陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器及檢測方法
【專利摘要】陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，包括光源、單根光源入射光纖、入射光纖軸心固連件、凹面反射鏡、轉(zhuǎn)動電機(jī)與轉(zhuǎn)動編碼器、多根入射光纖組與光纖固定器、毛細(xì)管陣列、多根接收光纖組、陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端、取樣光電探測器、參考光纖、參考光電探測器、高速數(shù)據(jù)采集單元、總控制和數(shù)據(jù)處理及傳輸、電腦工作站。是一種快速旋轉(zhuǎn)入射光依次進(jìn)入到特定角度傾斜、園形分布的多根入射端光纖穿過陣列毛細(xì)管柱后，由多根接收端光纖傳輸?shù)教筋^，周而復(fù)始地連續(xù)掃描每一根毛細(xì)管，從而達(dá)到測量所有毛細(xì)管光吸收的強(qiáng)弱。提供了一種對大批量樣品進(jìn)行高通量光吸收檢測的手段，以較低的成本實現(xiàn)對多根毛細(xì)管電泳的光吸收檢測。
【專利說明】
陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，具體地說是一種快速旋轉(zhuǎn)入射光依次進(jìn)入到特定角度傾斜、園形分布的多根入射端光纖穿過陣列毛細(xì)管柱后，由多根接收端光纖傳輸?shù)教筋^，周而復(fù)始地連續(xù)掃描每一根毛細(xì)管，從而達(dá)到測量所有毛細(xì)管光吸收強(qiáng)弱的光吸收檢測器。本發(fā)明還涉及該檢測器的使用方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]毛細(xì)管電泳(CE)以其高效、快速的分離，成為一種令人矚目的分析手段。為了便于熱量散失和進(jìn)行柱上檢測，采用了極小內(nèi)徑的毛細(xì)管(彡l〇〇um，一般50um)，這樣允許極小的(<l(T-9g)進(jìn)樣量，單根毛細(xì)管電泳儀已然取得了長足的發(fā)展，并逐步得到越來越廣泛的應(yīng)用。近些年，隨著該技術(shù)不斷地被接收和使用，在許多領(lǐng)域出現(xiàn)對使用多根或陣列毛細(xì)管系統(tǒng)的高通量的分析要求。比如在生物制藥領(lǐng)域，隨著組合化學(xué)的發(fā)展，每天有成百上千的新藥物被合成出來，表征和分析這些藥物就需要高通量的儀器和方法。
[0003]常規(guī)的毛細(xì)管電泳儀檢測手段有紫外光吸收法、熒光檢測法、間接檢測法、電化學(xué)檢測法、化學(xué)發(fā)光法、電導(dǎo)率檢測法等等，其中紫外光吸收法仍占據(jù)主導(dǎo)地位，在電泳系統(tǒng)中配備率最高。陣列毛細(xì)管電泳儀目前的主要應(yīng)用在DNA測序方面，多采用激光誘導(dǎo)熒光探測器進(jìn)行檢測。由于多種原因，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)用于陣列毛細(xì)管系統(tǒng)的紫外光吸收探測器，在單根毛細(xì)管系統(tǒng)中占比最多的光吸收探測方法無法在高通量高效率分析系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，用于實現(xiàn)對大批量樣品從幾十根到上百根毛細(xì)管組成的陣列電泳分離后進(jìn)行紫外光或可見光吸收率的精確探測，結(jié)構(gòu)簡單、實用性強(qiáng)、成本低。本發(fā)明還提供該陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器的使用方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，包括光源、單根光源入射光纖、單根光源入射光纖軸心固連件，取樣光電探測器經(jīng)過多根接收光纖組連接到毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端，毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器固定端連接多根入射光纖組出口端，毛細(xì)管陣列被固定于毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端和瞄準(zhǔn)端的中間，多根入射光纖組前部固定在圓臺形固定器固定器中，轉(zhuǎn)動電機(jī)中軸上固定有凹面反射鏡，凹面反射鏡與圓臺形固定器相對， 轉(zhuǎn)動電機(jī)連接轉(zhuǎn)動編碼器;參考光纖一端連接光電探測器，另一端連接光纖固定器，電腦工作站與總控制與數(shù)據(jù)處理及傳輸連接再與光源相接，高速數(shù)據(jù)采集單元一端連接總控制和數(shù)據(jù)處理及傳輸，另一頭分別連接取樣光電探測器與參考光電探測器，轉(zhuǎn)動電機(jī)和轉(zhuǎn)動編碼器連接解碼器后與總控制與數(shù)據(jù)處理及傳輸連接;單根光源入射光纖的末端形成的點(diǎn)光源經(jīng)凹面鏡反射聚焦到多根入射光纖組的進(jìn)口端，多根接收光纖組在末端捆綁在一起讓經(jīng)過毛細(xì)管吸收后的光全部進(jìn)入取樣光電探測器;光纖特定角度分布固定器上某指定位置的單根毛細(xì)管不通過毛細(xì)管陣列吸收而直接導(dǎo)入?yún)⒖脊怆娞綔y器。
[0006]所述的多根入射光纖組固定于圓臺形固定器成圓錐形分布，凹面反射鏡主軸與中心軸成一定角度，保證能將沿軸的入射光反射并聚焦到多根入射光纖組的入口端。
[0007]所述的轉(zhuǎn)動電機(jī)可以是直流或定頻、變頻電機(jī)，或是勻速轉(zhuǎn)動的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速是毛細(xì)管總數(shù)的3倍以上；轉(zhuǎn)動編碼器的分辨率是毛細(xì)管總數(shù)的3—10倍;所述的光電探測器可以是有效面積較大的光電二極管，或是光電倍增管。
[0008]所述的多根入射光纖組和多根接收光纖組的位置一一對應(yīng)，陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器確保在特定時間里只有相對應(yīng)的某一組入射光纖和接收光纖有光通過，鄰近的光被完全隔離。
[0009]所述的所有光纖應(yīng)與光源相匹配，當(dāng)使用紫外光時應(yīng)使用對紫外光傳輸衰減度低的光纖，此要求同樣適用于凹面反射鏡。
[0010]所述的每根通過毛細(xì)管吸收后的光強(qiáng)與未通過毛細(xì)管吸收而直接測到的光強(qiáng)進(jìn)行對比而獲得每根毛細(xì)管樣品的光吸收率，以抵消由于光源不穩(wěn)定性帶來的誤差及基線漂移。
[0011]本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果，利用單個光源，兩個普通的光電二極管或光電倍增管，以較低的成本實現(xiàn)對多根毛細(xì)管電泳的光吸收檢測，彌補(bǔ)市場上只有熒光檢測的不足，提供了一種對大批量樣品進(jìn)行高通量光吸收檢測的手段?！靖綀D說明】
[0012]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明圖1的局部放大圖，顯示96根毛細(xì)管對應(yīng)的96根入射光纖的安裝示意圖； 圖3是本發(fā)明的局部原理圖，顯示光纖端形成的近似點(diǎn)光源經(jīng)過凹面反射鏡匯聚到光纖組的進(jìn)口端。[〇〇13]圖中:1紫外或可見光光源，2單根光源入射光纖，3入射光纖軸心固連件，4光線，5 凹面反射鏡，6轉(zhuǎn)動電機(jī)，7轉(zhuǎn)動編碼器，8反射光示意線，9光纖特定角度分布固定器，10多根入射光纖組，11陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器固定端，12毛細(xì)管陣列，13多根接收光纖組，14毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端，15取樣光電探測器，16參考光纖，17參考光電探測器，18高速數(shù)據(jù)采集單元，19總控制和數(shù)據(jù)處理及傳輸，20電機(jī)驅(qū)動和轉(zhuǎn)動解碼器，21電腦工作站?！揪唧w實施方式】
[0014]如圖1，2,3所示，陣列毛細(xì)管電泳系統(tǒng)光吸收檢測器主要由紫外或可見光光源1、 單根光源入射光纖2、單根光源入射光纖軸心固連件3、凹面反射鏡5、轉(zhuǎn)動電機(jī)6、轉(zhuǎn)動編碼器7、多根入射光纖組10、光纖特定角度分布固定器9、、陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器固定端 11、毛細(xì)管陣列12、多根接收光纖組13、陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端14、取樣光電探測器 15、參考光纖16、參考光電探測器17、高速數(shù)據(jù)采集單元18、電機(jī)驅(qū)動和轉(zhuǎn)動解碼器20、 總控制和數(shù)據(jù)處理及傳輸19、電腦工作站21組成。單根光源入射光纖2的末端形成的點(diǎn)光源經(jīng)由安裝在轉(zhuǎn)動電機(jī)中軸4上的凹面反射鏡5反射聚焦到多根入射光纖組10的進(jìn)口端，多根入射光纖組10的出口端緊鄰毛細(xì)管陣列12,毛細(xì)管陣列另外一邊是多根接收光纖組14,多根接收光纖組14在末端捆綁在一起讓經(jīng)過毛細(xì)管12吸收后的光全部進(jìn)入光電探測器15;同時，光纖特定角度分布固定器9上某指定位置的單根毛細(xì)管16不通過毛細(xì)管陣列吸收而直接導(dǎo)入?yún)⒖脊怆娞綔y器17。[0〇15] 如圖1和圖2所不，96根毛細(xì)管相對應(yīng)的96根入射光纖的安裝不意圖，96根光纖均勻分布在圓周上。圖1中的入射光纖分布省略了部分光纖未畫出，是為了方便顯示工作原理。[〇〇16]多根入射光纖組10形成圓形分布，固定在光纖特定角度分布固定器9上，每一根光纖與電機(jī)主軸中線都有相等的傾斜角，凹面反射鏡主軸與中心軸成一定角度，目的是確保能將沿軸的入射光反射并聚焦到多根入射光纖組10的入口端，8是經(jīng)過反射鏡后的反射光示意線。
[0017]凹面反射鏡5固定于電機(jī)6的轉(zhuǎn)軸上，光纖特定角度分布固定器9和轉(zhuǎn)動電機(jī)必須位于同一中心軸4上，光纖接頭3需要嚴(yán)格位于該中心軸4上，以確保反射鏡的反射光有效的匯聚到多根入射光纖組10的進(jìn)口端面盡量接近中心的位置。當(dāng)電機(jī)6以可控速度轉(zhuǎn)動并帶動反射鏡5轉(zhuǎn)動時，光線依次進(jìn)入到入射光纖組10的各進(jìn)口端，由轉(zhuǎn)動編碼器7的信號經(jīng)由轉(zhuǎn)動解碼器20來確認(rèn)在某指定時間段是哪一根光纖被照射，進(jìn)而確認(rèn)相應(yīng)的是哪一根毛細(xì)管正在被檢測。
[0018] 多根入射光纖組10和多根接收光纖組14的位置是對應(yīng)的，多根入射光纖組10 的數(shù)目等于多根接收光纖組14的數(shù)目，并等于毛細(xì)管陣列12的總數(shù)，陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器固定端11和瞄準(zhǔn)端13與毛細(xì)管陣列12的固定架一起調(diào)整好位置，確保在特定時間里只有相對應(yīng)的某一組入射光纖和接收光纖有光通過，用于檢測鄰近毛細(xì)管的光被盡量完全隔離，從而杜絕或減少互相干擾。[0019 ]轉(zhuǎn)動電機(jī)6可以是任何直流或定頻、變頻電機(jī)，最好是勻速轉(zhuǎn)動的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)動電機(jī)6每轉(zhuǎn)動一周的時間分成里N等分，進(jìn)行N次的數(shù)據(jù)采集，N最好是毛細(xì)管總數(shù)的五倍以上，因此也要求轉(zhuǎn)動編碼器7的分辨率最好是毛細(xì)管總數(shù)的五倍以上，以獲得每周每次對每根毛細(xì)管光吸收足夠的探測數(shù)據(jù)收集次數(shù)，該收集次數(shù)盡量保證在3以上，最后結(jié)果用該次數(shù)做平均。
[0020]轉(zhuǎn)動電機(jī)6的轉(zhuǎn)速(周/秒)最好是毛細(xì)管總數(shù)的3倍以上，以得到對所有毛細(xì)管的足夠多的探測點(diǎn)，保障在時間上的分辨率，這在毛細(xì)管有效長度較短、樣品分離時間較短的時候尤其重要。
[0021]光電探測器15和17可以是有效面積較大一些的光電二極管，也可以是光電倍增管，前者相對價格便宜，廣泛的使用在目前單根毛細(xì)管紫外光吸收探測器中，后者價格較貴，電路也更復(fù)雜，目前一般用在熒光探測器上，但鑒于陣列毛細(xì)管光吸收裝置中因為大量使用光纖等原因造成光的衰減較多，光電倍增管由于其高靈敏度，也不失為一種不錯的選擇。
[0022]本發(fā)明中使用的所有光纖應(yīng)該與光源相匹配，當(dāng)使用紫外光時，應(yīng)使用對紫外光傳輸衰減度低的光纖。同樣地，反射鏡的反射面也應(yīng)該有有相應(yīng)的材料或鍍層，以滿足對不同波長光的反射的要求。
[0023]單根光源入射光纖2應(yīng)該選擇芯直徑偏小的光纖，以提供直徑較小的近似點(diǎn)光源，在經(jīng)過凹面反射鏡5反射后會得到更小的聚焦光斑到達(dá)多根入射光纖組10的進(jìn)口端，相應(yīng)的多根入射光纖組10可以適當(dāng)選擇芯直徑較大一點(diǎn)的光纖，這種安排可以讓光盡可能多的進(jìn)入多根入射光纖組10。一般單根光源入射光纖2選用10um到50um芯子的光纖，而其余的選擇200um到600um芯子的光纖。
[0024]每根通過毛細(xì)管吸收后的光強(qiáng)與未通過毛細(xì)管吸收而直接測到的光強(qiáng)進(jìn)行對比而獲得每根毛細(xì)管樣品的光吸收率，以抵消由于光源不穩(wěn)定性帶來的誤差及基線漂移。
[0025]由于電機(jī)轉(zhuǎn)速塊，每周的采用速率高，所以對數(shù)據(jù)采集單元18及總控制和數(shù)據(jù)處理及傳輸單元19有較高的要求。實際應(yīng)用中可以放棄部分點(diǎn)的采樣，利用轉(zhuǎn)動編碼器7和轉(zhuǎn)動解碼器20以及總控制單元19可以事先校準(zhǔn)標(biāo)定多根入射光纖組10的每根的進(jìn)口端位置， 任何相鄰的兩根光纖的中間間隔部分可以略去而不進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，這就大大的減少了總采樣量，從而也會減少總計算量，在每段間隔的時間內(nèi)可以進(jìn)行對前面有效采集數(shù)據(jù)的處理和在工作站屏幕上的實時呈現(xiàn)。為了簡化電路設(shè)計和固話軟件的編程，入射光纖組的所有光纖應(yīng)該均勻的分布在圓周上，這樣是每一段間隔的時間相等，每一根光纖被照射的時間也相等，圖2顯示了 96根光纖和參考光纖一起均勻分布安裝的例子。
[0026]本發(fā)明的實施例用于說明技術(shù)方案，并不限定本專利申請保護(hù)的范圍，凡依本申請技術(shù)構(gòu)思所作出的等效改進(jìn)或發(fā)明，均被本專利申請所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，包括光源(1)、單根光源入射光纖(2)、單根光 源入射光纖軸心固連件(3)，其特征在于:取樣光電探測器(15)經(jīng)過多根接收光纖組(14)連 接到毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端(13)，毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器固定端(11)連接多根入射光纖組 (10)出口端，毛細(xì)管陣列(12)被固定于毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器瞄準(zhǔn)端(11)和瞄準(zhǔn)端的中間，多 根入射光纖組(10)前部固定在圓臺形固定器固定器(9)中，轉(zhuǎn)動電機(jī)(6)中軸上固定有凹面 反射鏡(5)，凹面反射鏡(5)與圓臺形固定器(9)相對，轉(zhuǎn)動電機(jī)(6)連接轉(zhuǎn)動編碼器(7);參 考光纖(16)—端連接光電探測器(17)，另一端連接光纖固定器(9)，電腦工作站(21)與總控 制與數(shù)據(jù)處理及傳輸(19)連接再與光源(1)相接，高速數(shù)據(jù)采集單元(18) —端連接總控制 和數(shù)據(jù)處理及傳輸(19)，另一頭分別連接取樣光電探測器(15)與參考光電探測器(17)，轉(zhuǎn) 動電機(jī)(6)和轉(zhuǎn)動編碼器(7)連接解碼器(20)后與總控制與數(shù)據(jù)處理及傳輸(19)連接;單根 光源入射光纖(2)的末端形成的點(diǎn)光源經(jīng)凹面鏡(5)反射聚焦到多根入射光纖組(10)的進(jìn) 口端，多根接收光纖組(13)在末端捆綁在一起讓經(jīng)過毛細(xì)管吸收后的光全部進(jìn)入取樣光電 探測器(15);光纖特定角度分布固定器(9)上某指定位置的單根毛細(xì)管不通過毛細(xì)管陣列 吸收而直接導(dǎo)入?yún)⒖脊怆娞綔y器(17)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，其特征是，所述的多根入 射光纖組(10)固定于圓臺形固定器(9)成圓錐形分布，凹面反射鏡(5)主軸與中心軸成一定 角度，保證能將沿軸的入射光(4)反射并聚焦到多根入射光纖組(10)的入口端。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，其特征是，所述的轉(zhuǎn)動電 機(jī)(6)可以是直流或定頻、變頻電機(jī)，或是勻速轉(zhuǎn)動的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，轉(zhuǎn)動電機(jī)的轉(zhuǎn) 速(周/秒)是毛細(xì)管總數(shù)的3倍以上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器，其特征是，轉(zhuǎn)動編碼器 (7)的分辨率是毛細(xì)管總數(shù)的3-10倍;所述的光電探測器(15、17)可以是有效面積較大的光電二極管，或是光電倍增管。5.權(quán)利要求1所述陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器的檢測方法，其特征是，所述的多 根入射光纖組和多根接收光纖組的位置一一對應(yīng)，陣列毛細(xì)管窗口對準(zhǔn)器確保在特定時間 里只有相對應(yīng)的某一組入射光纖和接收光纖有光通過，鄰近的光被完全隔離。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器的檢測方法，其特征是，所述 的所有光纖應(yīng)與光源相匹配，當(dāng)使用紫外光時應(yīng)使用對紫外光傳輸衰減度低的光纖，此要 求同樣適用于凹面反射鏡。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述陣列毛細(xì)管電泳儀的光吸收檢測器的檢測方法，其特征是，所述 的每根通過毛細(xì)管吸收后的光強(qiáng)與未通過毛細(xì)管吸收而直接測到的光強(qiáng)進(jìn)行對比而獲得 每根毛細(xì)管樣品的光吸收率，以抵消由于光源不穩(wěn)定性帶來的誤差及基線漂移。
【文檔編號】G01N21/84GK106018403SQ201610310645
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉馬禾
【申請人】劉馬禾