CN101644601A - 应用光纤耦合器的荧光测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了二种应用光纤耦合器的荧光测量系统，一种是应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统，它比之现有的透镜-反射镜式的荧光测量系统具有的最大优点就是易于设计，空间位置好安排，装配调整方便。此外，Y型光纤耦合器制造工艺和价格也比二向分色镜简单和便宜；另一种是应用N型光纤耦合器的荧光测量系统，这个系统由于N型光纤耦合器具有可实现对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的同步传输的特性，所以比之现有的透镜-反射镜式的荧光测量系统具有的优点同样是易于设计，空间位置好安排，装配调整方便，光纤耦合器制造工艺和价格也比二向分色镜简单和便宜，此外还具有监测激发光强度波动的功能。这两种荧光测量系统可以应用于实现血液样品中苯丙氨酸(Phe)水平的定量测量的一种专用荧光测量仪。

Description

应用光纤耦合器的荧光测量系统

技术领域

本发明涉及一种荧光测量系统，本发明还涉及应用光纤耦合器实现该荧光测量系统的方法。

背景技术

现有的样品“顶部激发、顶部接收”的荧光测量光学系统如图1所示：这个荧光测量系统的激发光由光源1发出、通过聚光透镜2后、透过激发滤光片3、然后被二向分色镜4反射，再通过物镜5作用于样品池6；样品池中的样品被光激发后所产生的荧光则是通过物镜5，透过二向分色镜4、荧光滤光片7后，再通过接收光透镜8作用于光电接收器件9的光敏表面，从而实现光电信号转换、完成荧光信号的测量。

这个荧光测量系统的光传输本质上是一个透镜-反射镜系统，不但设计、加工复杂，而且激发光路和荧光接收两个光路的同轴度的装配、调整也很困难；特别是其中的关键元件-二向分色镜要求反射激发光、透过荧光，不但镀膜工艺复杂，用于在系统中的调试更是困难。此外，这个荧光测量系统也未能实现对激发光强度的监测，激发光源的能量波动没有反馈系统予以自动校正，影响测量结果的数据稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提出二种应用光纤耦合器的新型荧光测量系统：一种是应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统，另一种是应用N型光纤耦合器的荧光测量系统。

本发明提出一种专门用于“顶部激发、顶部接收”的、应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统如图2所示。

比较图2和图1的差别可见，应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统的主要特点是以Y型光纤耦合器取代了现有的透镜-反射镜式荧光测量系统中二向分色镜。图2中，激发光源1发出的激发光经激发透镜2、3及激发光滤光片4后，入射到Y型光纤耦合器5的第一个根光纤束的一端、然后从此光纤束另一端(它是此光纤束和第二根光纤束耦合在一起的“耦合端”)出射并通过光纤透镜6对样品7进行激发，所产生的荧光被光纤透镜5和Y型光纤耦合器的“耦合端”接收而由第二根光纤束的另一端出射，经荧光滤光片8和荧光透镜9后由光电接受器件10进行探测即可测量样品产生的荧光强度。比较图2和图1的差别可见，应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统的主要特点是以Y型光纤耦合器取代了现有的透镜-反射镜式荧光测量系统中二向分色镜。

应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统比之现有的透镜-反射镜式荧光测量系统最大优点就是易于设计，空间位置好安排，装配调整方便。此外，Y型光纤耦合器制造工艺和价格也比二向分色镜简单和便宜。但是它和现有的透镜-反射镜式荧光测量系统一样，都不能监测激发光强度的波动，从而使得所测得的荧光数据有较大的不稳定误差。

本发明提出的第二种应用光纤耦合器的荧光测量系统是应用N型光纤耦合器来实现的一种荧光测量系统。N型光纤耦合器如图3所示。其特点是

两个耦合端。当一束光从光纤束1和光纤束2耦合的耦合端A入射后，将从光纤束1的另一端和耦合端B出射；同样，当一束光从光纤束3和光纤束2耦合的耦合端B入射后，将从光纤束3的另一端和耦合端A出射。

将此N型光纤耦合器应用于“顶部激发、顶部接收”的荧光测量系统后的荧光测量系统主要是发挥N型光纤耦合器具有的优点：可实现对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的同步传输。

应用N型光纤耦合器的荧光测量系统如图4所示。

图4中，这个测量系统的特点是：当激发光源1发出的光经一组激发透镜2、3和激发光滤光片4后，入射到N型光纤耦合器5的A端(即图3中的A端)的光束就被分为两路，一路通过N型光纤耦合器的B端(即图3中的B端)出射后、被物镜7聚焦去激发样品8，另一路激发光则通过图2所示的光纤束(丝)1出射到专为监测光源强度的硅光二极管6上。样品8产生的荧光被物镜接收耦合入B端，通过由图二所示的光纤束(丝)3后，再通过荧光滤光片9和荧光透镜10出射到光电接收器件11的光敏表面上、从而实现对荧光信号进行测量的目的，光电接收器件11所输出的光电信号和荧光强度成比例。由于激发光源的输出强度有着光电二极管6的监测反馈的控制，会减少激发光源的电源波动误差，从而使得整个激发光系统处于比较稳定的光输出状态，所以荧光检测的稳定性也有了很大提高。

本发明与现有荧光测量系统相比，具有的有益效果：

本发明提出的两种应用光纤耦合器的荧光测量系统与现有的透镜-反射镜式的荧光测量系统相比具有易于设计，空间位置好安排，装配调整方便。此外，光纤耦合器制造工艺和价格也比二向分色镜简单和便宜。

应用N型光纤耦合器的荧光测量系统由于N型光纤耦合器可实现对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的同步传输，因此这个荧光测量系统比之于现有的透镜-反射镜式的荧光测量系统还具有监测激发光强度波动的功能。当以此监测数据作为反馈信号对激发光源的电源进行稳定性控制，将使得整个激发光系统处于稳定的光输出状态，从而使得所测得的荧光数据的稳定性获得很大的提高。

附图说明

图1为现有的“顶部激发、顶部接收”的荧光测量系统，图中，1-光源，2-聚光透镜，3-激发光滤光片，4-二向分色镜，5-物镜，6-样品池，7-荧光滤光片，8-接收光透镜，9-光电接收器件。

图2所示是一种应用Y型光纤耦合器实现“顶部激发、顶部接收”的光纤荧光测量系统的示意图。图1中，1--激发光源，2、3-激发透镜，4-激发光滤光片，5-Y型光纤耦合器，6-物镜，7-样品，8-荧光滤光片，9-荧光透镜，10-光电接受器件。

图3为本发明提出的第二种应用光纤耦合器的荧光测量系统所应用的N型光纤耦合器的示意图；

图4为本发明提出的应用N型光纤耦合器的荧光测量系统，图中，1-激发光源，2、3-聚光镜，4-激发光滤光片，5-N型光纤耦合器，6-监测激发光强的光电二极管，7-物镜，8-样品池，9-荧光滤光片，10-接收聚光镜，11-光电接收元件。此光纤荧光测量系统的特征是应用了N型光纤耦合器实现同时对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的传输。

具体实施方式

本发明的具体实施方式拟分别以应用Y型光纤耦合器和N型光纤耦合器来实现血液中苯丙氨酸(Phe)水平的定量测量的一种荧光测量仪作为实例来加以说明。测量血液中苯丙氨酸(Phe)水平是基于血液样品中的苯丙氨酸在合适pH值及温度下的茚三酮反应会形成一种荧光复合物，加入二肽L-亮氨酸-L-丙氨酸的增强了这一反应。再加入铜试剂以稳定该荧光复合物并提高荧光强度。该荧光复合物在波长390nm的光激发下所产生的荧光波长为485nm，其强度和苯丙氨酸(Phe)的浓度成正比，因此，可以应用本发明提出的应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统(图一所示)来实现的血液样品中的苯丙氨酸(Phe)荧光测量。其具体实施方式如下：

1)、光源1采用卤素灯，可以选用含有较强390nm波长辐射的碘钨灯；

2)、两个聚光镜是一个倒象透镜组，把卤素灯灯丝像耦合到Y型光纤耦合器的光纤束1中去，耦合效率≥80％；两个聚光镜之间是平行光，可以安放激发光滤光片；

3)激发光滤光片镀宽带滤光膜，其中心透过波长λ0＝390nm，带宽Δλ≌50-100nm，中心波长处的透过率T≥75％；

4)、Y型光纤耦合器可以采用单丝的单模光纤或多模光纤，这里推荐采用多丝光纤制成的Y型光纤耦合器，每一根光纤束由一定数量的光学纤维丝组成，光纤束数值孔径N≥0.2，束径Φ≥2mm，光纤束的传光效率η≥80％；

5)、物镜的作用是把Y型光纤耦合器的耦合端输出的激发光聚焦到样品池的样品表面，然后又把样品产生的荧光收集、聚焦到Y型光纤耦合器的耦合端并从光纤束2输出。此物镜的数值孔径N.A≥0.2，应和光纤束数值孔径相匹配；

6)、荧光滤光片为窄带干涉滤光片，透过中心波长λ0＝485nm，带宽Δλ≌±10nm，中心波长处的透过率T≥70％；

7)、荧光透镜是把通过Y型光纤耦合器输出光纤束的荧光成像到光电接收器件的光敏靶面上，以把光信号转换为电信号。荧光透镜的数值孔径N.A≥0.2，和物镜匹配。

8)、光电接收器件选用高灵敏度的光电倍增管，此光电倍增管的光敏区域应包含485nm。

通过以上8项具体技术实施，一台应用Y型光纤耦合器、专用于血液样品中苯丙氨酸(Phe)水平的定量测量的荧光测量仪将成功实现。

下面再简述应用N型光纤耦合器、专用于血液中苯丙氨酸(Phe)水平定量测量的荧光测量仪的具体实施方式：

1)、光源1采用卤素灯，可以选用含有较强390nm波长辐射的碘钨灯；

2)、两个聚光镜是一个倒象透镜组，把卤素灯灯丝像耦合到N型光纤耦合器的光纤束1和光纤束2的耦合端A中去，耦合效率≥80％；两个聚光镜之间是平行光，可以安放激发光滤光片；

3)激发光滤光片镀宽带滤光膜，其中心透过波长λ₀＝390nm，带宽Δλ≌50-100nm，中心波长处的透过率T≥75％；

4)、N型光纤耦合器可以采用单丝的单模光纤或多模光纤，这里推荐采用多丝光纤制成的N型光纤耦合器，每一根光纤束由一定数量的光学纤维丝组成，光纤束数值孔径N≥0.2，束径Φ≥2mm，光纤束的传光效率η≥80％；

5)、物镜的作用是把X型光纤耦合器的耦合端B输出的激发光聚焦到样品池的样品表面，然后又把样品产生的荧光收集、聚焦到N型光纤耦合器的耦合端B并从和光纤束2耦合在一起并形成耦合端B的光纤束3输出。此物镜的数值孔径N.A≥0.2，应和光纤束数值孔径相匹配；

6)、荧光滤光片为窄带干涉滤光片，透过中心波长λ₀＝485nm，带宽Δλ≌±10nm，中心波长处的透过率T≥70％；

7)、荧光透镜是把通过N型光纤耦合器的光纤束3输出的荧光成像到光电接收器件的光敏靶面上，以把光信号转换为电信号。荧光透镜的数值孔径N.A≥0.2，和物镜匹配。

8)、光电接收器件选用高灵敏度的光电倍增管，此光电倍增管的光敏区域应包含485nm。

9)、在N型光纤耦合器中，和光纤束2耦合在一起形成耦合端A的光纤束1传递了一部分激发光到光电二极管上作为监测激发光强度的信号。

10)、光电二极管的作用是测量激发光源的强度波动，其光电信号可反馈控制卤素灯电源的供电稳定性。

通过以上10项具体技术实施，一台应用N型光纤耦合器、专用于血液中苯丙氨酸(Phe)水平的定量测量的荧光测量仪将成功实现。此仪器的重要特点是充分应用了N型光纤耦合器可实现对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的同步传输，因此这个荧光测量仪比之于现有的透镜-反射镜式的荧光测量仪还具有监测激发光强度波动的功能，所以其荧光测量的稳定性会高出几倍。

Claims (3)

1、一种应用Y型光纤耦合器的荧光测量系统，其特征在于：以Y型光纤耦合器取代现有的的透镜-反射镜式荧光测量系统中的二向分色镜从而使得系统易于设计，空间位置好安排，装配调整方便。此外，Y型光纤耦合器制造工艺和价格也比二向分色镜简单和便宜。

2、一种应用N型光纤耦合器的荧光测量系统，其特征在于：应用N型光纤耦合器具有的特性、即能实现对激发光、荧光信号和光源强度监测三路光信号的同步传输的特性来实现的一种荧光测量系统。此测量系统由于激发光源的输出强度被监测并被反馈的控制，从而减少光源的电源波动误差，使得整个激发光系统处于比较稳定的光输出状态，所以荧光检测的稳定性也有了很大提高。

3、根据权利要求1和权利要求2所述、设计的两种专门用于定量测量血液样品中的苯丙氨酸(Phe)水平的荧光测量仪，其特征是分别应用了Y型光纤耦合器的荧光测量系统和应用了N型光纤耦合器的荧光测量系统。

Images