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旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，由機(jī)械掃描單元、多通道識別單元、熒光信號檢測光路、光電轉(zhuǎn)換單元和多通道毛細(xì)管電泳芯片組成；機(jī)械掃描單元包括電機(jī)、減速齒輪、轉(zhuǎn)盤、曲柄和掃描軸；電機(jī)的轉(zhuǎn)動軸通過減速齒輪與轉(zhuǎn)盤連接，轉(zhuǎn)盤與曲柄連接；曲柄另一端與掃描軸連接，多通道識別單元設(shè)置在掃描軸的另一端，熒光信號檢測光路設(shè)置在掃描軸上；多通道毛細(xì)管電泳芯片設(shè)置在熒光信號檢測光路的下方；該系統(tǒng)以光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中復(fù)雜、龐大的共聚焦檢測光路，利用雪崩二極管作為熒光信號檢測器件，通過曲柄實現(xiàn)了電機(jī)的勻速轉(zhuǎn)動到掃描軸的掃描運動轉(zhuǎn)換；具有運行穩(wěn)定、控制靈活的特點。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及分析化學(xué)檢測領(lǐng)域，尤其涉及的是，可應(yīng)用于疾病診斷和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]毛細(xì)管電泳芯片(CapillaryElectrophoresis Microchip, CEM)系統(tǒng)是微流控芯片分析系統(tǒng)中的研究熱點之一，它是一種在玻璃、石英、塑料等芯片的微細(xì)通道或色譜柱中，以電場為驅(qū)動力，借助于分子或離子在電遷移或分配行為上的差異，對復(fù)雜樣品中的多種組分進(jìn)行高效、快速分離分析的技術(shù)。
[0003]在利用CEM系統(tǒng)進(jìn)行生化分析的過程中，被測樣品的組分及含量等相關(guān)信息需要由檢測系統(tǒng)來測定。由于芯片中毛細(xì)管的內(nèi)徑一般為10 //m?100 //m，樣品進(jìn)樣量極少，因而對檢測系統(tǒng)的靈敏度、分辨率及響應(yīng)速度等都有較高的要求，檢測系統(tǒng)的性能將直接決定CEM分析系統(tǒng)的整體性能。
[0004]CEM分析系統(tǒng)的檢測方法主要有激光誘導(dǎo)熒光檢測(Laser Inducedfluorescence, LIF)、化學(xué)發(fā)光檢測、電化學(xué)檢測、吸收光度檢測和質(zhì)譜檢測等。根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的不同，LIF檢測可分為共聚焦型和非共聚焦型，其中，共聚焦型是最常用的檢測系統(tǒng)，它主要由激發(fā)光源、光路系統(tǒng)、光電轉(zhuǎn)換器件、信號處理系統(tǒng)等組成，其優(yōu)點是對熒光與激發(fā)光、反射光和雜散光的分離更為有效，具有較高的靈敏度和信噪比。但是，由于系統(tǒng)光路部分體積較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，用于多通道芯片檢測時需要附加更復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，不利于多通道毛細(xì)管電泳芯片檢測系統(tǒng)的進(jìn)一步微型化與集成化。因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，專用于多通道毛細(xì)管電泳芯片熒光信號檢測，通過簡單的光學(xué)結(jié)構(gòu)有效地消除激發(fā)光對檢測結(jié)果的干擾，實時獲得電泳芯片分離通道內(nèi)的熒光信號。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采用了下述的技術(shù)方案:旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，由機(jī)械掃描單元(I)、多通道識別單元(2)、熒光信號檢測光路(3)、光電轉(zhuǎn)換單元(4)和多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)組成；
[0007]所述機(jī)械掃描單元(I)包括電機(jī)(6)、減速齒輪(7)、轉(zhuǎn)盤(8)、曲柄(9)和掃描軸(10)；
[0008]所述電機(jī)(6 )的轉(zhuǎn)動軸通過減速齒輪(7 )與轉(zhuǎn)盤(8 )連接，所述轉(zhuǎn)盤(8 )與曲柄(9 )連接；
[0009]所述曲柄(9)另一端與掃描軸(10)連接，所述多通道識別單元(2)設(shè)置在掃描軸
[10]的另一端，所述熒光信號檢測光路(3)設(shè)置在掃描軸(10)上；
[0010]所述多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)設(shè)置在熒光信號檢測光路(3)的下方。[0011]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述多通道識別單元(2)包括發(fā)光二極管(12)、光調(diào)制板(13)和光電接收器(14)；
[0012]所述發(fā)光二極管(12)和光電接收器(14)設(shè)置在光調(diào)制板(13)內(nèi)；所述光調(diào)制板
[13]上設(shè)有相間排列的白色的透光區(qū)域和黑色的遮光區(qū)域。
[0013]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述熒光信號檢測光路(3)包括激發(fā)光源(15)、激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)、光路架(22)、聚焦透鏡(23)和裸光纖(25)；
[0014]所述光路架(22)設(shè)置在掃描軸(10)上，所述激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)和聚焦透鏡(23 )固定在光路架(22 )上，所述激發(fā)光源(15 )與激發(fā)光纖(16 ) —端連接，所述激發(fā)光纖(16)另一端穿過光路架與聚焦透鏡(23)連接；所述聚焦透鏡(23)對應(yīng)多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)設(shè)置；
[0015]所述接收光纖(17)穿過光路架，并設(shè)置在聚焦透鏡(23 ) —側(cè)，所述接收光纖的端頭設(shè)裸光纖(25)，所述裸光纖(25)臨近聚焦透鏡(23)設(shè)置；所述接收光纖的另一端與光電轉(zhuǎn)換單元(4)連接。
[0016]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述光電轉(zhuǎn)換單元(4)包括窄帶濾光片(26)和雪崩二極管(27)，所述接收光纖通過窄帶濾光片(26)與雪崩二極管(27)連接。
[0017]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述轉(zhuǎn)盤(8)的中心位置設(shè)有中心軸，所述減速齒輪(7)與轉(zhuǎn)盤(8)的中心軸嚙合，所述轉(zhuǎn)盤
(8)靠近邊緣位置設(shè)有一連接孔，所述曲柄的兩端各設(shè)一聯(lián)動軸，所述曲柄一端的聯(lián)動軸插入轉(zhuǎn)盤(8)的連接孔內(nèi)，所述曲柄另一端的聯(lián)動軸與掃描軸(10)的一端連接。
[0018]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述光調(diào)制板(13)上的透光區(qū)域的寬度及兩相鄰?fù)腹鈪^(qū)域之間的距離與多通道毛細(xì)管電泳芯片微分離通道的寬度及兩相鄰微分離通道之間的距離相同。
[0019]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述光路架(22)設(shè)置在掃描軸(10)上，所述光路架(22)呈直角形結(jié)構(gòu)，所述光路架(22)包括第一支架、第二支架，所述第一支架一端與第二支架一端固定，所述第一支架與第二支架呈90度夾角，所述第二支架固定在掃描軸(10)上，所述激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)和聚焦透鏡(23 )固定在光路架(22 )上；
[0020]所述聚焦透鏡(23)設(shè)置在第一支架另一端，所述激發(fā)光源(15)與激發(fā)光纖(16)一端連接，所述激發(fā)光纖(16)另一端穿過第一支架與聚焦透鏡(23)連接；
[0021]所述接收光纖(17)穿過第二支架，并設(shè)置在聚焦透鏡(23) —側(cè)，所述接收光纖的端頭設(shè)裸光纖(25)，所述裸光纖(25)臨近聚焦透鏡(23)設(shè)置；所述聚焦透鏡(23)對應(yīng)多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)設(shè)置，所述接收光纖的另一端通過窄帶濾光片
(26)和雪崩二極管(27)與光電轉(zhuǎn)換單元(4)連接；
[0022]所述激發(fā)光源(15)發(fā)出的綠色激光束(20)經(jīng)激發(fā)光纖(16)照射至多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)表面，當(dāng)光束掃描至多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)內(nèi)的檢測點(18)時，檢測通道(24)中的熒光染料在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光信號(21)，所述熒光信號通過接收光纖(17)傳輸至光電轉(zhuǎn)換單元(4 )進(jìn)行處理。[0023]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述激發(fā)光源(15)選用綠色半導(dǎo)體泵浦固體激光器，發(fā)射波長為532 nm,功率為5?50 mff之間連續(xù)可調(diào)，并與單模光纖直接耦合。
[0024]優(yōu)選地，所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)中，所述光電轉(zhuǎn)換單元(4)的雪崩二極管(27 )選用C30902E型雪崩光電二極管，有效感光面積為
0.2 mm2，長時間正向和反向工作電流分別為5 mA和200微安，最大功耗為60 mW。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是，采用上述方案，本實用新型通過固定在掃描軸上的兩條光纖來分別傳輸激發(fā)光和熒光信號，設(shè)計出專門的通道識別電路，實現(xiàn)了對不同分離通道內(nèi)熒光信號的識別及檢測結(jié)果的描述；在簡單外圍接口電路的配合下實現(xiàn)了高速熒光信號采集、通道識別及同上位機(jī)通信等功能；同時，使用雪崩二極管作為光電信號檢測器件，既降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度，又減小了整個檢測系統(tǒng)的體積，實現(xiàn)了高增益電泳熒光信號的測量；系統(tǒng)的優(yōu)點在于在不明顯降低靈敏度的前提下大大簡化光路結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、功耗小，以較簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式得到較高的檢測靈敏度；具有很好的市場應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為本實用新型圖1實施例的示意圖之一；
[0028]圖3為本實用新型圖1實施例的示意圖之二 ；
[0029]圖4為本實用新型圖1實施例的示意圖之三；
[0030]圖5為本實用新型圖1實施例的示意圖之四。
[0031]附圖標(biāo)識:1_機(jī)械掃描單元；2_多通道識別單元；3_熒光信號檢測光路；4-光電轉(zhuǎn)換單元；5-多通道毛細(xì)管電泳芯片；6-電機(jī)；7_減速齒輪；8-轉(zhuǎn)盤；9_曲柄；10_掃描軸；12-發(fā)光二極管；13-光調(diào)制板；14-光電接收器；15-激發(fā)光源；16-激發(fā)光纖；17_接收光纖；18_檢測點；20_綠色激光；21_激發(fā)熒光；22_光路架；23_聚焦透鏡；24_檢測通道；25-裸光纖；26_窄帶濾光片；27_雪崩光電二極管。
【具體實施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5所示，本實用新型提供的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，由機(jī)械掃描單元(I)、多通道識別單元(2)、熒光信號檢測光路(3)、光電轉(zhuǎn)換單元(4)和多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)組成；
[0034]所述機(jī)械掃描單元(I)包括電機(jī)(6)、減速齒輪(7)、轉(zhuǎn)盤(8)、曲柄(9)和掃描軸
(10);所述電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)動軸通過減速齒輪(7)與轉(zhuǎn)盤(8)連接，所述轉(zhuǎn)盤(8)與曲柄(9)連接；所述曲柄(9)另一端與掃描軸(10)連接。進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)盤(8)的中心位置設(shè)有中心軸，所述減速齒輪(7)與轉(zhuǎn)盤(8)的中心軸嚙合，所述轉(zhuǎn)盤(8)靠近邊緣位置設(shè)有一連接孔，所述曲柄的兩端各設(shè)一聯(lián)動軸，所述曲柄一端的聯(lián)動軸插入轉(zhuǎn)盤(8)的連接孔內(nèi)，所述曲柄另一端的聯(lián)動軸與掃描軸(10)的一端連接。
[0035]所述多通道識別單元(2)設(shè)置在掃描軸(10)的另一端，所述多通道識別單元(2)包括發(fā)光二極管(12)、光調(diào)制板(13)和光電接收器(14);所述發(fā)光二極管(12)和光電接收器(14)設(shè)置在光調(diào)制板(13)內(nèi)；所述光調(diào)制板(13)上設(shè)有相間排列的白色的透光區(qū)域和黑色的遮光區(qū)域。進(jìn)一步的，所述光調(diào)制板(13)上的透光區(qū)域的寬度及兩相鄰?fù)腹鈪^(qū)域之間的距離與多通道毛細(xì)管電泳芯片微分離通道的寬度及兩相鄰微分離通道之間的距離相同。當(dāng)發(fā)光二極管發(fā)出的光束照射至光調(diào)制板上的透光區(qū)域時，多通道識別單元的光電接收器檢測到光信號，輸出高電平；反之，當(dāng)光束照射至遮光區(qū)域時，光電接收器檢測不到光信號，輸出低電平。這樣，當(dāng)光調(diào)制板在掃描軸的帶動下在毛細(xì)管電泳芯片上方往返掃描時，多通道識別單元的光電接收器的輸出端得到一個脈沖序列。通道識別脈沖如圖4所示，當(dāng)掃描軸從左向右掃描時，脈沖信號I和2之間對應(yīng)的是毛細(xì)管電泳芯片最左端的分離通道①，脈沖信號2和3之間對應(yīng)分離通道②，依次類推；反之，當(dāng)掃描軸從右向左掃描時，脈沖信號5和4之間對應(yīng)分離通道④，脈沖信號4和3之間對應(yīng)分離通道③，依次類推。當(dāng)掃描軸往復(fù)掃描時即實現(xiàn)了多通道識別功能。
[0036]所述熒光信號檢測光路(3)設(shè)置在掃描軸(10)上；所述多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)設(shè)置在熒光信號檢測光路(3)的下方。圖3為四通道毛細(xì)管電泳芯片的示意圖，所述熒光信號檢測光路(3)包括激發(fā)光源(15)、激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)、光路架(22)、聚焦透鏡(23)和裸光纖(25);所述光路架(22)設(shè)置在掃描軸(10)上，所述激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)和聚焦透鏡(23)固定在光路架(22)上,所述激發(fā)光源(15)與激發(fā)光纖(16) —端連接，所述激發(fā)光纖(16)另一端穿過光路架與聚焦透鏡(23)連接；所述聚焦透鏡(23)對應(yīng)多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)設(shè)置；所述接收光纖(17)穿過光路架，并設(shè)置在聚焦透鏡(23)—側(cè)，所述接收光纖的端頭設(shè)裸光纖(25)，所述裸光纖(25)臨近聚焦透鏡(23)設(shè)置；所述接收光纖的另一端與光電轉(zhuǎn)換單元(4)連接。進(jìn)一步的，所述光路架
(22)設(shè)置在掃描軸(10)上，所述光路架(22)呈直角形結(jié)構(gòu)，所述光路架(22)包括第一支架、第二支架，所述第一支架一端與第二支架一端固定，所述第一支架與第二支架呈90度夾角，所述第二支架固定在掃描軸(10)上，所述激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)和聚焦透鏡
(23)固定在光路架(22)上；所述聚焦透鏡(23)設(shè)置在第一支架另一端，所述激發(fā)光源(15)與激發(fā)光纖(16)—端連接，所述激發(fā)光纖(16)另一端穿過第一支架與聚焦透鏡(23)連接；所述接收光纖(17)穿過第二支架，并設(shè)置在聚焦透鏡(23)—側(cè)，所述接收光纖的端頭設(shè)裸光纖(25)，所述裸光纖(25)臨近聚焦透鏡(23)設(shè)置；所述聚焦透鏡(23)對應(yīng)多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)設(shè)置，所述接收光纖的另一端通過窄帶濾光片(26)和雪崩二極管(27)與光電轉(zhuǎn)換單元(4)連接；所述激發(fā)光源(15)發(fā)出的綠色激光束(20)經(jīng)激發(fā)光纖(16)照射至多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)表面，當(dāng)光束掃描至多通道毛細(xì)管電泳芯片
(5)上的檢測通道(24)內(nèi)的檢測點(18)時，檢測通道(24)中的熒光染料在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光信號(21 )，所述熒光信號通過接收光纖(17)傳輸至光電轉(zhuǎn)換單元(4)進(jìn)行處理。進(jìn)一步的，所述激發(fā)光源(15)選用綠色半導(dǎo)體泵浦固體激光器，發(fā)射波長為532 nm,功率為5^50 mW之間連續(xù)可調(diào)，并與單模光纖直接耦合。
[0037]所述光電轉(zhuǎn)換單元(4 )包括窄帶濾光片(26 )和雪崩二極管(27 )，所述接收光纖通過窄帶濾光片(26 )與雪崩二極管(27 )連接。進(jìn)一步的，所述光電轉(zhuǎn)換單元(4)的雪崩二極管(27)選用C30902E型雪崩光電二極管，有效感光面積為0.2 mm2，長時間正向和反向工作電流分別為5 mA和200微安，最大功耗為60 mW。
[0038]多通道毛細(xì)管電泳芯片微通道中樣品分離的步驟為:清洗芯片通道，然后置于恒溫箱中烘干，配置緩沖液和羅丹明B樣品溶液；將緩沖液注入電泳通道，用光學(xué)顯微鏡觀察通道中有無氣泡和微小顆粒；根據(jù)芯片結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)置進(jìn)樣電壓和分離電壓；將芯片置于檢測平臺，調(diào)整掃描探頭與芯片間的垂直及水平方向上的距離，以達(dá)到最佳檢測位置；將樣品溶液注入樣品池，插入電極；起動高壓電源和檢測系統(tǒng)的掃描檢測，繪制檢測結(jié)果；待檢測曲線繪制完畢后，如果需要二次進(jìn)樣則重復(fù)上述過程，否則關(guān)閉系統(tǒng)；取出芯片后用無水乙醇進(jìn)行清洗，待實驗結(jié)束后檢查系統(tǒng)。
[0039]為考察檢測系統(tǒng)的性能，將四通道毛細(xì)管電泳芯片中的第I和第2個通道注入純凈水，第3和第4個通道分別注入1.0 X 10_5 mol/L和1.0 X 10_4 mol/L的羅丹明B樣品溶液，并分別施加進(jìn)樣和分離電壓，檢測系統(tǒng)對四通道掃描得到的電泳譜圖如圖5所示，由于第1、第2通道中注入的為純凈水，它們的檢測信號幅值相同，其檢測曲線相互交疊，并與橫軸相重疊。另外的兩條曲線則反映了毛細(xì)管電泳分離的過程:開始進(jìn)樣時，樣品還沒有進(jìn)入分離通道，放置在檢測部位的光電探測器沒有檢測到激光激發(fā)出的熒光信號，故曲線前一部分值為零；當(dāng)樣品被切換到分離通道，并在分離電壓的作用下移動到光電探測器檢測部位時，激光激發(fā)出的熒光信號立即被光電探測器接收，對應(yīng)的檢測曲線出現(xiàn)峰值；當(dāng)樣品全部通過檢測點后，沒有熒光信號，檢測曲線值重新降為零。此外，由于通道4中注入樣品的濃度較大，因此，其對應(yīng)的電泳譜圖峰值也較大。
[0040]實施例二
[0041]本實施例與實施例一的不同之處是，本實施例的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，由機(jī)械掃描單元、多通道識別單元、熒光信號檢測光路、光電轉(zhuǎn)換單元和多通道毛細(xì)管電泳芯片組成。機(jī)械掃描單元包括電機(jī)、減速齒輪、轉(zhuǎn)盤、曲柄和掃描軸；多通道識別單元包括發(fā)光二極管、光調(diào)制板和光電接收器；熒光信號檢測光路包括激發(fā)光源、激發(fā)光纖、接收光纖、光路架、聚焦透鏡、裸光纖、窄帶濾光片和雪崩二極管。
[0042]其中，機(jī)械掃描單元中與減速齒輪、轉(zhuǎn)盤相連的電動機(jī)在一定速率下做勻速圓周運動，從而使掃描軸在曲柄的帶動下在多通道毛細(xì)管電泳芯片上方做一定角度的扇形掃描運動，進(jìn)而使固定在掃描軸上的激發(fā)光纖和接收光纖也隨之在芯片上方做往復(fù)的掃描，實現(xiàn)了多通道掃描功能。此外，激發(fā)光源發(fā)出的綠色激光束經(jīng)激發(fā)光纖照射至多通道毛細(xì)管電泳芯片表面，當(dāng)光束掃描至電泳芯片上的微通道檢測點時，微通道中的熒光染料在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光信號，該熒光信號通過接收光纖傳輸至光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行處理。
[0043]多通道識別單元由發(fā)光二極管(Light Emitting Diode, LED)、光調(diào)制板、光電接收器及信號處理電路組成。其中，光調(diào)制板上白色的透光區(qū)域和黑色的遮光區(qū)域相間排列，透光區(qū)域的寬度及其之間的距離與多通道毛細(xì)管電泳芯片微分離通道的寬度及其之間的距離具有相同的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)LED發(fā)出的光束照射至光調(diào)制板上的透光區(qū)域時，多通道識別單元的光電接收器檢測到光信號，輸出高電平；反之，當(dāng)光束照射至遮光區(qū)域時，光電接收器檢測不到光信號，輸出低電平。這樣，當(dāng)光調(diào)制板在掃描軸的帶動下在毛細(xì)管電泳芯片上方往返掃描時，多通道識別單元的光電接收器的輸出端得到一個脈沖序列。當(dāng)掃描軸從左向右掃描時，脈沖信號I和2之間對應(yīng)的是毛細(xì)管電泳芯片最左端的分離通道①，脈沖信號2和3之間對應(yīng)分離通道②，依次類推；反之，當(dāng)掃描軸從右向左掃描時，脈沖信號5和4之間對應(yīng)分離通道④，脈沖信號4和3之間對應(yīng)分離通道③，依次類推。當(dāng)掃描軸往復(fù)掃描時即實現(xiàn)了多通道識別功能。[0044]激發(fā)光源選用綠色半導(dǎo)體泵浦固體激光器，其發(fā)射波長為532 nm，功率為5~50 mff之間連續(xù)可調(diào)，并與單模光纖直接耦合；分析樣品為羅丹明B熒光染料，其在綠色激光的激發(fā)下產(chǎn)生波長580 nm的熒光；光電轉(zhuǎn)換單元前端采用的窄帶濾光片中心波長為578 nm ;聚焦透鏡透過率大于89%，數(shù)值孔徑為0.46，最大節(jié)距為0.5p。
[0045]光電轉(zhuǎn)換單元選用C30902E型雪崩光電二極管，其有效感光面積為0.2 mm2，長時間正向和反向工作電流分別為5 mA和200微安，最大功耗為60 mW ;多通道毛細(xì)管電泳芯片高壓電源系統(tǒng)由24 V直流電源供電，輸出電壓范圍為0-5000 V，輸出電流范圍為0-0.25mA。
[0046]系統(tǒng)通過固定在掃描軸上的兩條光纖來分別傳輸激發(fā)光和熒光信號，設(shè)計出專門的通道識別電路，實現(xiàn)了對不同分離通道內(nèi)熒光信號的識別及檢測結(jié)果的描述。在簡單外圍接口電路的配合下實現(xiàn)了高速熒光信號采集、通道識別及同上位機(jī)通信等功能；同時，使用雪崩二極管作為光電信號檢測器件，既降低了電路設(shè)計的復(fù)雜度，又減小了整個檢測系統(tǒng)的體積，實現(xiàn)了高增益電泳熒光信號的測量。系統(tǒng)的優(yōu)點在于在不明顯降低靈敏度的前提下大大簡化光路結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、功耗小，以較簡單的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式得到較高的檢測靈敏度。
[0047]需要說明的是，上述各技術(shù)特征繼續(xù)相互組合，形成未在上面列舉的各種實施例，均視為本實用新型說明書記載的范圍；并且，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范
圍。`
【權(quán)利要求】
1.旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，由機(jī)械掃描單元(1)、多通道識別單元(2)、熒光信號檢測光路(3)、光電轉(zhuǎn)換單元(4)和多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)組成； 所述機(jī)械掃描單元(1)包括電機(jī)(6 )、減速齒輪(7 )、轉(zhuǎn)盤(8 )、曲柄(9 )和掃描軸(10 ); 所述電機(jī)(6)的轉(zhuǎn)動軸通過減速齒輪(7)與轉(zhuǎn)盤(8)連接，所述轉(zhuǎn)盤(8)與曲柄(9)連接; 所述曲柄(9)另一端與掃描軸(10)連接，所述多通道識別單元(2)設(shè)置在掃描軸(10)的另一端，所述熒光信號檢測光路(3)設(shè)置在掃描軸(10)上； 所述多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)設(shè)置在熒光信號檢測光路(3)的下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述多通道識別單元(2)包括發(fā)光二極管(12)、光調(diào)制板(13)和光電接收器(14)； 所述發(fā)光二極管(12)和光電接收器(14)設(shè)置在光調(diào)制板(13)內(nèi)；所述光調(diào)制板(13)上設(shè)有相間排列的白色的透光區(qū)域和黑色的遮光區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述熒光信號檢測光路(3)包括激發(fā)光源(15)、激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)、光路架(22)、聚焦透鏡(23)和裸光纖(25)； 所述光路架(22)設(shè)置在掃描軸(10)上，所述激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)和聚焦透鏡(23 )固定在光路架(22 )上，所述激發(fā)光源(15 )與激發(fā)光纖(16 ) —端連接，所述激發(fā)光纖(16)另一端穿過光路架與聚焦透鏡(23)連接；所述聚焦透鏡(23)對應(yīng)多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)設(shè)置； 所述接收光纖(17)穿過光路架，并設(shè)置在聚焦透鏡(23 ) —側(cè)，所述接收光纖的端頭設(shè)裸光纖(25)，所述裸光纖(25)臨近聚焦透鏡(23)設(shè)置；所述接收光纖的另一端與光電轉(zhuǎn)換單元(4)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換單元(4)包括窄帶濾光片(26)和雪崩二極管(27)，所述接收光纖通過窄帶濾光片(26)與雪崩二極管(27)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)盤(8)的中心位置設(shè)有中心軸，所述減速齒輪(7)與轉(zhuǎn)盤(8)的中心軸嚙合，所述轉(zhuǎn)盤(8)靠近邊緣位置設(shè)有一連接孔，所述曲柄的兩端各設(shè)一聯(lián)動軸，所述曲柄一端的聯(lián)動軸插入轉(zhuǎn)盤(8)的連接孔內(nèi)，所述曲柄另一端的聯(lián)動軸與掃描軸(10)的一端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光調(diào)制板(13)上的透光區(qū)域的寬度及兩相鄰?fù)腹鈪^(qū)域之間的距離與多通道毛細(xì)管電泳芯片微分離通道的寬度及兩相鄰微分離通道之間的距離相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光路架(22)設(shè)置在掃描軸(10)上，所述光路架(22)呈直角形結(jié)構(gòu)，所述光路架(22)包括第一支架、第二支架，所述第一支架一端與第二支架一端固定，所述第一支架與第二支架呈90度夾角，所述第二支架固定在掃描軸(10)上，所述激發(fā)光纖(16)、接收光纖(17)和聚焦透鏡(23)固定在光路架(22)上； 所述聚焦透鏡(23)設(shè)置在第一支架另一端，所述激發(fā)光源(15)與激發(fā)光纖(16) 一端連接，所述激發(fā)光纖(16)另一端穿過第一支架與聚焦透鏡(23)連接； 所述接收光纖(17)穿過第二支架，并設(shè)置在聚焦透鏡(23)—側(cè)，所述接收光纖的端頭設(shè)裸光纖(25)，所述裸光纖(25)臨近聚焦透鏡(23)設(shè)置；所述聚焦透鏡(23)對應(yīng)多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)設(shè)置，所述接收光纖的另一端通過窄帶濾光片(26)和雪崩二極管(27)與光電轉(zhuǎn)換單元(4)連接； 所述激發(fā)光源(15)發(fā)出的綠色激光束(20)經(jīng)激發(fā)光纖(16)照射至多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)表面，當(dāng)光束掃描至多通道毛細(xì)管電泳芯片(5)上的檢測通道(24)內(nèi)的檢測點(18)時，檢測通道(24)中的熒光染料在激光的激發(fā)下產(chǎn)生熒光信號(21)，所述熒光信號通過接收光纖(17 )傳輸至光電轉(zhuǎn)換單元(4 )進(jìn)行處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述激發(fā)光源(15)選用綠色半導(dǎo)體泵浦固體激光器，發(fā)射波長為532 nm，功率為5~50 mW之間連續(xù)可調(diào)，并與單模光纖直接耦合。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的旋轉(zhuǎn)掃描式多通道毛細(xì)管電泳芯片激光誘導(dǎo)熒光檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述光電轉(zhuǎn)換單元(4)的雪崩二極管(27)選用C30902E型雪崩光電二極管，有效感光面積為0.2 _2，長時間正向和反向工作電流分別為5 mA和200微安，最大功耗為60 mW。
【文檔編號】G01N21/64GK203479709SQ201320638378
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】楊曉博, 張元敏, 王紅玲, 白政民, 楊飛 申請人:許昌學(xué)院