專利名稱：一種兩用激光誘導熒光檢測系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測系統，具體的說是兩用激光誘導熒光檢測系統。
背景技術：
現代分析技術逐漸向檢測樣品微量化發展，分析方法要求具有較高的檢測靈敏度。一般紫外法(UV)檢測限為10_5 - 10_6 mol/L，質譜法(MS)為10_8 - 10_9 mol/L，而激光誘導突光法(Laser Induced Fluorescence Detector, LIFD)能達到 ICT9 -1CT12 mol/L級別，是所有檢測方法中靈敏度最高的，因此許多分析方法和技術手段均采用LIFD作為檢測方式。微流控芯片技術(Microfluidic chip),又稱微全分析系統(Micro totalanalysis systems, μ TAS)或芯片實驗室(Lab-on-a-chip),它借助微機電加工技術,將采樣、反應、分離、檢測等操作都整合在一塊厘米尺寸的芯片上完成，集成度高，實驗時間短，試劑消耗少，分析通量高，在過去的十幾年間得到了迅猛發展。毛細管電泳技術(Capillaryelectrophoresis)是一種應用電分離技術的分離方式，在電解質溶液中，離子樣品在電場作用下，各種粒子按照移動速度不同實現了分離，在檢測窗口處被檢測到物質信號，被廣泛用于DNA、蛋白質等生物樣品的分析。以上兩種分析方法使用廣泛，均可連接LIFD作為檢測手段。目前世界上LIFD的生產廠商主要有美國貝克曼公司、沃特斯公司和上海通微公司等，其生產的LIFD多采用“共焦式”設計，但這些檢測器大多結構復雜，靈敏度有限(IO-9mol/L),還有進一步的提升空間。
發明內容
本發明的目的是提供一種檢測靈敏度高、定位準確、穩定性好、使用方便的兩用激光誘導熒光檢測系統。一種兩用激光誘導熒光檢測系統，包括隔振光學平臺5、數據采集單元和數據處理單元，所述隔振光學平臺5上設置有激光發射單元、可調式凸透鏡6和熒光轉換單元，所述可調式凸透鏡6將激光發射單元發出的小角度入射光線聚焦于熒光轉換單元，經熒光轉換單元轉換的熒光信號由數據采集單元收集并輸送到數據處理單元。所述激光發射單元的激光光路和經熒光轉換單元的熒光光路之間的夾角α的范圍為 90° <α〈180。。所述激光發射單元，包括依次連接的激光器1、二維微調器2和高承載剪式升降臺3，所述高承載剪式升降臺3通過連桿4和隔振光學平臺5相連。所述熒光轉換單元，包括中心開設圓孔的二維平移臺7和濾鏡組固定模塊10，所述二維平移臺7中心圓孔的圓心位于濾鏡組固定模塊10的中軸線上。所述濾鏡組固定模塊10，包括顯微物鏡15、外筒17和內筒25，所述外筒17內設二向色鏡18和聚焦透鏡19，內筒25內設長通濾鏡21、帶通濾鏡22和光電倍增管24，所述二向色鏡18、聚焦透鏡19、長通濾鏡21、帶通濾鏡22和光電倍增管24的中軸與顯微物鏡頭15的中軸同軸。所述二維平移臺7上設置有中心開設透光圓孔的芯片固定板8，所述芯片固定板8上開設有用于放置微流控芯片的長方形凹槽28。所述二維平移臺7上設置有中心開設透光圓孔的上、下兩塊毛細管固定板30，所述下部的毛細管固定板30上開設一用于放置毛細管的線形凹槽32。所述芯片固定板8的中心圓孔與二維平移臺7的中心圓孔同軸。所述毛細管固定板30的中心圓孔與二維平移臺7的中心圓孔同軸。所述數據采集單元為數據采集器11。本發明兩用激光誘導熒光檢測系統的優點是易于更換微流控芯片或者毛細管，且定位精確、二維可調，使得該檢測系統可以用于微流控芯片或者毛細管電泳分離的激光誘導熒光檢測，采用小角度入射式光路設計，獲得最大的檢測靈敏度，檢測限達 ο—11 mol/L，可用于微量樣品的檢測；該檢測系統可以廣泛應用于藥學、生命科學、環境工程、食品業及農業等多個領域，特別是痕量物質的檢測，相對于其他檢測器而言具有更為精確、靈敏的特點。
圖1為本發明的結構示意圖2a為本發明濾鏡組固定模塊的側視圖2b為本發明濾鏡組固定模 塊的正視圖3為設置有微流控芯片的二維平移臺的結構示意圖4a為毛細管的結構不意圖4b為毛細管固定板的結構示意圖4c為下部毛細管固定板的結構示意圖4d為設置有毛細管固定板的二維平移臺的結構示意圖5為本發明的微流控芯片電泳實驗靈敏度測試結果圖6為本發明的毛細管電泳實驗靈敏度測試結果圖。其中1為激光器、2為二維微調器、3為高承載剪式升降臺、4為連桿、5為隔振光學平臺、6為可調式凸透鏡、7為二維平移臺、8為芯片固定板、9為M6螺釘、10為濾鏡組固定模塊、11為數據采集器、12為計算機、13為多路可控編程電源、14為L形金屬板、15為顯微物鏡、16為金屬環套、17為外筒、18為二向色鏡、19為聚焦透鏡、20為鏡槽、21為長通濾鏡、22為帶通濾鏡、23為小孔、24為光電倍增管、25為金屬內筒、26為載玻片、27為微流控芯片、28為長方形凹槽、29為毛細管、30為毛細管固定板、31為毛細管窗口、32為線性凹槽。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明進行進一步說明如圖1-6所示，一種兩用激光誘導熒光檢測系統，包括隔振光學平臺5、數據采集單元和數據處理單元，所述隔振光學平臺5上設置有激光發射單元、可調式凸透鏡6和熒光轉換單元，所述可調式凸透鏡6將激光發射單元發出的小角度入射光線聚焦于熒光轉換單元，經熒光轉換單元轉換的熒光信號由數據采集單元收集并輸送到數據處理單元。所述激光發射單元的激光光路和經熒光轉換單元的熒光光路之間的夾角α的范圍為 90° <α〈180。。所述激光發射單元發射的激光入射角度最佳為25° -35°。所述激光發射單元，包括依次連接的激光器1、二維微調器2和高承載剪式升降臺3，所述高承載剪式升降臺3通過連桿4和隔振光學平臺5相連，所述高承載剪式升降臺3上設置有二維微調器2，所述二維微調器2上設置有激光器I。所述熒光轉換單元，包括中心開設圓孔的二維平移臺7和濾鏡組固定模塊10，所述二維平移臺7中心圓孔的圓心位于濾鏡組固定模塊10的中軸線上。所述濾鏡組固定模塊10，包括顯微物鏡15、外筒17和內筒25，所述外筒17內設二向色鏡18和聚焦透鏡19，內筒25內設長通濾鏡21、帶通濾鏡22和光電倍增管24，所述二向色鏡18、聚焦透鏡19、長通濾鏡21、帶通濾鏡22和光電倍增管24的中軸與顯微物鏡頭15的中軸同軸。所述二向色鏡18與水平面呈45°夾角。所述二維平移臺7上設置有中心開設透光圓孔的芯片固定板8，所述芯片固定板8上開設有用于放置微流控芯片的長 方形凹槽28。所述二維平移臺7上設置有中心開設透光圓孔的上、下兩塊毛細管固定板30，所述下部的毛細管固定板30上開設一用于放置毛細管的線形凹槽32。所述芯片固定板8的中心圓孔與二維平移臺7的中心圓孔同軸。所述毛細管固定板30的中心圓孔與二維平移臺7的中心圓孔同軸。所述數據采集單元為數據采集器11。所述數據處理單元為計算機12。 如圖1所示，為本發明的基本結構示意圖，激光器I通過二維微調器2、高承載剪式升降臺3和接桿4固定于精密隔振光學平臺5之上。可調式凸透鏡6通過接桿4固定在光學平臺5之上，其角度可調。精密二維平移臺7通過接桿4固定于光學平臺5之上。濾鏡組固定模塊10通過Μ6螺釘9垂直固定在光學平臺5之上，其顯微物鏡15正對著精密二維平移臺7中心的圓孔。熒光信號通過數據采集器11被計算機12收集并處理。微流控芯片電泳所需電壓由多路可控編程電源13提供。如圖2a、b所示，濾鏡組固定模塊10通過L形金屬板14，用M6螺釘9固定在精密隔振光學平臺5之上，使得整個濾鏡組固定模塊10垂直于光學平臺5。濾鏡組固定模塊10上包括有顯微物鏡15，通過金屬環套16固定在金屬外筒17上；二向色鏡18和聚焦透鏡19通過鏡槽20固定在金屬外筒17上；長通濾鏡21、帶通濾鏡22、小孔23和光電倍增管24，固定在金屬內筒25上。入射激光以一定的小角度(25° -35° )入射，聚焦在芯片微通道之上。所得的發射熒光信號(波長大于500 nm)經位于芯片微通道之下的顯微物鏡經垂直方向收集，透過二向色鏡18，聚焦透鏡19、長通濾鏡21、帶通濾鏡22、小孔23后，由光電倍增管24將光信號經放大并轉換成電信號，通過數據采集器11，被計算機12收集并處理得熒光信號圖譜。如圖3所示，使用本發明檢測系統進行微流控芯片實驗時，鍵合在載玻片26上的微流控芯片27通過芯片固定板8固定在精密二維平移臺7上，可方便調節芯片檢測窗口的水平位置。芯片固定板是一塊正方形工程塑料板，四角上鉆有M6規格的孔，中心有一圓孔可以透光。在板上刻有載玻片大小的長方形凹槽28,可以使以載玻片26為基底的微流控芯片正好放入此凹槽中。使用時先將芯片放入凹槽內，用M6螺釘9將芯片固定板固定在精密二維平移臺7上。通過調節精密二維平移臺7，帶動微流控芯片水平移動，調節激發激光聚焦位置和熒光信號收集位置，使光電倍增管獲得最大的信號響應。如圖4所示，使用本發明檢測系統進行毛細管電泳實驗時，毛細管29 (圖4 a)通過毛細管固定板30 (圖4 b)固定在精密二維平移臺7上，可方便調節毛細管檢測窗口 31的水平位置。毛細管固定板是兩塊正方形工程塑料板，四角上鉆有M6規格的孔，中心有一圓孔可以透光。其中一塊沿水平方向刻有一道線性凹槽32，便于放置毛細管(圖4 C)。使用時，先將毛細管放入線性凹槽中，毛細管窗口對準中心圓孔，并用膠帶固定。然后蓋上另一塊蓋板，用M6螺釘9將合蓋在一起(中間夾有毛細管)的兩板固定在精密二維平移臺7上(圖4 d)。通過調節精密二維平移臺7，調節激發激光聚焦位置和熒光信號收集位置，使光電倍增管獲得最大的信號響應。實施例一在本發明檢測系統上進行微流控芯片電泳的靈敏度測試
樣品0. 5 μ g/mL鹽酸阿霉素；微流控芯片十字通道結構，通道寬150 μ m,深30μ m;進樣方式各樣品池均加樣20 μ L，夾流方式進樣；電泳條件四硼酸鈉(10 mM)_十二烷基硫酸鈉(10 mM)溶液，pH 9. 3，程序電壓控制，進樣時間30 S，分離時間30 s ;檢測距離5 mm ;激發光波長473 nm ;發射光中心波長575 nm ;激光入射角度35° ;激光光路和熒光光路之間的夾角α為125°。微流控芯片電泳結果如圖5所示。由圖可見，阿霉素的電泳峰成脈沖峰形式。以O. 5 μ g/mL的鹽酸阿霉素標準溶液測定微流控芯片電泳-激光誘導熒光檢測系統的檢測靈敏度，經計算得鹽酸阿霉素的濃度檢測限為1.66X10, g/mL=2. 86X10_1CI mol/L。實施例二在本發明檢測系統上進行毛細管電泳的靈敏度測試
樣品0· I μ mol/L突光素鈉；毛細管30 μπι內徑,365 μπι外徑,全長60 cm,毛細管有效長度30 cm ;進樣 方式毛細管兩端高度差10 cm，進樣時間10 s ;電泳條件Tris堿(10mM)-硼酸(10 mM), pH 8. 6，分離電壓15 kV ;激發光波長473 nm ;發射光中心波長515nm;激光入射角度35° ;激光光路和熒光光路之間的夾角α為125°。毛細管電泳結果如圖6所示。由圖可見,熒光素鈉的遷移時間約為5. 3 min,峰高約為50 mV,系統噪音值較低，基線漂移情況較小。經計算，此時樣品信噪比(S/N)值為5000，濃度檢測限為6. OX 10_nmol/L，經進樣體積換算后得質量檢測限為21. 8 zmol,比市面上現有的商品化儀器(異硫氰酸熒光素的濃度檢測限為10_9 mol/L)低了百分之一。
權利要求
1.一種兩用激光誘導熒光檢測系統，包括隔振光學平臺(5)、數據采集單元和數據處理單元，其特征在于所述隔振光學平臺(5)上設置有激光發射單元、可調式凸透鏡(6)和熒光轉換單元，所述可調式凸透鏡(6)將激光發射單元發出的小角度入射光線聚焦于熒光轉換單元，經熒光轉換單元轉換的熒光信號由數據采集單元收集并輸送到數據處理單元。
2.如權利要求1所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述激光發射單元的激光光路和經熒光轉換單元的熒光光路之間的夾角α的范圍為90° <α〈180°。
3.如權利要求1所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述激光發射單元，包括依次連接的激光器(I)、二維微調器(2)和高承載剪式升降臺(3)，所述高承載剪式升降臺⑶通過連桿⑷和隔振光學平臺(5)相連。
4.如權利要求1所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述熒光轉換單元，包括中心開設圓孔的二維平移臺(7)和濾鏡組固定模塊(10)，所述二維平移臺(7)中心圓孔的圓心位于濾鏡組固定模塊(10)的中軸線上。
5.如權利要求4所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述濾鏡組固定模塊(10)，包括顯微物鏡(15)、外筒(17)和內筒(25)，所述外筒(17)內設二向色鏡(18)和聚焦透鏡(19)，內筒(25)內設長通濾鏡(21)、帶通濾鏡(22)和光電倍增管(24)，所述二向色鏡(18)、聚焦透鏡(19)、長通濾鏡(21)、帶通濾鏡(22)和光電倍增管(24)的中軸與顯微物鏡(15)的中軸同軸。
6.如權利要求4或5所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述二維平移臺(7)上設置有中心開設透光圓孔的芯片固定板(8)，所述芯片固定板(8)上開設有用于放置微流控芯片的長方形凹槽(28)。
7.如權利要求4或5所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述二維平移臺(7)上設置有中心開設透光圓孔的上、下兩塊毛細管固定板(30)，所述下部的毛細管固定板(30)上開設一用于放置毛細管的線形凹槽(32)。
8.如權利要求6所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述芯片固定板(8)的中心圓孔與二維平移臺(7)的中心圓孔同軸。
9.如權利要求7所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述毛細管固定板(30)的中心圓孔與二維平移臺(7)的中心圓孔同軸。
10.如權利要求1所述的兩用激光誘導熒光檢測系統，其特征在于所述數據采集單元為數據采集器(11)。
全文摘要
一種兩用激光誘導熒光檢測系統，包括隔振光學平臺(5)、數據采集單元和數據處理單元，所述隔振光學平臺(5)上設置有激光發射單元、可調式凸透鏡(6)和熒光轉換單元，所述可調式凸透鏡(6)將激光發射單元發出的小角度入射光線聚焦于熒光轉換單元，經熒光轉換單元轉換的熒光信號由數據采集單元收集并輸送到數據處理單元。其優點是易于更換微流控芯片或者毛細管，且定位精確、二維可調，使得該檢測系統可以用于微流控芯片或者毛細管電泳分離的激光誘導熒光檢測，采用小角度入射式光路設計，獲得最大的檢測靈敏度，檢測限達10-11mol/L，可用于微量樣品的檢測；可以廣泛應用于藥學、生命科學、環境工程、食品業及農業等多個領域。
文檔編號G01N21/64GK103063646SQ20131001246
公開日2013年4月24日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者肖玉秀, 鄧彬 申請人:武漢大學