CN101614652A - 一种自对准光纤荧光检测池及阵列荧光检测池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及荧光检测装置，是一种自对准光纤荧光检测池及阵列荧光检测池，包括N个单通道自对准检测池和阵列平台。自对准检测池的主体为一同心不透光管；一透明毛细管贯穿通过管中，其二端沿伸出同心管的外部，形成毛细管通道；二条光纤插入同心管中、并处于与毛细管通道相垂直的平面内，光纤插入深度达到同心管内表面。上述组件固定于带有凹槽阵列的平台上，平台由固定基板和两片上盖板组成；在固定基板上刻有N个凹槽，用于固定同心管；在上盖板上刻有与固定基板一一对应的半圆形或者矩形凹槽，两个上盖板之间留有光纤引出间隙。本发明具有光学对准精度较高，结构简单、池体积小、使用方便等优点，尤其适用于阵列毛细管电泳检测。

Description

一种自对准光纤荧光检测池及阵列荧光检测池

技术领域

本发明涉及荧光检测装置，特别是一种自对准光纤荧光检测池及阵列荧光检测池，适用于多通道分离中的荧光检测。

背景技术

随着药物筛选、组合化学、基因组学和蛋白质组学的发展，高通量的分离分析技术已经成为上述研究的瓶颈，并成为研究热点之一。高效毛细管电泳具有分离效率高、分析速度快等优点，已经成为一种重要的分析工具。随着人类基因组测序工作的开展，阵列毛细管电泳装置获得了迅速的发展，市场上也出现了多种商品化的高效阵列毛细管电泳仪。

检测器是阵列电泳仪的核心部件，其性能的好坏直接决定了仪器整体性能的优劣。荧光检测具有极高的灵敏度和很强的选择性，在微量和痕量样品分析中应用极为广泛，是当前阵列电泳仪中最常用的检测手段之一。阵列电泳中的荧光检测主要分为两种类型：成像式和扫描式。前者采用一束激光同时照射到所有的分离毛细管窗上，物镜收集所有通道的荧光信号并将其传导到面阵列光电转换器件(Sharon X.Lu，Edward S.Yeung，JChromatogr A，1999，853，359-369；Andriy Tsupryk，Michael Gorbovitski，Evgeni A.Kabotyanski，Vera Gorfinkel，Electrophoresis，2006，27，2869-2879.)；后者采用激光束逐根扫描毛细管光窗，并依次把各个通道的荧光信号传导到光电转换器件(Joann J.Lu，Qiaosheng Pu，Shili Wang，Shaorong Liu，Analytica Chimica Acta，2007，590，98-103；毛细管阵列电泳旋转式激光扫描共聚焦荧光检测仪，公开号：CN1553168A)。成像式检测中，由于毛细管阵列排列紧密，相邻通道之间的荧光信号容易互相干扰；扫描式检测需要精密的机械装置移动激光束或者毛细管阵列，对定位精度要求比较高，数据采集速度慢且容易出现偏差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自对准功能的光纤荧光检测池、及每个通道独立且相互不干扰的光纤阵列荧光检测池，无移动式机械部件，抗震动和温度突变，适用于阵列毛细管电泳、阵列微柱液相色谱等多通道分析系统中的荧光检测。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自对准光纤荧光检测池，其为单通道自对准检测池，其主体为一不透光的同心管；一透明毛细管穿置于同心管中，其二端沿伸出同心管的外部，形成毛细管通道；

在同心管的外壁同一径向截面上开设有二个成15-90度交角的光纤插入孔，二条光纤插入同心管中，深度达到同心管内壁，光纤插入端端面与同心管内部穿置的毛细管外壁相邻。

对于固定式光池，所述毛细管与同心管内孔为紧密配合；光纤的外径与插入孔的直径相同，光纤与同心管壁上的孔均为紧密配合并用胶或机械方法固定，以确保光路对准同心管轴心；且它们处于与毛细管通道相垂直的平面内，其中一条光纤作为激发光路，另一条光纤作为荧光收集光路；所述毛细管通道与激发光路和荧光收集光路三者的中心线相互共扼交叉自然对准；所述透明毛细管作为检测窗口，其为毛细管柱上检测模式，插入同心管壁内的光纤端面与透明毛细管壁之间留有微米级缝隙；所述同心管内可以滴加折光补偿液体，增加导入检测池内的激发光和接收光纤接收到发射荧光的强度，同时减少杂散光和背景光。

一种自对准光纤阵列荧光检测池，包括N个权利要求1所述单通道自对准检测池和阵列平台，N≥1；

所述阵列平台包括固定基板和两片上盖板，两片上盖板扣合于固定基板表面，且两片上盖板之间留有线性缝隙，

在固定基板和上盖板上分别一一相对应地刻有相互平行、用于固定同心管的N个凹槽；上述N个单通道自对准检测池分别固定于N个凹槽内；每个检测池上插入的二条光纤所在截面于凹槽中呈阶梯状排列，使N个单通道自对准检测池于凹槽上的位置逐个错开，以确保各个单通道检测池的光纤位置逐个错开，空间位置互不干扰。

所述上盖板宽度小于固定基板宽度的一半，两片上盖板分别压在同心管)的上下两侧，并在中间留出光纤引出空隙，即线性缝隙；所述呈阶梯状排列是指线性缝隙与凹槽的轴向间成25-85度的夹角。

所述凹槽截面形状为矩形或半圆形，宽度适配同心管直径d，深度在0.3～0.5×d之间；所述固定基板和上盖板上打有一一对应的固定螺孔，通过螺钉将同心管压紧在固定基板上。

本发明与现有的设计和商品化装置相比具有以下优点：

1)各通道均采用独立的密闭光路，避免了相邻通道间产生的荧光信号相互干扰。

2)单通道检测池具有自对准功能，避免了繁冗的光学校准过程，特别适用于多通道检测。

3)更换光路方便，便于故障检修。

4)采用光纤和其它光学部件偶联，使用方便。

附图说明

图1为本发明单通道检测池结构示意图；

其中：101-同心管；102-透明毛细管；103-激发光路；104-荧光收集光路；

图2为本发明阵列平台结构示意图；

其中a为固定基板，b为上盖板；201-矩形/半圆型凹槽；202-固定螺孔；

图3为本发明用于阵列毛细管电泳系统分析中药麻黄的谱图。

其中301，302-FITC标记的麻黄有效成分；303，304-剩余FITC及其水解产物。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详述。

参见图1及图2所示，一种有自对准功能的光纤阵列荧光检测池，主要由N个(N≥1)个单通道自对准检测池和阵列平台两部分组成。

1)单通道检测池的主体为同心不透明管101，其内径与所用透明毛细管102外径适配；在同心管壁上打有两个小孔，其孔径与激发光纤103和收集光纤104的外径适配，且它们处于与毛细管通道相垂直的同一平面内；同心管101内孔及管壁上两孔的中心线相互共扼交叉。同心管101上三个孔道的加工精度确保毛细管102与激发光纤103和收集光纤104之间的自动对准。光纤用胶或机械方法固定在同心管上。使用时，将透明毛细管102穿置于同心管101中，并滴入折光补偿液体，使光纤端面与透明毛细管壁之间浸在折光补偿液体中。

2)阵列平台用于固定单通道检测池，由固定基板和两片上盖板组成；在固定基板上刻有N个(N≥1)个矩形凹槽201，其宽度与同心管101直径d适配，深度为0.3～0.5×d，用于固定同心管101；矩形凹槽201的排列位置逐个错开，以确保每个单通道检测池的光纤与相临检测池的位置逐个错开。在上盖板上刻有与固定基板一一对应的半圆形或者矩形凹槽201用于固定同心管101，上盖板的宽度小于固定基板宽度的一半。安装时，将单通道检测池放到固定基板的矩形凹槽201中，调整方向使两根光纤朝上，将两片上盖板分别压在PEEK管101的两端，两盖板之间留出光纤引出的空隙。用螺钉通过固定螺孔202同心管压紧固定在基板上。

应用例1毛细管电泳分离检测中药麻黄有效成分

构建12通道检测池。检测池同心管用PEEK管构成。PEEK管内径370μm，管壁侧面加工出两个直径0.3mm的垂直PEEK管轴线的孔。采用激发光纤和收集光纤成直角的检测光池结构，光纤芯径都是0.3mm，用环氧树脂胶固在PEEK管上。透明毛细管为检测部位去聚酰亚胺涂层的石英毛细管，外径约325μm；阵列平台的凹槽为宽1.6mm，深0.5mm的矩形槽，槽中心点连线与水平线之间的夹角为40度。上盖是直径1.6mm的半圆形槽阵列。激发光源为波长473nm，功率20mW的激光，用12芯分束光纤将激发光导入12个检测池。光电转换器件是光电倍增管(PMT)。荧光信号在进入PMT之前经过滤光片过滤。

用该装置作为毛细管电泳检测器分析中药麻黄的提取物。电泳分析谱图见图3。

测试条件：荧光染料：FITC；缓冲溶液：Na₂B₄O₇(20mM，pH 9.2)；熔融石英毛细管：365μm×75μm i.d.×46/34cm(总长/有效)；分离电压：16kV。

测试结果：取信噪比为3，该检测器对FITC的浓度检测限为5×10^-11mol/L。

应用例2毛细管电泳分离检测三种氨基酸

构建8通道检测池。检测池同心管用不锈钢管构成。不锈钢管内径370μm，管壁侧面加工出两个直径略大于0.2mm的垂直不锈钢管轴线的孔。采用激发光纤和收集光纤成80度角的检测光池结构，光纤芯径都是0.2mm，用环氧树脂胶固在不锈钢管上。透明毛细管为检测部位去聚酰亚胺涂层的石英毛细管，外径约325μm；阵列平台上的凹槽是直径1.6mm、深0.8mm的半圆形槽，中心点连线与水平线之间的夹角为35度。上盖打有宽1.6mm，深0.6mm的矩形槽阵列。激发光源为8只中心波长480nm的高亮度LED，用8根光纤将激发光导入8个检测池。光电转换器件是光电倍增管(PMT)。荧光信号在进入PMT之前经过滤光片过滤。

测试条件：荧光染料：FITC；缓冲溶液：缓冲溶液：Na₂B₄O₇(10mM，pH 9.0)；熔融石英毛细管：365μm×50μm i.d.×50/40cm(总长/有效)；分离电压：22kV。

测试结果：取信噪比为3，该检测器对赖氨酸、色氨酸和苯丙氨酸的浓度检测限分别为9×10^-9、8.5×10^-9和4×10^-9mol/L。

应用例3毛细管电泳分离检测核黄素

构建16通道检测池。检测池同心管由黄铜管构成。黄铜管内径370μm，外径2.2mm，管壁侧面加工出两个直径0.3mm的垂直黄铜管轴线的小孔。采用激发光纤和收集光纤成60度角的检测光池结构，光纤芯径都是0.1mm，加上外保护层外径0.25mm左右，用环氧树脂胶固在黄铜管上。透明毛细管为检测部位去聚酰亚胺涂层的石英毛细管，外径约325μm；阵列平台用黑色塑料制成，平台上的凹槽为直径2.2mm的半圆形槽，中心点连线与水平线之间的夹角为30度。上盖加工有宽2.2mm，深0.8mm的矩形槽。激发光源为波长473nm，功率40mW的激光，用16芯分束光纤将激发光导入16个检测池。光电转换器件是光电倍增管(PMT)。荧光信号在进入PMT之前经过滤光片过滤。

测试条件：缓冲溶液：缓冲溶液：Na₂B₄O₇(10 mM，pH 8.0)；熔融石英毛细管：365μm×100μm i.d.×55/45cm(总长/有效)；分离电压：20kV。

测试结果：取信噪比为3，该检测器对核黄素的检测限为2.3×10^-7mol/L。

Claims (8)

1.一种自对准光纤荧光检测池，其特征在于：其为单通道自对准检测池，其主体为一不透光的同心管(101)；一透明毛细管(102)穿置于同心管(101)中，其二端沿伸出同心管的外部，形成毛细管通道；

在同心管的外壁同一径向截面上开设有二个成15-90度交角的光纤插入孔，二条光纤插入同心管(101)中，深度达到同心管内壁，光纤插入端端面与同心管内部穿置的毛细管(102)外壁相邻。

2.按照权利要求1所述检测池，其特征在于：对于固定式光池，所述毛细管(102)与同心管(101)内孔为紧密配合；光纤的外径与插入孔的直径相同，光纤与同心管(101)壁上的孔均为紧密配合并用胶或机械方法固定，以确保光路对准同心管轴心；且它们处于与毛细管(102)通道相垂直的平面内，其中一条光纤作为激发光路(103)，另一条光纤作为荧光收集光路(104)；所述毛细管通道(102)与激发光路(103)和荧光收集光路(104)三者的中心线相互共扼交叉自然对准。

3.按照权利要求1所述检测池，其特征在于：所述透明毛细管(102)作为检测窗口，其为毛细管柱上检测模式，插入同心管(101)壁内的光纤端面与透明毛细管壁之间留有微米级缝隙。

4.按照权利要求1所述检测池，其特征在于：所述同心管内可以滴加折光补偿液体，增加导入检测池内的激发光和接收光纤接收到发射荧光的强度，同时减少杂散光和背景光。

5.一种阵列荧光检测池，其特征在于：包括N个权利要求1所述单通道自对准检测池和阵列平台，N≥1；

所述阵列平台包括固定基板和两片上盖板，两片上盖板扣合于固定基板表面，且两片上盖板之间留有线性缝隙，

在固定基板和上盖板上分别相对应地刻有相互平行、用于固定同心管(101)的N个凹槽(201)；N个权利要求1所述单通道自对准检测池分别固定于N个凹槽(201)内；每个检测池上插入的二条光纤所在截面于凹槽(201)中呈阶梯状排列，使N个单通道自对准检测池于凹槽(201)上的位置逐个错开，以确保各个单通道检测池的光纤位置逐个错开，空间位置互不干扰。

6.按照权利要求5所述阵列荧光检测池，其特征在于：所述上盖板宽度小于固定基板宽度的一半，两片上盖板分别压在同心管(101)的前后两侧，并在中间留出光纤引出空隙，即线性缝隙；

所述呈阶梯状排列是指线性缝隙与凹槽(201)的轴向间成25-75度的夹角。

7.按照权利要求5所述阵列荧光检测池，其特征在于：所述凹槽(201)，截面形状为矩形或半圆形，宽度适配同心管(101)直径d，深度在0.3～0.5×d之间。

8.按照权利要求5所述阵列荧光检测池，其特征在于：所述固定基板和上盖板上打有一一对应的固定螺孔(202)，通过螺钉将同心管(101)压紧在固定基板上。

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