CN102788775A

CN102788775A - 一种便携式高通量荧光检测仪

Info

Publication number: CN102788775A
Application number: CN2012102705597A
Authority: CN
Inventors: 冯晓均; 何娈; 刘笔锋
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2012-11-21

Abstract

本发明提供了一种便携式高通量荧光检测仪，包括：样品池，用于放置待检测样品；荧光检测单元，设于样品池上方，用于向样品射入激发光束，样品中的荧光物质吸收外来光子后被激发发射出荧光，对荧光进行采集；以及，信号处理单元，用于将采集的荧光转化为电信号，对电信号进行分析，完成样品的特性检测。本发明携带方便，价格低廉，通量高，易操作，功耗低，检测结果可实时显示，很好的满足POCT及个体医疗的需求。

Description

一种便携式高通量荧光检测仪

技术领域

本发明属于一种荧光检测仪，具体的说是一种便携式高通量荧光检测仪。

背景技术

环境质量、食品卫生和医学检测与人们的生活息息相关，直接影响着人类的自身安全，是全人类所关心的重大问题。近年来，环境污染特别是空气污染，水污染日益加重；食品问题频出，各种流行病传染病肆虐，已对人类的生存安全构成了重大威胁，成为人类健康，经济和社会可持续发展的重大障碍。DNA测序方法的飞速发展让我们不仅知晓了人类的全基因组序列，小麦、水稻、家蚕以及很多细菌的序列也都已经呈现出来。现在有了快速测序技术和单核苷酸碱基变异（SNPs）这个强有力的工具，使得筛查疾病易感人群、鉴定致病或抑病基因、药物高通量的设计与测试乃至个性化医疗都将不再是憧憬中的事情。生命的这种个体差异性，也需要我们在检测中因人而异的设定不同的检测参数。这些都迫切需要人们发明一种体积小，携带方便，能实现准确快速灵敏的现场检测仪器，医疗定点诊断（POCT）能很好的满足上述需求。

荧光检测具有灵敏度极高，选择性良好的优点，药微生物，有毒化合物的荧光检测，已成为饮用水、食品、环境安全中必须进行的检测，在微量样液分析如药物和生化分析中也起着不可替代的作用。现有的荧光检测设备通常存在如下不足：体积大，不方便携带；成本高，由于荧光信号极其微弱，荧光检测器对灵敏度要求很高，特别是在激发光源和接收器的选择受到很多约束。目前已有的荧光检测仪一般都用氙灯，氘灯，汞灯等光源。这些光源光谱带宽窄，相干性好，能量高，但是体积庞大，价格昂贵。目前已经有体积大小类似于LED，性能上类似激光器的激光二极管，但是发光波段上比较单一，不能满足很多荧光物质的激发要求。已有的荧光检测仪的接收器通常采用光电倍增管（PMT），PMT已经能集成到很小的模块，但价格昂贵，不能满足中低端市场的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种便携式高通量荧光检测仪，具有便携、廉价和使用简单的特点。

一种便携式高通量荧光检测仪，包括：

样品池，用于放置待检测样品；

荧光检测单元，设于样品池上方，用于向样品射入光束，样品中的荧光物质吸收外来光子后被激发发射出荧光，对荧光进行聚焦；以及，

信号处理单元，用于采集聚焦得到的荧光，将其转化为电信号，对电信号尽心分析完成样品的特性检测。

进一步的，所述荧光检测单元包括LED驱动电路、激发模块和接收模块，激发模块包括LED光源、激发光聚焦透镜和第一光阑，接收模块包括荧光收集透镜、滤光片和第二光阑；LED驱动电路控制LED光源发出光，光经过激发光聚焦透镜聚焦后通过第一光阑照射到样品上，样品中的荧光物质吸收光后发射出荧光，荧光经过荧光收集透镜聚焦后通过第二光阑射出。

进一步的，还包括移动机构，移动机构上设有呈阵列的样品池。

进一步的，所述移动机构包括电机、移动平台和电机驱动电路，电机驱动电路连接电机的控制端，电机的输出轴连接移动平台。

本发明的技术效果体现在：

本发明用大功率LED作为激发光源，代替氙灯，氘灯，汞灯等价格昂贵、体积庞大的光源。LED体积小，功耗低，易于调光调色，工作寿命长，是便携仪器理想的光源。本发明用光电二极管作为荧光接受器件，代替PMT，大大降低成本，减小光路体积。同时，本发明选用了小尺寸的光学器件，采用激发模块和接收模块成45度角的光路系统，使光路简单，紧凑。进一步的，通过设置一移动机构，将不同待检测的样品池移位到荧光检测单元位置处，实现高通量的多组待测样品的检测。

附图说明

图1为本发明便携式高通量荧光检测仪外观示意图；

图2为本发明便携式高通量荧光检测仪结构示意图；

图3为圆形反应平台示意图；

图4为把反应平台放入样品池的示意图；

图5为检测过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。

参见图2，本发明便携式高通量检测仪包括样品池2、荧光检测单元3以及信号处理单元4。

所述样品池2，用于放置样品。根据需要可将样品池设计为单个或阵列。对于阵列样品池，还需要增设一移动机构，用于将当前待检测的样品池移位到荧光检测单元位置处。移动机构可采用电机、移动平台和电机驱动电路实现，样品池置于移动平台上，移动平台连接电机的输出轴。电机驱动电路控制电机启动，移动平台旋转，当待检测的样品池移位到荧光检测单元位置处，电机驱动电路控制电机停止工作。图3给了一个样品池实例，移动平台为一圆形反应平台，圆形反应平台的上表面放置样品池，下表面接有一转动轴，转动轴连接电机的输出轴。

所述荧光检测单元3，设与样品池上方，由LED驱动电路、激发模块和接收模块构成。激发模块和接收模块光路所在的轴线在被测样品的同一方向（即被测样品上方），轴线成45度角。LED驱动电路驱动LED光源（配有散热垫）3-1发光，光从垂直于样品最上方射入，依次过激发光聚焦透镜3-2，第一光阑3-3，荧光收集透镜3-4，滤光片3-5，第二光阑3-6，到达光信号处理单元。

信号处理单元包括光电传感器3-7、信号放大电路和微处理器。光电传感器3-7采集第二光阑3-6输出的光信号，将其转化为电信号，送到信号放大电路，信号放大电路对电信号进行放大后船送给微处理器,微处理器对电信号进行分析处理完成对样品的特性检测。微处理器还向LED驱动电路和电机驱动电路发出控制指令。

上述用到的所有电路，包括电机驱动电路、LED驱动电路和信号放大电路可都集成在一块电路板上4。

为了方便使用，可在整套装置外部设置一壳体，如图1所示，壳体上方设置用户界面，壳体后方设置外接电源接口，可与不同适配器电源相连。用户界面包括显示界面和操作界面，操作界面可以是触屏式或按键式。按动操作界面上的上一个或下一个按键，电机带动反应孔产生位移的变化，使不同的样品到达检测点，可以实现对不同样本的检测。电机可直接驱动反应平台旋转，实现圆形排布的反应孔检测，也可以通过结合机械传带实现阵列式的反应孔的检测。

从整体结构安排来讲，移动机构1位于壳体最底层，样品检测池2在壳体中间，荧光检测单元3在壳体最上方，集成电路板4紧贴着壳体侧壁内侧固定。

本发明荧光检测仪原理为：物质吸收外来光子后被激发到激发态的分子，可以通过多种途径丢失能量，回到基态。在一些情况下，分子回到基态时，能量能以光子发射的形式释放出来，射出波长较长的荧光。在样品浓度较低时，荧光强度与荧光物质的浓度成正比，所以可以通过荧光的强度来测定物质的含量。当激发光源的光束通过聚焦透镜通过第一光阑照射到样品上，样品中的荧光物质吸收激发光后发射出波长较长的荧光。荧光由收集透镜聚焦，发射光滤光片滤光后透过第二光阑2照射到光电传感器上，把光信号转化为电信号。电信号经放大放大送到微处理器处理。检测完一个样品后，操作者按动下一个按键，可以依次完成不同样品的检测。

下面通过一个具体的荧光检测仪的实施方式对本发明做进一步的说明。

实例1：检测多组不同浓度的荧光素钠溶液。

荧光素钠是一种有特殊光学性质的荧光物质，能在紫外光或蓝光的照射下发出绿色荧光。发出的荧光光强和荧光素钠溶液浓度成正比。目前荧光素钠注射液作为诊断用药，供诊断眼角膜损伤、溃疡和异物，眼底血管造影和循环时间测定。下面以不同浓度荧光素钠的荧光检测为例展示本发明的具体实现过程。

光路检测部分各元件的选取：

据文献报道荧光素钠最大激发波长约为490nm,最大发射波长约为515nm。根据荧光素钠的荧光激发和发射特性，以实现微型化为目标，选择合适的光学器件和光电传感器，如下。

光源LED：大功率LED，中心波长为490nm；

激发光聚焦透镜和荧光收集透镜：双凸透镜，直径6mm，双R4.5mm，厚度3.5mm;

第一光阑：直径1.6mm;

第二光阑：直径2mm;

滤光片：峰值透射波长520nm，半带宽15-20nm;

光电二极管：最大响应波长550nm,感光面积2.73*2.73mm²;

操作步骤：

Ⅰ、本实例以一个圆形玻璃片为反应平台，如图3所示。玻璃片上有8个反应孔，以45°角为间隔形成圆形阵列排布。将不同浓度的8组样品依次加入8个反应孔（反应池）中。

Ⅱ、拉开检测仪的一个类似侧拉式抽屉，如图4所示，将圆形的反应平台水平放入样品检测池并固定。然后将侧拉式抽屉推回到壳体中，如图5所示，其中外部电源接口5，开关6，开始检测按键7，上一个按键8，下一个按键9。

Ⅲ、打开检测仪的电源，按下控制面板上的开始检测按钮，本仪器开始工作。

Ⅳ、由微处理器以脉冲宽度调制(PWM)的形式输出一个方波到LED驱动电路，点亮LED。激发光光束通过聚焦透镜通过第一光阑照射到样品上，样品中的荧光物质吸收激发光后发射出波长较长的荧光。荧光由收集透镜聚焦，发射光滤光片滤光后透过第二光阑照射到光电传感器上，把光信号转化为电信号。信号经放大电路对其放大后送到微处理器处理，在用户界面上显示检测结果。同时可以做定性检测，当测得的值大于预设值（阈值）V₀时，微控制器输出高电平点亮指示灯，当测得的值小于V₀时，微控制器输出低电平指示灯不亮。以上一个样品的检测完成。

Ⅴ、操作者按动下一个按键，微控制器发出指令到电机驱动芯片，电机带动样品反应平台顺时针旋转45°角停止，第二个反应孔到达检测点。重复步骤Ⅳ。若之前检测的样品有偏差需要重新检测，则可以按动上一个按键，电机带动样品反应平台逆时针旋转，使需要检测的反应孔到达检测点。

Ⅵ、重复步骤Ⅳ和Ⅴ，依次完成不同样品的检测。

Ⅶ、关闭电源。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种便携式高通量荧光检测仪，包括：

样品池，用于放置待检测样品；

2.根据权利要求1所述的便携式高通量荧光检测仪，其特征在于，所述荧光检测单元包括LED驱动电路、激发模块和接收模块，激发模块包括LED光源、激发光聚焦透镜和第一光阑，接收模块包括荧光收集透镜、滤光片和第二光阑；LED驱动电路控制LED光源发出光，光经过激发光聚焦透镜聚焦后通过第一光阑照射到样品上，样品中的荧光物质吸收光后发射出荧光，荧光经过荧光收集透镜聚焦后通过第二光阑射出。

3.根据权利要求1所述的便携式高通量荧光检测仪，其特征在于，还包括移动机构，移动机构上设有呈阵列的样品池。

4.根据权利要求3所述的便携式高通量荧光检测仪，其特征在于，所述移动机构包括电机、移动平台和电机驱动电路，电机驱动电路连接电机的控制端，电机的输出轴连接移动平台。