镜(7)之后还依次包括释放光滤镜或者分光装置(8)、光电探测器(9)连接计算机(10)；
所述的输出光纤(6)出来的荧光通过输出耦合透镜(7)变成平行光，经过释放光滤镜或者分光装置(8)滤波或者分光的窄带荧光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在荧光投射到圆盘处开一个孔，投射光通过该孔后，垂直入射到光电探测器(9)，光电探测器(9)连接计算机(10)，完成一个通道的探测；驱动圆盘旋转使每路输出光纤中传输的荧光依次通过开孔进行探测，实现多通道检测。
2.根据权利要求1所述的基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置，其特征在于：在光源(1)、入射耦合透镜(3)之间还可以设置激发光滤镜或者分光器(2)。
3.根据权利要求1所述的基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置，其特征在于：所述的入射耦合透镜(3)为每路输入光纤(4)之前设有一个。
4.根据权利要求1所述的基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置，其特征在于：所述的输出耦合透镜(7)为一个或者每路输出光纤(6)之前设有一个。
5.应用权利要求1所述的基于输入输出光纤的旋转式多通道激发荧光装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)打开光源(1)预热，直到发光稳定；
2)光源(1)发出的光经过入射耦合透镜(3)会聚，耦合进入一组多路输入光纤(4)、从输入光纤(4)出来后照射反应池中样品(5)，激发样品(5)发出荧光；
3)激发样品出来的荧光耦合进入一组多路输出光纤(6)中，从传输光纤(6)出来的荧光通过输出耦合透镜(7)变成平行光，经过释放光滤镜或者分光装置(8)滤波或者分光的窄带荧光全部投射到一个可旋转的圆盘，驱动电机带动圆盘旋转；在荧光投射到圆盘处开一个孔，投射光通过该孔后，垂直入射到光电探测器(9)，光电探测器(9)进行光电转换、放大、滤波与模数转化，转化后的数字信号进入计算机(10)中显示与处理，完成一个通道的探测；驱动圆盘旋转让每路输出光纤中的荧光依次通过开孔进行探测，实现多通道检测。
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