CN202351176U - 液芯波导荧光检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液芯波导检测装置，具体地说是一种液芯波导荧光检测装置，其包括液芯光纤、激发光光源和荧光检测组件，液芯光纤的侧壁具有入射窗口，激发光光源发出的激发光以一合适的角度从液芯光纤侧壁的入射窗口射入液芯光纤，在液芯光纤内沿轴线方向全反射传播，液芯光纤中的液体介质中的测试样品被激发后发射出荧光，荧光检测组件检测从液芯光纤的侧壁透射出来的荧光。本实用新型的有点为：其利用液芯波导原理实现了激发光和荧光的分离，能有效降低检测器背景噪声；激发光在毛细管内沿轴线传播，大大增加其激发光程及利用率，提高了检测器灵敏度；同时这种装置结构简单使用方便，成本低廉，使用范围广。

Description

液芯波导荧光检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种液芯波导检测装置，具体地说是一种液芯波导荧光检测装置。

背景技术

液芯波导(Liquid Core Waveguide，LCW)现象，又称为液芯光纤。是指当外周材料的折射率低于液芯的折射率，且入射光线的入射角大于临界入射角时，光线在液体与管道壁的界面上发生全反射，在一定角度内的光将沿液芯的轴向传播，可几乎无损失地从另一端传导输出的现象。

LCW的研究最早始于19世纪中叶，Colladon、Babinet、Tyndall等人研究了光线通过全内反射在溪水中传播的现象。到19世纪末，这一现象因在照明喷泉中的应用而广为人知。1970年左右，研究者开始注意LCW用作通讯介质的可能性，制造了由细径玻璃管充满高折射率液体构成的LCW。但由于固体光纤具有明显的优势，使得LCW没能在通讯中得到应用。但是，它在分析化学上却展现了诱人的应用前景，已被应用于长光程吸收检测、化学发光检测、荧光检测、拉曼光谱检测等各种光学检测系统。

Robert H.Byrne将液芯波导用于光度计，CCD用作检测器，当仪器里面的紫外灯关闭时，用作紫外-可见分光光度计，当紫外灯开启时，可用作荧光光度计；Vratislav Kostal叫将液芯波导与光纤耦合的CCD光度计建立的荧光检测系统，并用低分子量的荧光标记物和异硫氰荧光素(FITC)标记的蛋白质进行检验，与复杂的激光诱导荧光检测器相比不仅有更好的检测限，而且只要改装光源就可以分析其他分析对象，因而较方便。

Johan Roeraade等将LCW与毛细管电泳激光诱导荧光联用CCD末端检测，在连续流动和毛细管电泳模式下可分别检测到2.7pmol/L和62fmol/L荧光素，他们还将研制的检测器应用于DNA序列分析，分辨单色G序列碱基，当信噪比为250时，能检测到500个碱基，当信噪比为50时，能检测950个碱基。刘震等报道毛细管等电聚焦液芯波导电泳激光诱导荧光整体柱成像检测，与商业化的紫外检测相比，灵敏度能提高3-5个数量级。此类液芯波导技术激发光和荧光信号从一端共同传出，收集检测，未能较好的实现激发光和荧光的分离，对检测结果存在较大的干扰。因此发明一个能较好实现激发光和荧光分离的液芯波导检测装置具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提供一种液芯波导荧光检测装置，该装置应用液芯波导原理，激发光以合适的角度从毛细管侧壁射入，并在涂覆层内壁发生全反射，并沿毛细管轴线传播，同时荧光将从毛细管内壁透射出去，进入光电检测器，实现荧光与激发光的分离。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种液芯波导荧光检测装置，包括液芯光纤、激发光光源和荧光检测组件，液芯光纤的侧壁具有入射窗口，激发光光源发出的激发光以一合适的角度从液芯光纤侧壁的入射窗口射入液芯光纤，在液芯光纤内沿轴线方向全反射传播，液芯光纤中的液体介质中的测试样品被激发后发射出荧光，荧光检测组件检测从液芯光纤的侧壁透射出来的荧光。

荧光检测组件包括荧光收集系统、滤光系统和光电检测器，从液芯光纤的侧壁透射出来的荧光被荧光收集系统收集，经滤光系统后被光电检测器接收。

液芯光纤由从外至内为对光折射率依次增大的涂覆层、石英层和液体介质构成。

激发光光源为激光器、发光二极管、氘灯或氙灯，激发光光源与液芯光纤的入射窗口之间设置光阑。

荧光收集系统包括聚焦透镜和凹面反射镜，分别位于液芯光纤的两侧，光电检测器位于聚焦透镜一侧，滤光系统位于聚焦透镜和光电检测器之间，指向光电检测器的荧光直接被聚焦透镜聚焦，而相反方向的荧光被凹面反射镜反射后经聚焦透镜聚焦，然后通过滤光系统去除杂光后被光电检测器接收。

滤光系统由滤光片和光阑组成。

光电检测器为光电倍增管或CCD。

本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型中激发光在液芯光纤内部发生全反射，并沿轴线方向传播，最大程度的增大了激发光光程及利用率，从而大大提高检测器的灵敏度。

2、实现了激发光和荧光的分离，消除了激发光对检测结果的干扰，降低背景噪声，提高检测器信噪比。

3、凹面反射镜将背离光电检测器的荧光反射至光电检测器方向，增加了荧光收集效率，提高了检测灵敏度。

4、液芯波导荧光检测装置结构简单，使用方便，成本低廉，使用范围广。

附图说明

图1为本发明的液芯波导荧光检测装置示意图。

图2为本实用新型的激发光和荧光信号在石英毛细管内传播光路示意图。

图3为实施例1中氨基酸混合试样的分析色谱图。

附图中的标记分别为：1.激发光光源、2.激发光光线、3.荧光、4.聚焦透镜、5.光电检测器、6.滤光片、7.遮光板、8.液芯光纤、9.凹面反射镜、10.涂覆层、11.石英层、12.液体介质。

具体实施方式

一种液芯波导荧光检测装置，包括液芯光纤8、激发光光源1和荧光检测组件，激发光光源1和荧光检测组件位于液芯光纤8的侧面。荧光检测组件包括荧光收集系统、滤光系统和光电检测器5，液芯光纤8穿过荧光收集系统，滤光系统位于光电检测器5和荧光收集系统之间，从液芯光纤8的侧壁透射出来的荧光3被荧光收集系统收集，经滤光系统后被光电检测器5接收。

其中液芯光纤8包括石英毛细管、石英毛细管外层涂覆折光系数小于石英的Teflon AF涂覆材料作为石英毛细管的涂覆层10，且在一端去掉一小片涂覆材料，作为入射窗口；石英毛细管内部为折光系数大于石英的液体介质12，整个液芯光纤8为折光指数呈密-疏的结构，即在石英毛细管的涂覆层10上形成一层具有全反射能力的内壁结构。

其中荧光收集系统包括聚焦透镜4和凹面反射镜9，分别位于毛细管的两侧。滤光系统由光阑和滤光片6组成，位于光电检测器5和聚焦透镜4之间，荧光3经过滤光片6后被聚焦透镜4聚焦在光阑中心，光阑和滤光片6共同作用，使得进入光电检测器5中的光信号为纯净的荧光3。

在液芯波导荧光检测装置中，激发光光源1发出的激发光从液芯光纤8侧面射入，被涂覆层10全反射，并在液芯光纤8内部沿其轴线传播，而测试样品发射的荧光3可以从液芯光纤8侧壁透射出，被荧光收集系统收集并通过滤光系统过滤杂光后进入光电检测器5，实现激发光和荧光3的分离。

具体为：石英毛细管内部充满着液体介质12，整个结构从里到外为液体介质12、石英层11和Teflon AF涂覆层10，折光系数依次减小。当激发光以一定角度从入射窗口进入液芯光纤8后，在石英层11中发生折射，以一定角度入射进入液体介质12中，一部分光被测试样品吸收，激发出荧光3而消耗掉。根据光路可逆原理，未消耗的激发光以相同角度在入射窗口相对的石英层11中传播。选择合适的入射角度，使得激发光在石英层11传播的方向与涂覆层10法线的夹角大于激发光在涂覆层10的全反射临界角，从而被涂覆层10反射回液体介质12中。如此重复，激发光在液芯光纤8中传播，直至其出口端，而不能从侧面射出。液体介质12中测试样品被激发而发射出荧光3，此荧光3可以看成点光源，其传播至涂覆层10且角度小于全反射临界角的荧光3从液芯光纤8的侧壁射出，然后被荧光收集系统收集进入光电检测器5，从而实现荧光3和激发光的分离。同时沿液芯光纤8传播的激发光在整根液芯光纤8中不停激发测试样品，测试样品在液芯光纤8中不停被激发，发射出荧光3，大大提高了激发光的利用率，增加了可利用的荧光3，进而提高检测灵敏度。

具体实施例1

如图1所示，液芯光纤8采用规格为50μm ID×45/70cm(分离长度/总长)Teflon AF2400涂覆的石英毛细管。激发光光源1为激光器，液芯光纤8由涂覆层10、石英层11、液体介质12三部分组成，其折光系数依次增大。遮光板7为内径0.4mm厚度0.5mm的黑色塑料片，该遮光板7为滤光系统中的光阑，滤光片6为截止波长520nm的长通光学干涉滤光片。液芯光纤8一端去掉一小片涂覆层10作为入射窗口，激发光光源1发射的激发光光线2以一定的角度从入射窗口进入液芯光纤8内部。激发光光线2在涂覆层10内壁上发生全反射，被涂覆层10反射回液芯光纤8内部，并沿轴线传播，同时不断激发液体介质12产生荧光3。荧光3将从液芯光纤8侧壁透射出去，背离光电检测器5的一部分荧光3经凹面反射镜9反射，同另一侧荧光3经过聚焦透镜4聚焦收集，滤光片6去除杂光，进入光电检测器5中。

图3为使用实施例1中的液芯波导荧光检测装置分析异硫氰酸荧光素(FITC)衍生化精氨酸、亮氨酸、甘氨酸混合试样的检测图谱。混合氨基酸衍生物样品中FITC-精氨酸衍生物、FITC-亮氨酸衍生物和FITC-甘氨酸衍生物的浓度分别为0.1、0.2、0.1nmol/L，使用中心波长473nm、功率10mW的激光器作为激发光光源1。电泳分离条件：背景电解质为含1.0mmol/L己二胺的80mmol/L硼砂溶液(pH为9.2)；采用压力进样的方式：0.5psi(3.45KPa))×5s；分离电压20kV、柱温22℃；精氨酸检出限为3.0pmol/L(S/N＝3)。

Claims (7)

1.一种液芯波导荧光检测装置，其特征在于：包括液芯光纤(8)、激发光光源(1)和荧光检测组件，液芯光纤(8)的侧壁具有入射窗口，激发光光源(1)发出的激发光以一合适的角度从液芯光纤(8)侧壁的入射窗口射入液芯光纤(8)，在液芯光纤(8)内沿轴线方向全反射传播，液芯光纤(8)中的液体介质(12)中的测试样品被激发后发射出荧光(3)，荧光检测组件检测从液芯光纤(8)的侧壁透射出来的荧光(3)。

2.根据权利要求1所述的液芯波导荧光检测装置，其特征在于：所述的荧光检测组件包括荧光收集系统、滤光系统和光电检测器(5)，从液芯光纤(8)的侧壁透射出来的荧光(3)被荧光收集系统收集，经滤光系统后被光电检测器(5)接收。

3.根据权利要求1或2所述的液芯波导荧光检测装置，其特征在于：所述的液芯光纤(8)由从外至内为对光折射率依次增大的涂覆层(10)、石英层(11)和液体介质(12)构成。

4.根据权利要求1或2所述的液芯波导荧光检测装置，其特征在于：所述的激发光光源(1)为激光器、发光二极管、氘灯或氙灯，激发光光源(1)与液芯光纤(8)的入射窗口之间设置光阑。

5.根据权利要求2所述的液芯波导荧光检测装置，其特征在于：所述荧光收集系统包括聚焦透镜(4)和凹面反射镜(9)，分别位于液芯光纤(8)的两侧，光电检测器(5)位于聚焦透镜(4)一侧，滤光系统位于聚焦透镜(4)和光电检测器(5)之间，指向光电检测器(5)的荧光(3)直接被聚焦透镜(4)聚焦，而相反方向的荧光(3)被凹面反射镜(9)反射后经聚焦透镜(4)聚焦，然后通过滤光系统去除杂光后被光电检测器(5)接收。

6.根据权利要求2所述的液芯波导荧光检测装置，其特征在于：所述滤光 系统由滤光片(6)和光阑组成。

7.根据权利要求1所述的液芯波导荧光检测装置，其特征在于：所述光电检测器(5)为光电倍增管或CCD。 

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