專利名稱：激光雙模式微體積樣品分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光雙模式微體積樣品分析裝置，具體地說是一種利用 激光誘導(dǎo)熒光和激光熱透鏡進行同時檢測的裝置，屬于光學(xué)領(lǐng)域，也屬于分析化 學(xué)儀器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
液相分離分析儀器是近年來發(fā)展最為迅速的一類分析儀器，它包括高效液相 色譜(HPLC)，毛細管電泳(CE)，離子色譜，超臨界流體色譜(SFC)和微流控芯片 等儀器，這類儀器具有高效、快速、樣品用量和試劑消耗量少等特點。可用于無 機、有機和生物大分子的分離分析，在科學(xué)研究和生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。分離效率和靈敏度是衡量這類儀器的重要技術(shù)指標，這些指標既取決于所用 色譜柱或毛細管柱的性質(zhì)，同時也受制于檢測器的性能。研究和開發(fā)適用于液相 分離分析儀器的微池檢測器已成為這類儀器研制的熱門領(lǐng)域。紫外吸收檢測器是 這類儀器中使用最為廣泛的一類微池檢測器，由于采用二極管陣列或CCD器件作 光探測器，可實現(xiàn)紫外/可見光譜的快速掃描，在色譜或電泳分離的同時得到從 190到800 nm的實時紫外/可見光譜，從而實現(xiàn)對未知成分的定性和已知物的測 定。由于微池檢測器的光程較短，使得紫外吸收檢測器的靈敏度難以提高，而且 很難用于目前蓬勃發(fā)展的芯片電泳檢測。電化學(xué)檢測器也是在液相分離分析商品 儀器中使用較廣的一類檢測器，它可避免紫外吸收檢測器光程較短的不足，在電 活性組分的檢測上具有靈敏度高，選擇性好和線性范圍寬等優(yōu)點，其局限性在于 被檢測物質(zhì)必須具有良好的電化學(xué)活性，應(yīng)用于電泳檢測時難以消除分離電流對 檢測電流的干擾，僅能進行柱后和離柱檢測，因而成為一種實用性強的商品化電 泳儀器的在柱檢測器尚待時閂。與其它檢測技術(shù)相比，質(zhì)譜檢測(MS)與液相分離 分析儀器聯(lián)用可獲得分離組分的結(jié)構(gòu)信息， 一直是眾多儀器廠商青睞的對象。目 前HPLC-MS、 CE-MS、 SFC-MS聯(lián)用商品化儀器已推向市場，但儀器復(fù)雜和昂貴， 其聯(lián)用接口和靈敏度仍需進一步完善和提高。基于物質(zhì)折射指數(shù)變化進行檢測的 折射指數(shù)檢測器已用作HPLC等儀器的檢測器，這種檢測器通用性好，但靈敏度 不高。已見文獻報道的化學(xué)發(fā)光、核磁共振、毛細管共振等各種檢測器也都不同程度的存在靈敏度不足的問題。因而發(fā)展靈敏度高和通用性強的檢測器仍是液相 分離分析儀器研制的重要課題。一般來說，激光相干性好，易聚焦成微束，特別適用于微體積樣品的測定， 因而基于激光優(yōu)良特性的各類激光檢測器的研制和應(yīng)用已成為液相分離分析儀 器檢測器研究的熱門領(lǐng)域。激光誘導(dǎo)熒光檢測器是激光類檢測器中靈敏度最高并 已成為商品化毛細管電泳儀器的一種微池檢測器。它的靈敏度比紫外吸收檢測器 高2 3個數(shù)量級，但只有極少數(shù)化合物在激光激發(fā)下可產(chǎn)生自身熒光，大多數(shù)化合物需采用熒光標記或衍生后方可分析?；谌豕馕諜z測的激光熱透鏡檢測 器測量的不是透射，反射或散射光，而是直接測量光的吸收，與紫外吸收檢測器相比，靈敏度可提高2個數(shù)量級以上，在非熒光和弱吸收物質(zhì)的檢測中體現(xiàn)出高靈敏，高空間分辨率的優(yōu)點。激光拉曼光譜檢測器也見報道，但檢測靈敏度不高 仍是這類檢測器面臨的嚴峻現(xiàn)實。目前，激光類檢測器多為單信號檢測，尚未見 多信號同時檢測器用于液相分離分析的儀器的報道，并且除激光誘導(dǎo)熒光檢測器 外，其它激光光信號檢測器尚未成為液相分離分析商品儀器的檢測器。液相分離分析儀器的分析對象(特別是生物樣品)，往往是含有多種物質(zhì)的復(fù)雜系統(tǒng)。這類樣品既含有蛋白質(zhì)、核酸等生物大分子，又含有多巴胺、氨基酸等小分子，并且這些分子的熒光和吸收特性各異。準確測定它們的種類和含量，對于生命科學(xué)研究和臨床診斷意義十分重大。然而由于商品檢測器的限制，難以同時獲取大分子和小分子以及具有和不具有熒光和吸光特性物質(zhì)的信息。因此， 探索同時對具有和不具有熒光和吸光特性的各類物質(zhì)進行靈敏檢測的多信號檢測器將極大拓展液相分離分析商品儀器的應(yīng)用的空間。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種利用激光誘導(dǎo)熒光和 激光熱透鏡同時進行的分析裝置。通過對液相分離后的各組份，在所用激光波長 下，激光誘導(dǎo)熒光可檢測具有熒光特性物質(zhì)的信號，而激光熱透鏡可檢測具有吸 光特性物質(zhì)的信號，并使其光學(xué)構(gòu)型和信號采集模式對液相分離組份達到同時獲 取激光熱透鏡和激光回射干涉的光信號。實現(xiàn)本實用新型目的采用的技術(shù)方案是 一種激光雙模式微體積樣品分析 裝置，至少包括光學(xué)檢測調(diào)制部分、毛細管電泳儀和信號采集處理部分，光學(xué)檢5測調(diào)制部分中的半導(dǎo)體激光器l、斬光器2、偏振片3、分束器4、熱透鏡檢測激 光器5、高通濾光片11和光電檢測器件12依次排列，且中心均位于同一水平線， 偏振片3垂直方向設(shè)有分束器6，熱透鏡檢測激光器5垂直方向依次設(shè)有光闌7、 光電檢測器件8、聚焦透鏡9和微檢測池10，其中微檢測池10為毛細管電泳儀 中去除一段外保護層的毛細管，信號采集處理部分中的計算機21與光電檢測器 件8之間設(shè)有鎖相放大器19，計算機21和光電檢測器件12之間設(shè)有鎖相放大 器20，斬光器2上設(shè)有斬光器控制器18,且斬光器控制器18通過鎖相放大器 19和鎖相放大器20與計算機21連接。斬光器控制器18將鎖相參比信號提供給 鎖相放大器19、 20，經(jīng)過鎖相放大過程，鎖相放大器19和鎖相放大器20分別 提供激光誘導(dǎo)熒光信號、激光熱透鏡信號，然后為計算機26所采集，從而實現(xiàn) 對微體積樣品的分析測定。所述微檢測池10由光透過率高的材質(zhì)如玻璃、有機玻璃、石英等制成，其 形狀為立方體或圓柱體，且內(nèi)徑大于75微米。所述光電檢測器件為光二極管、光電倍增管、光電耦合器件或二極管陣列。 其中光電檢測器件10和微檢測池5分別位于顯微物鏡的焦平面上，光電檢測器 件15與樣品池16之間的距離大于或等于150毫米。所述半導(dǎo)體激光器為各波段激光器，光束光能大于20毫瓦。所述熱透鏡檢測激光器為各波段激光器，光束波長大于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的 激光束波長。所述聚焦透鏡為雙凸透鏡，其焦距應(yīng)大于9毫米且小于15.4毫米，最佳焦 距為11毫米。使用本實用新型提供的激光雙模式微體積樣品分析裝置的毛細管電泳儀由 毛細管、緩沖溶液承載池、直流高壓電源、樣品池組成。毛細管的兩端分別浸沒 于緩沖溶液承載池的緩沖溶液液面下；直流高壓電源的正負極分別與圓柱形鉑電 極相連，兩支電極分別浸沒于緩沖溶液承載池的緩沖溶液液面下；進樣時用樣品 池取代其中一個緩沖溶液承載池，然后利用電驅(qū)動或者壓差進行進樣操作。在毛 細管上適當(dāng)?shù)奈恢锰帉⒚毠艿耐獗Ｗo層除去(采用明火燒蝕或利刃刮除的方式 皆可)，將毛細管剝離外防護層的一段作為微檢測池，從而實現(xiàn)基于激光熱透鏡、 激光回射干涉的微體積樣品分析專職對所用對毛細管電泳動態(tài)過程的實時檢測。使用本實用新型所提供的利用激光誘導(dǎo)熒光和激光熱透鏡的激光雙模式微 體積樣品分析裝置與液相分離相結(jié)合對待測樣品進行分離檢測，無須對樣品進行 任何樣品衍生、富集處理步驟。由于待測樣品池為微檢測池，所需樣品量極少， 最低可至納升級。本實用新型操作簡單，日常維護費用低，測試速度快，結(jié)果準 確，可以廣泛應(yīng)用于包含有各類不同化學(xué)物質(zhì)的待測體系的定性、定量檢測。


以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。圖1是本實用新型提供的激光雙模式微體積樣品分析裝置光學(xué)構(gòu)型示意圖。 圖2是本實用新型所提供的激光雙模式微體積樣品分析裝置毛細管電泳儀 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實用新型提供的激光雙模式微體積樣品分析裝置本發(fā)明信號采集 部分結(jié)構(gòu)示意圖。圖中l(wèi).半導(dǎo)體激光器，2.為斬光器，3.分束器，4.聚焦透鏡，5.微檢測池 (剝離外防護層的一段毛細管)，6.熱透鏡檢測激光器，7.顯微物鏡，8.光闌， 9.帶通濾光片，10.光電檢測器件，ll.高通濾光片，12.光二極管，13.毛細管， 14.直流高壓電源，15.緩沖溶液承載池，16，樣品池，17.緩沖溶液承載池，18. 斬光器控制器，19.鎖相放大器，20.鎖相放大器，21.計算機。
具體實施方式
本實用新型提供的激光雙模式微體積樣品分析裝置光學(xué)結(jié)構(gòu)如圖1所示，光 學(xué)檢測調(diào)制部分中的半導(dǎo)體激光器l、斬光器2、分束器3、聚焦透鏡4、微檢測 池5、高通濾光片11和光電檢測器件12依次排列，且中心均位于同一水平線， 分束器3垂直方向設(shè)有熱透鏡檢測激光器6，微檢測池5垂直方向依次設(shè)有顯微 物鏡7、光闌8、帶通濾光片9和光電檢測器件10，其中微檢測池5為毛細管電 泳儀中去除外保護層的一段毛細管，信號采集處理部分中的計算機21與光電檢 測器件10之間設(shè)有鎖相放大器19，計算機21和光電檢測器件12之間設(shè)有鎖相 放大器20，斬光器2上設(shè)有斬光器控制器18，且斬光器控制器18通過鎖相放大 器19和鎖相放大器20與計算機21連接。半導(dǎo)體激光器1所射出的激光光束先 后經(jīng)過斬光器2的調(diào)制后，在分束器3處與熱透鏡檢測激光器6所射出的激光光 束耦合成為同一道激光束，所得的耦合光束被聚焦透鏡4聚焦于微檢測池5的中心處；樣品池14中由激光所激發(fā)的熒光由顯微物鏡7所收集，經(jīng)過光闌8和帶 通濾光片9的調(diào)制，由光電檢測器件10進行檢測得到激光誘導(dǎo)熒光原始信號； 透射過樣品池14的耦合激光束經(jīng)過高通濾光片11濾去激光束，然后再由光電檢 測器件12進行檢測得到激光熱透鏡檢測原始信號。半導(dǎo)體激光器1為各波段激 光器，光束光能大于20毫瓦；斬光器2工作頻率應(yīng)覆蓋5Hz至1000Hz的范圍； 分束器4和分束器6分束比為5:5，分束波段應(yīng)分別對應(yīng)于半導(dǎo)體激光和熱透鏡 檢測激光的波段；熱透鏡檢測激光器可選用各波段激光器，其光束波長應(yīng)大于半 導(dǎo)體激光束波長；光電檢測器件8和光電檢測器件12為光二極管、光電倍增管、 光電耦合器件或二極管陣列；聚焦透鏡9為雙凸透鏡，焦距大于9毫米而小于 15.4毫米，最佳焦距為11毫米；微檢測池10為光透過率高的材質(zhì)如玻璃、有 機玻璃、石英等制成，其形狀可為立方體或圓柱體，其內(nèi)徑應(yīng)大于75微米；高 通濾光片11波段的選擇根據(jù)半導(dǎo)體激光和熱透鏡檢測激光的波段情況予以選 擇，其截止波段高于半導(dǎo)體激光的波段；激光熱透鏡檢測信號的光電檢測器件 12與樣品池16之間的距離大于或等于150毫米。本實用新型所提供的激光雙模式微體積樣品分析裝置所用毛細管電泳儀結(jié) 構(gòu)如圖2所示。毛細管13為內(nèi)徑大于等于75微米；高壓直流電源14最高輸出 電壓應(yīng)大于20千伏；去除外保護層的一段毛細管為微檢測池5。具體檢測步驟如下首先將毛細管13依次用0. lmol/LNaOH溶液、二次蒸鎦水及緩沖溶液沖洗， 在緩沖溶液承載池15和緩沖溶液承載池17中充滿緩沖溶液，并將毛細管13的 兩端分別浸沒于緩沖溶液承載池15和緩沖溶液承載池17的緩沖溶液液面下。直 流高壓電源14的正負極分別與圓柱形鉑電極相連，兩支電極分別浸沒于緩沖溶 液承載池15和緩沖溶液承載池17的緩沖溶液液面下。在開始電泳過程前約半小時，將半導(dǎo)體激光器l、斬光器2、熱透鏡檢測激 光器5、光電檢測器件、鎖相放大器、斬光器控制器18、個人計算機21通電直 至所得信號相對穩(wěn)定。進樣時用裝有樣品的樣品池16取代其中一個緩沖溶液承載池15，然后利用 電驅(qū)動或者壓差進行進樣進樣操作若干時間。完畢后將緩沖溶液承載池15還原 至初始位置，然后打開直流高壓電源14輸出直流電壓。通電后，在直流高壓電8源14輸出的直流電壓作用下，不同的化學(xué)物質(zhì)電泳趟度不同，導(dǎo)致不同的化學(xué) 物質(zhì)將以不同速度向毛細管13末端運動。經(jīng)過若干時間，不同的化學(xué)物質(zhì)依次 通過被剝離外防護層的毛細管區(qū)域10，從光電檢測器件8和光電檢測器件12處 分別得到對應(yīng)于各不同化學(xué)物質(zhì)的激光回射干涉檢測原始信號、激光熱透鏡檢測 原始信號(皆為數(shù)百毫伏大小的電壓數(shù)據(jù))。然后經(jīng)過鎖相放大處理過程，分別 為數(shù)據(jù)采集卡采集導(dǎo)入計算機，從而實現(xiàn)了對待測體系實時電泳分離過程的檢 測。所得圖線中各峰對應(yīng)的出現(xiàn)順序是各不同化學(xué)物質(zhì)定性測量的依據(jù)，各峰對 應(yīng)的峰高或者峰面積是各不同化學(xué)物質(zhì)定量測量的依據(jù)。 以下公開一組實施測試結(jié)果半導(dǎo)體激光器1選用激光波段532咖，分束器3選用分束器波段532nm，分 束比為5:5，聚焦透鏡4半選用雙凸聚焦透鏡，其焦距為f=ll毫米，熱透鏡檢 測激光器6選用氦氖激光器632. 8nm， 2毫瓦，帶通濾光片9選用帶通濾光片中 心波長600nm，，截止寬度20nm，光電檢測器件10選用光電倍增管，高通濾光片 11選用高通濾光片截止波長600nm寬度15nm，光電檢測器件12選用光二極管。 毛細管13長度40厘米，內(nèi)徑100微米；除去毛細管的外保護層區(qū)域5離毛細管 13尾端5厘米。12.5mol/L硼砂溶液作為緩沖溶液，進樣電壓和分離電壓均為 9KV，進樣8秒，檢測時間15分鐘，在除去外保護層的毛細管5處，依次分離出 羅丹明B、甲基紅，未經(jīng)任何樣品富集或者衍生處理步驟，得到兩幅分別對應(yīng)與 激光誘導(dǎo)熒光信號、激光熱透鏡檢測信號的圖線。依據(jù)羅丹明B、甲基紅被分離 的順序和峰面積的大小，檢測出待測樣品中這些化學(xué)物質(zhì)的濃度，這兩種化學(xué)物 質(zhì)的檢出限羅丹明B為1.0X10_8mol/L、甲基紅為7X10—6mol/L。
權(quán)利要求1.一種激光雙模式微體積樣品分析裝置，至少包括光學(xué)檢測調(diào)制部分、毛細管電泳儀和信號采集處理部分，其特征在于光學(xué)檢測調(diào)制部分中的半導(dǎo)體激光器(1)、斬光器(2)、分束器(3)、聚焦透鏡(4)、微檢測池(5)、高通濾光片(11)和光電檢測器件(12)依次排列，且中心均位于同一水平線，分束器(3)垂直方向設(shè)有熱透鏡檢測激光器(6)，微檢測池(5)垂直方向依次設(shè)有顯微物鏡(7)、光闌(8)、帶通濾光片(9)和光電檢測器件(10)，其中微檢測池(5)為毛細管電泳儀的中去除外保護層的一段毛細管，信號采集處理部分中的計算機(21)與光電檢測器件(10)之間設(shè)有鎖相放大器(19)，計算機(21)和光電檢測器件(12)之間設(shè)有鎖相放大器(20)，斬光器(2)上設(shè)有斬光器控制器(18)，且斬光器控制器(18)通過鎖相放大器(19)和鎖相放大器(20)與計算機(21)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于檢測激 光誘導(dǎo)熒光原始信號的光電檢測器件(10)和微檢測池(5)分別位于顯微物 鏡的焦平面上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于檢測激 光熱透鏡檢測信號的光電檢測器件(12)與毛細管電泳儀的樣品池(16)之間 的距離大于或等于150毫米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于 光電檢測器件為光二極管、光電倍增管、光電耦合器件或二極管陣列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雙模式微體積樣品分析方法裝置，其特征在于聚 焦透鏡(4)為雙凸透鏡，其焦距大于9毫米且小于15.4毫米，最佳焦距為 11毫米。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于半導(dǎo)體 激光器(1)為各波段激光器，光束光能大于20毫瓦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于熱透鏡檢測激光器(6)為各波段激光器，其光束波長大于半導(dǎo)體激光器發(fā)出的激光 束波長。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于微檢測池(10)由光透過率高的材質(zhì)制成，其形狀為立方體或圓柱體，且內(nèi)徑大于 75微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的激光雙模式微體積樣品分析裝置，其特征在于微 檢測池(10)由玻璃、有機玻璃或石英制成。
專利摘要一種激光雙模式微體積樣品分析裝置，至少包括光學(xué)檢測調(diào)制部分、毛細管電泳儀和信號采集處理部分，其特征在于光學(xué)檢測調(diào)制部分中的半導(dǎo)體激光器(1)、斬光器(2)、分束器(3)、聚焦透鏡(4)、微檢測池(5)、高通濾光片(11)和光電檢測器件(12)依次排列，且中心均位于同一水平線，分束器(3)垂直方向設(shè)有熱透鏡檢測激光器(6)，微檢測池(5)垂直方向依次設(shè)有顯微物鏡(7)、光闌(8)、帶通濾光片(9)和光電檢測器件(10)，其中微檢測池(5)為毛細管電泳儀的中去除外保護層的一段毛細管，信號采集處理部分中的計算機(21)與光電檢測器件(10)之間設(shè)有鎖相放大器(19)，計算機(21)和光電檢測器件(12)之間設(shè)有鎖相放大器(20)，斬光器(2)上設(shè)有斬光器控制器(18)，且斬光器控制器(18)通過鎖相放大器(19)和鎖相放大器(20)與計算機(21)連接。
文檔編號G01N30/74GK201110825SQ20072008902
公開日2008年9月3日 申請日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者周曉東, 博 熊, 胡繼明 申請人:武漢大學(xué)