CN103134780A - 一种紧贴式激发光路的发光二极管诱导荧光检测器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种发光二极管诱导荧光检测器。该检测器采用发光二极管为激发光源，激发滤光片过滤激发光，小孔限束，将限束后的激发光传输至毛细管流通池，接收光纤接收荧光，再经过发射滤光片后传输到光电转换器件进行检测。其中，发光二极管、滤光片、小孔及毛细管流通池的外保护涂层(如聚酰亚胺)外壁彼此紧贴，不需要任何聚光透镜及激发光纤。该检测器结构紧凑、使用方便、成本低廉，通过优化发光二极管的发散角和小孔大小，可以高效率的接收荧光并提高信噪比，提高检测的灵敏度。该检测器可用于毛细管流动系统对荧光物质进行直接检测，也可以与荧光标记物组合对非荧光物质进行检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管诱导荧光检测器。具体地涉及一种荧光检测器，可对荧光物质进行直接检测，也可以与荧光标记物组合对非荧光物质进行间接检测。
背景技术
荧光检测作为一种光致发光型检测技术，具有灵敏度高和选择性强等优点，在痕量样品检测中应用极为广泛。发光二极管(LED)具有如下优点：长寿命、高稳定性、小体积、低功耗、低成本和光谱覆盖范围宽(从深紫外到近红外)，已经被应用到荧光检测中。但是由于LED的自身属性是面光源和非相干光源，它发出的光具有很大的发散角，而且光斑很难被会聚到与常规毛细管内径尺寸相似的大小。因此导致检测区的激发光强较小，检测性能较差。光学透镜经常被用来会聚LED光。但是这种方法需要一个繁冗的校准过程，而且具有较小的位移容差。同时，它令检测系统变的结构复杂、体积增加，甚至抵消了LED本身的小体积和低成本的优势。相比之下，光纤则简单灵活，能够把光斑大小和光束的发散角严格限制为它的芯径和孔径角。但是仅仅在其孔径角内的LED光束能够被它传播，同时光纤的使用增加了光程。这两个因素导致检测区的光强被大幅度削弱。最近文献报道了同时使用透镜系统和光纤的LED诱导荧光检测器虽然获得了较高的灵敏度(10-10M)，但是它们的结构太复杂了，而且成本高。本发明不使用任何聚焦透镜和激发光纤，靠尽可能的降低光程来提高灵敏度，达到使用透镜系统和光纤的LED诱导荧光检测器的灵敏度，而成本则大幅度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种发光二极管诱导荧光检测器。该检测器采用紧贴式结构，放弃使用任何聚焦透镜和激发光纤，使发光二极管、激发滤光片、限光束小孔及毛细管流通池保护层的外壁依次彼此紧贴。这种简单紧凑的结构能够使发光二极管和检测窗之间的距离更小，因此能够得到更高的光强。通过优化发光二极管的发散角及小孔的尺寸，来获得最佳信噪比，提高检测的灵敏度。该检测器可对荧光物质进行直接检测，也可以与荧光标记物组合对非荧光物质进行检测。
本发明的技术方案是：
利用发光二极管作为光源，放弃使用任何聚焦透镜和激发光纤，使得发光二极管、激发滤光片、限光束小孔及毛细管流通池保护层的外壁依次彼此紧贴，并通过优化发光二极管的发散角及小孔的尺寸，得到最佳的检测灵敏度。
一种发光二极管诱导荧光检测器，检测器包括光源、激发滤光片、限光束小孔、毛细管流通池、接收光纤、发射滤光片及光电转换器件；
光源贴靠于激发滤光片一侧表面，激发滤光片另一侧表面贴合有遮光板，遮光板中部设有限光束小孔、遮光板远离激发滤光片侧设有毛细管流通池，限光束小孔垂直对准于毛细管流通池的光窗；
接收光纤的入口端设置于远离限光束小孔的毛细管流通池光窗的另一侧，接收光纤的入口端延长线穿过限光束小孔，接收光纤的出口端贴靠有发射滤光片，发射滤光片远离接收光纤出口端的一侧设有光电转换器件。
所述光源、激发滤光片、限光束小孔及毛细管流通池光窗的保护层外壁依次彼此紧贴，不需要任何聚光透镜及激发光纤。
所述的光源为小发散角的发光二极管，小发散角为5-60°。
所述遮光板的厚度不大于0.1mm，一般为0.02-0.05mm。
所述遮光板的材料为表面黑色的金属或者高分子材料，必须能够对发光二极管发射光全部遮挡，透光率小于10。
所述限光束小孔的最佳尺寸为：以发光二极管的光束入射到毛细管流通池检测窗外壁上的最大入射角为60°时的小孔大小为宜，取决于发光二极管的发散角、制作小孔材料的厚度、毛细管流通池的内径外径尺寸及保护层的厚度(附图2)。
所述光电转换器件为光电倍增管(PMT)、雪崩光电二极管(APD)、硅光电池(Si_PCell)或电荷耦合光电检测器(CCD)。
所述的激发滤光片和发射滤光片为光学滤光片。
所述的毛细管流通池为外涂保护层的石英或光学玻璃毛细管。
本发明具有如下优点：
1、目前对LED诱导荧光检测器的报道中，绝大部分是使用聚焦透镜或激发光纤来约束LED光。本发明是在不使用任何聚焦透镜和激发光纤的前提下，使发光二极管、激发滤光片、限光束小孔及毛细管流通池保护层的外壁彼此紧贴，尽可能的降低光程，从而使检测器体积减小的同时提高检测灵敏度。
2、整个检测器系统采用模块化设计，更换相应的模块，如更换不同波长的光源和更换不同的滤光片，即可用于不同的测量系统。
3、该检测器具有较强的实用性，可与任意毛细管流动系统联用，可对荧光物质进行直接检测，也可以与荧光标记物组合对非荧光物质进行检测。
附图说明
图1所示为该检测器的示意图。
图中：101为激发光源(发光二极管)，102为激发滤光片，103为限光束小孔，104为毛细管流通池，105为接收光纤，106为发射滤光片，107为光电转换器件(如：光电倍增管)。
图2所示为小孔最佳直径优化示意图。
图中：103为限光束小孔，104为毛细管流通池，105为接收光纤。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种紧贴式激发光路的发光二极管诱导荧光检测器，其结构包括激发光源101(发光二极管)、激发滤光片102、限光束小孔103，毛细管流通池104，接收光纤105，发射滤光片106和光电转换器件107(光电倍增管)。其中，激发光源101(发光二极管)、激发滤光片102、限光束小孔103，及外壁涂聚酰亚胺的石英毛细管流通池104彼此紧贴。激发光路与毛细管流通池和接收光纤所处的平面相垂直。产生的信号经接收光纤105接收，再通过发射滤光片106过滤后，传输到光电转换器件107(光电倍增管)进行检测。
光源贴靠于激发滤光片一侧表面，激发滤光片另一侧表面贴合有遮光板，遮光板中部设有限光束小孔、遮光板远离激发滤光片侧设有毛细管流通池，限光束小孔垂直对准于毛细管流通池的光窗；
接收光纤的入口端设置于远离限光束小孔的毛细管流通池光窗的另一侧，接收光纤的入口端延长线穿过限光束小孔，接收光纤的出口端贴靠有发射滤光片，发射滤光片远离接收光纤出口端的一侧设有光电转换器件。
所述的光源为小发散角的发光二极管，小发散角为45°。
所述遮光板的厚度为0.020.05mm。
所述的激发滤光片和发射滤光片为光学滤光片。
荧光的质的检测过程如下：
采用一个小发散角(小于45°)的发光二极管为激发光源101，激发光通过激发滤光片102和限光束小孔103后照射到毛细管流通池104的检测光窗上，产生的荧光被接收光纤105收集，再经过发射滤光片106至光电倍增管107中进行检测。
应用例1
以中心波长为470nm、发散角30°的发光二极管为光源，通过激发滤光片(中心波长470nm，带宽20nm)和限光束小孔(材料PET，厚度55m，孔径200m)照射到毛细管流通池的检测区(外径365m；内径250m；聚酰亚胺层厚20m)，对荧光素钠溶液进行激发。发射荧光经接收光纤(石英芯径0.3mm，氟树脂包层厚15m，数值孔径0.37，长度45mm)进行收集，通过带通滤光片(中心波长530nm，带宽30nm)进入光电倍增管(H5784)进行检测。当有荧光素钠存在时，荧光素钠接收光源激发跃迁到激发态，然后回到基态产生荧光发射。所发射的荧光与其浓度成正比。该检测器对荧光素钠的检测限(信噪比＝3)为0.74nM，在同类检测器中灵敏度处于较高水平。
应用例2
以中心波长为450nm、发散角30°的发光二极管为光源，通过激发滤光片(中心波长450nm，带宽20nm)和限光束小孔(材料为表面发黑的不锈钢箔，厚度25m；孔径100m)照射到毛细管流通池的检测区(外径365m；内径75m；聚酰亚胺层厚20m)，对维生素B2溶液进行激发。发射荧光经接收光纤(石英芯径0.2mm，氟树脂包层厚15m，数值孔径0.37，长度60mm)进行收集，通过带通滤光片(中心波长540nm，带宽30nm)进入光电倍增管(H5784)进行检测。当有维生素B2存在时，维生素B2接收光源激发跃迁到激发态，然后回到基态产生荧光发射。所发射的荧光与其浓度成正比。该检测器对维生素B2的检测限(信噪比＝3)为530nM。
Claims (8)
1.一种发光二极管诱导荧光检测器，其特征在于：检测器包括光源(101)、激发滤光片(102)、限光束小孔(103)、毛细管流通池(104)、接收光纤(105)、发射滤光片(106)及光电转换器件(107)；
光源(101)贴靠于激发滤光片(102)一侧表面，激发滤光片(102)另一侧表面贴合有遮光板，遮光板中部设有限光束小孔(103)、遮光板远离激发滤光片(102)一侧设有毛细管流通池(104)，限光束小孔(103)垂直对准于毛细管流通池(104)的光窗；
接收光纤(105)的入口端设置于远离限光束小孔(103)的毛细管流通池(104)光窗的另一侧，接收光纤(105)的入口端延长线穿过限光束小孔(103)，接收光纤(105)的出口端贴靠有发射滤光片(106)，发射滤光片(106)远离接收光纤(105)出口端的一侧设有光电转换器件(107)。
2.按照权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述光源(101)、激发滤光片(102)、限光束小孔(103)及毛细管流通池(104)的保护层外壁依次彼此紧贴，不需要任何聚光透镜及激发光纤。
3.按照权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述的光源(101)为小发散角的发光二极管，小发散角为5-60°。
4.按照权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述遮光板的厚度不大于0.1mm，一般为0.02-0.05mm。
5.按照权利要求4所述的检测器，其特征在于：所述遮光板的材料为表面黑色的金属或者高分子材料，必须能够对发光二极管发射光全部遮挡，透光率小于10-4。
6.按照权利要求4所述检测器，其特征在于：所述限光束小孔(103)的最佳尺寸为：以发光二极管的光束入射到毛细管流通池光窗外壁上的最大入射角为60°时的小孔大小为宜。
7.按照权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述光电转换器件(107)为光电倍增管、雪崩光电二极管、硅光电池或电荷耦合光电检测器。
8.按照权利要求1所述的检测器，其特征在于：所述的激发滤光片(102)和发射滤光片(106)为光学滤光片。
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| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |