CN108627489A - 一种128通道阵列毛细管电泳仪 - Google Patents

一种128通道阵列毛细管电泳仪 Download PDF

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Abstract

一种128通道阵列毛细管电泳仪，属于电泳技术领域。技术要点是：双轴微型直流调速电机支撑底座下方设有聚四氟乙烯环支撑板，聚四氟乙烯环环绕固定在聚四氟乙烯环支撑板，聚四氟乙烯环下方安装有旋转反射镜，旋转反射镜下方设有废液池，废液池安装在激光诱导荧光收集装置上，激光诱导荧光收集装置安装在激光诱导荧光收集装置支撑底座上，带编码器读入的高速高精度数据采集卡与绝对型旋转编码器连接。有益效果是:本发明可以实现128根毛细管的位置信息与所采集激光诱导荧光信号一一对应，从而实现采集并记录128通道样品信号；可大幅度提高工作效率，提高检测的精确度，减少外界光干扰，提高荧光收集效率，减少制造成本和使用成本。

Description

一种128通道阵列毛细管电泳仪
技术领域
本发明属于电泳技术领域，尤其涉及一种128通道阵列毛细管电泳仪。
背景技术
随着科学技术的发展，各种大数据量的同种或类似的样品采集、分析和数据处理越来越重要，比如组合化学、基因组学、蛋白质组学、人类基因组计划等新学科的诞生和迅速发展，对大批量的、种类相似的微量样品的快速分析能力提出了苛刻的日益迫切的需求。毛细管电泳、阵列毛细管电泳、芯片式毛细管电泳等电泳飞速发展，可对无机离子、有机生物分子、超分子甚至细胞进行分离检测，在分析领域应用广泛，已经成为一种重要的分析工具。其中阵列毛细管电泳在毛细管电泳的基础上，增大了通道数量，实现了多通道的并行分析，具有结构简单、成本较低、分析效率高、分析速度快、样品体积小，特别是分离、分析条件相同等优点而引起的普遍关注。
目前，市场上已经出现了多种商品化的高效阵列毛细管电泳仪。激光诱导荧光检测技术因其检测灵敏度高、结构简单、荧光选择性强等特点而成为阵列毛细管电泳仪的一种重要分析手段，其中常见的应用方式有成像式和扫描式两种。成像式检测，采用一束激光同时照射到所有的阵列毛细管上，采用大尺寸透镜同时将分离样品的荧光信号传递给检测器，其对激光强度要求较高，并且照射到毛细管检测窗口上的激光强度要一致，由于毛细管排列紧密，容易出现相邻毛细管之间荧光信号的相互干扰；扫描式检测，采用激光逐根扫描毛细管，将每根毛细管的荧光信号传递给检测器，其对激光强度要求较低，但是要机械移动激光或阵列毛细管，转动部件的引入导致毛细管的定位比较困难，数据采集速度慢且容易出现偏差。这些造价高昂的商品化阵列毛细管电泳仪主要还是用于DNA序列分析，不利于推广普及到普通实验室及常规应用。
申请号为03133511.X和200610048056.X中国发明专利申请分别公开了两种不同激发波长的毛细管阵列电泳旋转式扫描共聚焦检测仪，用于分离和检测。200610048056.X号专利申请是在03133511.X号专利申请基础上，对采用气体激光器作为激发光源，进样方式单一、缺少电泳高压控制系统，同时气体激光器性能不稳定、寿命短等不足之处进行了优化处理。03133511.X号专利申请及200610048056.X号专利申请均采用分散光学元件的方式将激光源的光经过光学系统传递到毛细管，进行荧光收集并经光电倍增管转化电信号以便后续信号采集。由于这两个专利使用了大量的分散独立光学元件，需要调节的部位较多，大大增加了仪器使用的难度系数，并且无法精确地将激光照射到毛细管上；而且对环境背景光控制要求严格，需要完全避光；同时无法对采集卡进行初始位置的定位，这将增加所采集的电信号和毛细管阵列的一一对应难度。这两个专利通道数较少，无法进行更多通道的并行电泳和信号采集。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种128通道阵列毛细管电泳仪，该装置可以实现位置信息与采集的样品信号一一对应，从而实现采集并记录128通道样品信号；线性直流电源对各个部件提供相应的输出电压，可大幅度提高工作效率，提高检测的精确度，减少外界光干扰，提高荧光收集效率。
技术方案如下：
一种128通道阵列毛细管电泳仪，包括：双45度角反射镜、双45度角反射镜支撑底座、绝对型旋转编码器、绝对型旋转编码器支撑底座、双轴微型直流调速电机、双轴微型直流调速电机支撑底座、聚四氟乙烯环支撑板、聚四氟乙烯环、旋转反射镜、废液池、激光诱导荧光收集装置、激光诱导荧光收集装置支撑底座、带编码器读入的高速高精度数据采集卡、激光源、光电倍增管、激光源支撑底座；所述双45度角反射镜安装在所述双45度角反射镜支撑底座上，所述激光源15安装在所述激光源支撑底座上，
所述绝对型旋转编码器安装在绝对型旋转编码器支撑底座上，所述绝对型旋转编码器支撑底座下方安装所述双轴微型直流调速电机，所述双轴微型直流调速电机安装在所述双轴微型直流调速电机支撑底座上，所述双轴微型直流调速电机支撑底座下方设有所述聚四氟乙烯环支撑板，所述聚四氟乙烯环环绕固定在所述聚四氟乙烯环支撑板，所述聚四氟乙烯环下方安装有所述旋转反射镜，所述旋转反射镜下方设有所述废液池，所述废液池安装在所述激光诱导荧光收集装置上，所述激光诱导荧光收集装置安装在所述激光诱导荧光收集装置支撑底座上，所述带编码器读入的高速高精度数据采集卡通过数据线连接与所述绝对型旋转编码器，所述聚四氟乙烯环上刻有用于固定毛细管的128等份凹槽。
进一步的，还包括整体支撑底座，所述双45度角反射镜支撑底座、激光诱导荧光收集装置支撑底座和激光源支撑底座安装在所述整体支撑底座上，所述双45度角反射镜支撑底座和激光诱导荧光收集装置支撑底座所在的直线与所述激光源支撑底座和激光诱导荧光收集装置支撑底座所在的直线呈直角。
进一步的，还包括线性直流电源，所述线性直流电源分别与所述绝对型旋转编码器，双轴微型直流调速电机，带编码器读入的高速高精度数据采集卡，光电倍增管相连。
本发明的有益效果是：
本发明所述的128通道阵列毛细管电泳仪采用双轴微型直流调速电机同步带动旋转反射镜和绝对型旋转编码器，采用带编码器读入的高速高精度数据采集卡，可以实现128根毛细管的位置信息与所采集激光诱导荧光信号一一对应，从而实现采集并记录128通道样品信号；线性直流电源对各个部件提供相应的输出电压，可大幅度提高工作效率，提高检测的精确度，减少外界光干扰，提高荧光收集效率，减少制造成本和使用成本。
附图说明
图1是为本发明的结构示意图；
图2为本发明工作原理图；
图3为本发明具有128等份凹槽的聚四氟乙烯环三维透视图；
图4为本发明各通道毛细管信号强度重复性测试结果示意图；
图5为本发明各通道信号之间的干扰强度测试示意图；
图中：1、双45度角反射镜；2、双45度角反射镜支撑底座；3、整体支撑底座；4、绝对型旋转编码器；5、绝对型旋转编码器支撑底座；6、双轴微型直流调速电机；7、双轴微型直流调速电机支撑底座；8、聚四氟乙烯环支撑板；9、聚四氟乙烯环；10、旋转反射镜；11、废液池；12、激光诱导荧光收集装置；13、激光诱导荧光收集装置支撑底座；14、带编码器读入的高速高精度数据采集卡；15、激光源；16、光电倍增管；17、激光源支撑底座；18、线性直流电源；19、支撑板；20、毛细管；21、激光器；22、荧光反射镜；23、荧光收集透镜；24、带通滤波片；25、微孔空间滤波器；26、转子；27、双色反射镜；28、聚焦透镜。
具体实施方式
下面结合附图1-5对128通道阵列毛细管电泳仪做进一步说明。
实施例1
一种128通道阵列毛细管电泳仪，包括：双45度角反射镜1、双45度角反射镜支撑底座2、绝对型旋转编码器4、绝对型旋转编码器支撑底座5、双轴微型直流调速电机6、双轴微型直流调速电机支撑底座7、聚四氟乙烯环支撑板8、聚四氟乙烯环9、旋转反射镜10、废液池11、激光诱导荧光收集装置12、激光诱导荧光收集装置支撑底座13、带编码器读入的高速高精度数据采集卡14、激光源15、光电倍增管16、激光源支撑底座17；
所述双45度角反射镜1安装在所述双45度角反射镜支撑底座2上，所述激光源15安装在所述激光源支撑底座17上，
所述绝对型旋转编码器4安装在绝对型旋转编码器支撑底座5上，所述绝对型旋转编码器支撑底座5下方安装所述双轴微型直流调速电机6，所述双轴微型直流调速电机6安装在所述双轴微型直流调速电机支撑底座7上，所述双轴微型直流调速电机支撑底座7下方设有所述聚四氟乙烯环支撑板8，所述聚四氟乙烯环9环绕固定在所述聚四氟乙烯环支撑板8，所述聚四氟乙烯环9下方安装有所述旋转反射镜10，所述旋转反射镜10下方设有所述废液池11，所述废液池11安装在所述激光诱导荧光收集装置12上，所述激光诱导荧光收集装置12安装在所述激光诱导荧光收集装置支撑底座13上，所述带编码器读入的高速高精度数据采集卡14通过数据线连接与所述绝对型旋转编码器4。
进一步的，还包括整体支撑底座3，所述双45度角反射镜支撑底座2、激光诱导荧光收集装置支撑底座13和激光源支撑底座17安装在所述整体支撑底座3上，所述双45度角反射镜支撑底座2和激光诱导荧光收集装置支撑底座13所在的直线与所述激光源支撑底座17和激光诱导荧光收集装置支撑底座13所在的直线呈直角。
进一步的，还包括线性直流电源18，所述线性直流电源18分别与所述绝对型旋转编码器4，双轴微型直流调速电机6，带编码器读入的高速高精度数据采集卡14，光电倍增管16相连。
进一步的，所述聚四氟乙烯环9上刻有用于固定毛细管的128等份凹槽。
本仪器采用激光诱导荧光检测技术，可容纳128根毛细管同时进行样品信号的检测，带编码器读入的高速高精度数据采集卡14可以快速采集并记录来自于绝对型旋转编码器4的位置信息和毛细管样品的信号信息；双轴微型直流调速电机6既可以实现128根毛细管的循环扫描，又可以对毛细管实时样品的信号信息与绝对型旋转编码器4进行同步定位；线性直流电源18可避免电磁效应对信号造成的干扰，用于对激光诱导荧光型毛细管电泳提供驱动。
128通道阵列毛细管采用圆形对称分布的方式均匀分布于旋转反射镜10的四周，由聚四氟乙烯环支撑板8将具有128等份凹槽的聚四氟乙烯环固定于支撑板上。
所述带编码器读入的高速高精度数据采集卡14可以读取由绝对型旋转编码器4采集的双轴微型直流调速电机6的位置信息，以及光电倍增管16采集的样品信号。
所述双轴微型直流调速电机6一轴与下端固定旋转反射镜的转子相连，记录发生信号的位置，另一轴与绝对型旋转编码器4相连，用于记录当前激光扫描的位置并通过带编码器读入的高速高精度数据采集卡14将通道位置和采集的荧光信号建立一一对应关系。
该仪器需要多种不同规格的直流或交流电压，为实现仪器操作简单的要求，就要求做到对电源的集成处理。该仪器采用常用的220V交流电压作为仪器输入电源，然后通过线性直流电源对各个部件提供相应的输出电压。
实施例2
各通道毛细管信号强度重复性测试。
如图1将本发明用于128通道阵列毛细管电泳仪性能测试。一束激发激光由激光源15射出，通过双45度角反射镜1反射到激光诱导荧光收集装置12。激发激光经激光诱导荧光收集装置12传递到旋转反射镜10，击打在固定于聚四氟乙烯环9上的毛细管上，产生激发激光-荧光信号。激发激光-荧光信号传递到光电倍增管16对光信号进行放大，然后传递给带编码器读入的高速高精度数据采集卡14进行数据的采集。
旋转反射镜10由一个双轴微型直流调速电机6驱动，实现激发激光的水平扫描；绝对型旋转编码器4与双轴微型直流调速电机6的另一端相连，用于记录当前激光扫描的位置并通过带编码器读入的高速高精度数据采集卡14将通道位置和采集的荧光信号建立一一对应关系。
128通道阵列毛细管电泳仪工作原理如图2所示。激光经激光器21发射，经双色反射镜27、聚焦透镜28、旋转反射镜10后聚焦到有荧光标记物处，如内含荧光物质或荧光标记物的毛细管中，位于激发激光焦点处的荧光物质受激光激发后产生的荧光由旋转反射镜10、聚焦透镜28和荧光反射镜22后，由荧光收集透镜23聚焦并穿过带通滤波片24及微孔空间滤波器25，由光电倍增管16完成光-电转换成电信号。带通滤波片24阻挡散射的激光及其他波长的杂散光并允许特定波长的荧光通过；微孔空间滤波器25起空间滤波作用，只有在激发激光焦点处产生的荧光才能通过微孔，其他位置产生的荧光不能通过，从而大幅度降低环境杂散光带来的干扰。
图3是采用内径75±03微米、外径363±10微米的石英毛细管电泳时所采用的刻有128条均匀凹槽的聚四氟乙烯环9，毛细管可以呈半圆柱贴合方式固定于聚四氟乙烯环9凹槽内，128根毛细管圆形对称固定于四氟乙烯环9的周围，并与双轴微型直流调速电机6旋转中心同轴。
为考察本发明的可行性，数根毛细管内灌有相同浓度的异硫氰酸荧光素Fluorescein Isothiocyanate，FITC无水乙醇溶液。FITC可被488nm激光激发，产生中心波长位于525nm的荧光。
图4为毛细管固定聚四氟乙烯环不同位置通道的不同FITC浓度的10根毛细管在488nm激发下产生的信号。从结果中可以发现，同一浓度所产生的信号强度具有良好的重复性。
实施例3
各通道信号之间的干扰测试。
在仪器正常工作的情况下，不插入待检测毛细管，观察128通道背景噪声的信号强度之间的关系。图5为128通道背景噪声的信号强度之间的关系图，可以看出没有其他信号的干扰。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种128通道阵列毛细管电泳仪，其特征在于，包括：双45度角反射镜(1)、双45度角反射镜支撑底座(2)、绝对型旋转编码器(4)、绝对型旋转编码器支撑底座(5)、双轴微型直流调速电机(6)、双轴微型直流调速电机支撑底座(7)、聚四氟乙烯环支撑板(8)、聚四氟乙烯环(9)、旋转反射镜(10)、废液池(11)、激光诱导荧光收集装置(12)、激光诱导荧光收集装置支撑底座(13)、带编码器读入的高速高精度数据采集卡(14)、激光源(15)、光电倍增管(16)、激光源支撑底座(17)；
所述双45度角反射镜(1)安装在所述双45度角反射镜支撑底座(2)上，所述激光源(15)安装在所述激光源支撑底座(17)上，
所述绝对型旋转编码器(4)安装在绝对型旋转编码器支撑底座(5)上，所述绝对型旋转编码器支撑底座(5)下方安装所述双轴微型直流调速电机(6)，所述双轴微型直流调速电机(6)安装在所述双轴微型直流调速电机支撑底座(7)上，所述双轴微型直流调速电机支撑底座(7)下方设有所述聚四氟乙烯环支撑板(8)，所述聚四氟乙烯环(9)环绕固定在所述聚四氟乙烯环支撑板(8)，所述聚四氟乙烯环(9)下方安装有所述旋转反射镜(10)，所述旋转反射镜(10)下方设有所述废液池(11)，所述废液池(11)安装在所述激光诱导荧光收集装置(12)上，所述激光诱导荧光收集装置(12)安装在所述激光诱导荧光收集装置支撑底座(13)上，所述带编码器读入的高速高精度数据采集卡(14)通过数据线连接与所述绝对型旋转编码器(4)，所述聚四氟乙烯环(9)上刻有用于固定毛细管的128等份凹槽。
2.如权利要求1所述的128通道阵列毛细管电泳仪，其特征在于，还包括整体支撑底座(3)，所述双45度角反射镜支撑底座(2)、激光诱导荧光收集装置支撑底座(13)和激光源支撑底座(17)安装在所述整体支撑底座(3)上，所述双45度角反射镜支撑底座(2)和激光诱导荧光收集装置支撑底座(13)所在的直线与所述激光源支撑底座(17)和激光诱导荧光收集装置支撑底座(13)所在的直线呈直角。
3.如权利要求1所述的128通道阵列毛细管电泳仪，其特征在于，还包括线性直流电源(18)，所述线性直流电源(18)分别与所述绝对型旋转编码器(4)，双轴微型直流调速电机(6)，带编码器读入的高速高精度数据采集卡(14)，光电倍增管(16)相连。
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