專利名稱：光測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量試樣受激勵(lì)光照射而發(fā)出的熒光或磷光的裝置，特別涉及一種能獲得高探測(cè)靈敏度和高信噪比的熒光和磷光測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
一種熒光和磷光測(cè)量裝置利用觀察到的現(xiàn)象，即當(dāng)如激勵(lì)燈或激光器的激勵(lì)光照射到被測(cè)試樣時(shí)，發(fā)出的光波長(zhǎng)與照射的激勵(lì)光波長(zhǎng)不同，從而來(lái)探測(cè)被測(cè)物品中的目標(biāo)分量。
在實(shí)際的測(cè)量裝置中，測(cè)量來(lái)自試樣的目標(biāo)發(fā)出的光時(shí)，由于激勵(lì)光照射至試樣容器、存在的透鏡和濾光器，故除了測(cè)得目標(biāo)發(fā)出的光之外，還測(cè)得其他輻射的光、熒光、或磷光，故測(cè)得的信噪比就降低。
此外，在照射光的正面測(cè)量光時(shí)，激勵(lì)光的余輝進(jìn)入光測(cè)量器件，信噪比也會(huì)同樣降低，即分析和測(cè)量不是來(lái)自試樣的熒光或磷光(后稱測(cè)量干涉光)，如同被測(cè)物品包括在試樣中，然而被測(cè)物品并非本來(lái)就包括在試樣中，這樣作出不正確的判斷。
此外，散射光或測(cè)量干涉光的密度是變化的，結(jié)果，應(yīng)用的分析測(cè)量方法或測(cè)量裝置的最低探測(cè)極限顯著地降低。
一般為了減少由燈、激光器、存在的透鏡和濾光器或試樣容器產(chǎn)生的散射光，或干涉光對(duì)測(cè)量的干擾，對(duì)熒光事先作了分析，選擇一種具有較小測(cè)量干涉光的原料作為材料使用，通過(guò)把材料做薄，或在材料表面加以涂復(fù)，可減少材料用量。
還研究電壓、形狀和氣壓，并改進(jìn)燈和激光器，致使在照射結(jié)束后余輝可盡可能地小。就光測(cè)量方法而言，除了透射表面熒光測(cè)量方法之外，即激勵(lì)光照射方向和光測(cè)量方向是一致的，還可適當(dāng)?shù)厥褂脗?cè)面熒光測(cè)量方法，即方向不一致，探測(cè)單元不直接接受來(lái)自燈和激光器的光，和照射表面熒光測(cè)量方法等。
由于開(kāi)發(fā)一種磷光體和發(fā)光體，激勵(lì)光波長(zhǎng)和熒光或磷光波長(zhǎng)之間的不同，即所謂的“斯托克斯頻移”增加，并安裝波長(zhǎng)選擇濾光器，就可避免探測(cè)到波長(zhǎng)相鄰于激勵(lì)光波長(zhǎng)的光。
此外，現(xiàn)已研究一種時(shí)間分辨測(cè)量方法，使用一種具有長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)輻射熒光和磷光的發(fā)光體，并在不同于激勵(lì)光照射時(shí)間的期間測(cè)量熒光或磷光。
近年來(lái)，特別是使用稀土元素的發(fā)光體(Lantanoide)的開(kāi)發(fā)又進(jìn)了一步，稀土元素如具有長(zhǎng)斯托克斯頻移和長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)發(fā)光的銪，并且對(duì)被測(cè)物品加以標(biāo)識(shí)和進(jìn)行分析測(cè)量的方法也有了改進(jìn)。
然而，在各種方法中，散射光或干涉光干擾測(cè)量還不能被有效地減小，故不可避來(lái)自試樣以外其他物品的干涉光。
在時(shí)間分辨熒光測(cè)量方法中，光測(cè)量裝置不接受激勵(lì)光，因此，正常的方法是把熒光測(cè)量的時(shí)間設(shè)定在激勵(lì)光斷開(kāi)的時(shí)間。例如，一般方法是打開(kāi)1000Hz的閃光燈0.01ms，在燈打開(kāi)后的0.4ms和0.8ms之間測(cè)量，在1ms周期內(nèi)測(cè)量光，計(jì)算1秒鐘的光量，并顯示數(shù)據(jù)。
在熒光測(cè)量裝置或磷光測(cè)量裝置中，使用鎢燈、水銀燈、氬氣燈、氖閃光燈、氮?dú)饧す馄骰驓鍤饧す馄鞯茸鳛楣庠?。為了防止目?biāo)發(fā)出的光以外的光照射至試樣，使用一種光屏蔽板或光路阻斷板(以下稱為截光器)。
在圓狀黑色板四周設(shè)以固定尺寸的空隙，黑板是旋轉(zhuǎn)的，光源發(fā)生的激勵(lì)光只能通過(guò)此空隙，這樣激勵(lì)光可以固定時(shí)間間隔照射至試樣上。
在光源方面，當(dāng)燈關(guān)上時(shí)，光并非馬上就消失，光源中心部分過(guò)一段時(shí)間才減小光，因此即使電壓斷開(kāi)，光源一般還發(fā)出光。有時(shí)電壓斷開(kāi)后的余輝使透鏡、濾光器、試樣或光源的試樣容器或探測(cè)單元等都會(huì)發(fā)光，這樣在測(cè)量時(shí)引致噪聲和背景增加。
此外，余輝的波長(zhǎng)不同于光源輻射光的原來(lái)波長(zhǎng)，所以把激勵(lì)光與熒光或磷光在波長(zhǎng)上分開(kāi)時(shí)，余輝具有與熒光或磷光波長(zhǎng)相同的或相接近的波長(zhǎng)，這樣引致測(cè)量時(shí)噪聲增加。為了去除光源的余輝，可這樣設(shè)置，即在光源電源斷開(kāi)的同時(shí)或斷開(kāi)之前，由截光器完全阻斷。
在時(shí)間分辨熒光測(cè)量方法中，激勵(lì)光對(duì)試樣的照射時(shí)間和測(cè)量試樣輻射的熒光或磷光的時(shí)間相互不同，這樣可減少由激勵(lì)光所形成的測(cè)量噪聲，并提高測(cè)量靈敏度。
為了減少前述的噪聲或背景，把截光器放在試樣或光源的透鏡和濾光器之前，防止目標(biāo)光以外的光照射至試樣上。截光器的阻斷行動(dòng)和電源開(kāi)或關(guān)是同步的。
此外，接受光源輻射的光的透鏡、濾光器或反射鏡會(huì)使光散射。散射光最好不要照射至試樣。為了防止電源斷開(kāi)后的余輝照射至試樣上，在連通燈和試樣的光路上安置截光器，來(lái)屏蔽由光源實(shí)際輻射的必要光以外的光。
這樣做，當(dāng)燈斷開(kāi)時(shí)，就可防止不必要的光照射到試樣上，而試樣只有在接受目標(biāo)能量時(shí)才發(fā)出熒光或磷光。
同樣，安裝一實(shí)體閥門或在試樣之后設(shè)置一電路斷路器，可防止激勵(lì)光照射至類似光電倍增管的光量探測(cè)器上。這樣做，由激勵(lì)光形成的噪聲得以減少，在激光光照射后輻射的光源余輝和來(lái)自透鏡、濾光器、反射鏡或試樣支架的余輝或散射光就可消除。
就使用截光器的時(shí)間分辨熒光探測(cè)方法而言，已知此技術(shù)已揭示于日本公開(kāi)專利出版物No.Hei 10-267844。此技術(shù)使用第一截光器將要進(jìn)入試樣的光轉(zhuǎn)換成脈沖光，使用激勵(lì)光光源作為持續(xù)光源，并使用第二截光器只探測(cè)試樣發(fā)出光中的目標(biāo)熒光或磷光。使用此法可有效地去除光源的余輝，來(lái)自透鏡、濾光器、反射鏡或試樣支架的余輝或散射光。

發(fā)明內(nèi)容
在日本公開(kāi)專利出版物NO.Hei 10-267844(1998)中揭示的技術(shù)必須分開(kāi)安裝兩只截光器，并用PLL電路來(lái)控制它們使之同步，所以裝置必然復(fù)雜，成本增加。
本發(fā)明目的是提供一種熒光和磷光測(cè)量裝置，即截光器插入于從光源至探測(cè)單元的光路上的許多部分中，且只能有效地測(cè)量從試樣上輻射的熒光和磷光，截光器減少至1個(gè)，這樣由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單引起的麻煩很少，價(jià)格也低，卻取得高測(cè)量靈敏度和高信噪比。
在本發(fā)明的熒光測(cè)量裝置或磷光測(cè)量裝置中，在分析和測(cè)量試樣時(shí)，從光源發(fā)出的激勵(lì)光至試樣的光路和由試樣輻射的熒光或磷光至光量探測(cè)單元的光路分別通過(guò)使用1塊光屏蔽板加以阻斷。
當(dāng)激勵(lì)光和探測(cè)二方面的光路都阻斷時(shí)，激光光光源不需要經(jīng)常閃光(重復(fù)地開(kāi)和關(guān))或產(chǎn)生脈沖光，并且可保持連續(xù)。這樣，照射至試樣的光量增加或減少可由環(huán)形截光器通過(guò)使光通過(guò)的空隙大小和圓盤旋轉(zhuǎn)速度來(lái)加以控制。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的熒光和磷光測(cè)量裝置的光學(xué)系統(tǒng)示意圖。
圖2是未使用本發(fā)明裝置的計(jì)時(shí)圖例。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的針時(shí)圖例。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的截光器示意圖。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的由光源發(fā)生的激勵(lì)光光路圖。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的由光源發(fā)生的熒光或磷光光路圖。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明隨著由試樣發(fā)生的銪磷光時(shí)間而變化的和在測(cè)量時(shí)隨著背景噪聲時(shí)間而變化的實(shí)例圖。
圖8示出本發(fā)明的縫隙、光屏蔽件和光路之間的關(guān)系詳細(xì)圖。
具體實(shí)施例方式
激光器件的進(jìn)步和視頻處理技術(shù)的提高如，CCD攝像機(jī)、光二極管陣列、光電倍增器等都是十分顯著的。又，應(yīng)用微芯片或微器件的超微分析技術(shù)對(duì)由生物體如基因和蛋白質(zhì)形成的物質(zhì)的應(yīng)用正在取得巨大進(jìn)步。
當(dāng)由微器件進(jìn)行試樣分析測(cè)量時(shí)，在管狀或空心容器中的試樣由激光器的激勵(lì)光所照射，發(fā)出的熒光或磷光易于由光測(cè)量器件進(jìn)行光測(cè)量，或作為CCD攝像機(jī)的圖像被捕獲，在數(shù)據(jù)處理后，測(cè)量值顯示出來(lái)，并用此值分析試樣。
眾所周知，透鏡或?yàn)V光器由于光的照射而發(fā)出熒光或磷光。激勵(lì)光最好不要到達(dá)探測(cè)單元的透鏡或?yàn)V光器。當(dāng)有必要進(jìn)行光的反射(光路改變)、聚焦或散射時(shí)，使用反射鏡。據(jù)說(shuō)鋁金屬材料的反光鏡不會(huì)發(fā)出熒光和磷光。
本發(fā)明的熒光或磷光測(cè)量裝置的實(shí)例將于下面詳述，并參照?qǐng)D1至圖7。
實(shí)例1圖1示出本發(fā)明實(shí)例的系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖。光源1可以是如氙閃光燈的脈沖生成光源，來(lái)自光源1的光由透鏡系統(tǒng)2加以聚焦，通過(guò)選擇濾光器3，只取出激勵(lì)用的波長(zhǎng)分量，然后由諸如二向色鏡的聚焦鏡4聚焦，并照射至分布于如小平板的試樣容器5上的試樣6。
來(lái)自試樣6的熒光或磷光由聚焦鏡7聚焦在相對(duì)的一側(cè)，短波長(zhǎng)的光即激勵(lì)光被去除，而熒光或磷光通過(guò)選擇波長(zhǎng)濾光器8，取出所需波長(zhǎng)的光，并通過(guò)透鏡系統(tǒng)9，通過(guò)諸如光電倍增管的探測(cè)器及其電路轉(zhuǎn)換為光量。
馬達(dá)11和截光器片12以后再述。這兒，當(dāng)使用銪和配基及其合成物或標(biāo)定的蛋白質(zhì)作為試樣時(shí)，激勵(lì)波長(zhǎng)為約340nm，被探測(cè)的熒光或磷光波長(zhǎng)定為約615nm。
可以說(shuō)鋁金屬材料反射鏡不會(huì)發(fā)出熒光和磷光。
圖2示出該時(shí)間分辨熒光測(cè)量的計(jì)時(shí)圖實(shí)例。來(lái)自光源的脈沖輻射的激勵(lì)光，其周期很短，約0.01ms。由此光激勵(lì)的試樣發(fā)出的熒光和磷光如此設(shè)置，即在光源的激勵(lì)光開(kāi)始發(fā)射后延遲0.2至0.6ms的時(shí)間點(diǎn)上打開(kāi)光探測(cè)器的檢測(cè)門，然后測(cè)量約0.4至0.8ms，關(guān)上信號(hào)探測(cè)器的檢測(cè)門，移動(dòng)至下一個(gè)激勵(lì)光輻射時(shí)間。
在這情況下，當(dāng)被測(cè)的熒光或磷光處于高靈敏度時(shí)，透鏡系統(tǒng)或?yàn)V光器發(fā)出的熒光和磷光分量和光源的脈沖激勵(lì)結(jié)束后的余輝是不能忽視的，把它們作為測(cè)量噪聲來(lái)加以測(cè)量。
圖3示出本系統(tǒng)的測(cè)量計(jì)時(shí)示意圖。通過(guò)光源的激勵(lì)光，材料中固有的熒光和磷光經(jīng)常從透鏡系統(tǒng)29和濾光器38中輻射出來(lái)。此外，光源余輝所激勵(lì)的光和此光中的熒光和磷光是重迭在一起的。
因此根據(jù)本發(fā)明實(shí)例，為了解決上述問(wèn)題，在圖1所示的系統(tǒng)布局中安裝上馬達(dá)11和直接接至馬達(dá)軸上的截光器12。
截光器結(jié)構(gòu)如圖4所示。在光屏蔽板上安裝多對(duì)讓光通過(guò)光源和被測(cè)試樣之間光路的狹縫13和屏蔽被測(cè)試樣至探測(cè)器之間光路的光屏蔽件14，每對(duì)狹縫13和光屏蔽件14幾乎都安裝在圓形光屏蔽板的徑向，并位于徑向上的不同位置。
徑向上狹縫和光屏蔽件的定位關(guān)系可按光學(xué)系統(tǒng)的排列方法自由設(shè)定。此外，“幾乎在徑向上”指的是“幾乎在相同半徑上”，“幾乎”是指“不需要很嚴(yán)格地在相同半徑位置上”。
當(dāng)讓光通過(guò)光源和被測(cè)試樣之間的光路的狹縫13通過(guò)光的時(shí)間和屏蔽被測(cè)試樣和探測(cè)器之間的光路上的光的光屏蔽件14屏蔽光的時(shí)間相互是一致的，沒(méi)有絲毫差別，則本實(shí)例的效果是可實(shí)現(xiàn)的。
在附圖中，內(nèi)側(cè)的狹縫13插入光源一側(cè)的聚焦通路上，而外側(cè)的光屏蔽件14插入試樣至探測(cè)器之間的光路中，示于附圖(參見(jiàn)圖8)。圖3示出測(cè)量計(jì)時(shí)的示意圖。通過(guò)光源的計(jì)時(shí)脈沖產(chǎn)生可畫出如圖3所示的計(jì)時(shí)圖。
在光源1照射試樣6的期間，截光器阻斷試樣6至光探測(cè)器10的光路，不把光引向光探測(cè)器10。此外，截光器的結(jié)構(gòu)在試樣6的光被引向探測(cè)器10的期間，可阻止光源1的光照射至試樣上。
此外，當(dāng)截光器高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，可縮短重復(fù)的測(cè)量時(shí)間。此外，用于激勵(lì)光的狹縫的打開(kāi)時(shí)間可有效地縮短，即使光源使用連續(xù)光，也可實(shí)現(xiàn)脈沖激勵(lì)。又，當(dāng)使用諸如閃光燈的脈沖光源作為光源時(shí)，如果狹縫在激勵(lì)光通過(guò)光路時(shí)觸發(fā)脈沖光源，則脈沖光源可以同樣方法進(jìn)行。在這情況下，通過(guò)狹縫必須加以監(jiān)控，可使用光電耦合器(圖中未示出)。
實(shí)例2圖5示出，當(dāng)激勵(lì)光光源至試樣的光路打開(kāi)時(shí)，而試樣至探測(cè)單元的熒光或磷光的光路阻斷時(shí)，光源中發(fā)射出來(lái)的光的光路。還發(fā)現(xiàn)光不會(huì)到達(dá)探測(cè)單元的透鏡和濾光器，故這些部件不會(huì)產(chǎn)生不需要的散射光和熒光或磷光。
圖6示出，當(dāng)激勵(lì)光光源至試樣的光路阻斷時(shí)，而試樣至探測(cè)單元的熒光或磷光的光路打開(kāi)時(shí)，試樣產(chǎn)生的光的光路。還發(fā)現(xiàn)，來(lái)自試樣的熒光或磷光由光探測(cè)器捕獲，而光源的激勵(lì)光或散射光并不到達(dá)探測(cè)單元。
本發(fā)明的背景降低效應(yīng)于圖7示意圖。符號(hào)A指出，借助于適合于銪的復(fù)合物標(biāo)以銪及其配基的試樣用作蛋白質(zhì)時(shí)，由氙閃光燈激勵(lì)的試樣發(fā)出磷光。雖然磷光的半衰期比較長(zhǎng)，但磷光也隨著時(shí)間衰退。符號(hào)B指出，未使用本發(fā)明和不使用截光器時(shí)的背景噪聲的衰退。
在氙閃光燈閃爍以后，測(cè)得的光量突然衰退，雖然還有雜散光，如由于關(guān)閉光源之后余輝或激勵(lì)光的照射而產(chǎn)生的試樣以外透鏡和濾光器發(fā)射的光，雖然很小，但這種背景噪聲也探測(cè)出來(lái)。符號(hào)C指出使用本發(fā)明時(shí)背景噪聲的衰退。
不必要的光不照射至光探測(cè)器的透鏡和濾光器，光探測(cè)器就不會(huì)捕獲到來(lái)自激勵(lì)光側(cè)的透鏡和濾光器的余輝、散射光和雜散光，由它們形成的熒光或磷光也探測(cè)不出了。
就以0.4ms至0.8ms時(shí)間測(cè)得的光量而言，值(由A獲得的光量)/(由C獲得的光量)大于值(由A獲得的光量)/(由B獲得的光量)，人們發(fā)現(xiàn)，信噪比大大提高了。
(1)根據(jù)本發(fā)明，熒光測(cè)量裝置和磷光測(cè)量裝置的噪聲減少了，并且由此裝置或試樣容器形成的背景噪聲也減少了，結(jié)果，測(cè)量時(shí)的信噪比提高，較低的探測(cè)限制或測(cè)量靈敏度都得到了提高。
(2)根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)熒光測(cè)量裝置和磷光測(cè)量裝置的1只截光器，光源至試樣和試樣至光探測(cè)器的二條光路都可加以阻斷。提供一種成本低、可靠性高的裝置。
(3)根據(jù)本發(fā)明，采用時(shí)間分辨熒光測(cè)量方法、或熒光或磷光測(cè)量方法，激勵(lì)光源可使測(cè)量由連續(xù)光進(jìn)行，不需要燈或激光的脈沖閃爍。
(4)根據(jù)本發(fā)明，熒光測(cè)量裝置和磷光測(cè)量裝置的光屏蔽機(jī)構(gòu)之間的光路上不使用透鏡或?yàn)V光器，可以也消除了由它們所形成的熒光或磷光。結(jié)果，裝置本身或試樣容器形成的背景降低了，噪聲也降低了，更為甚者，裝置的較低探測(cè)限制或測(cè)量靈敏度都得以提高。
權(quán)利要求
1.一種光測(cè)量裝置，其特征在于，它包括光源從所述光源發(fā)出的光中選擇、取出和聚焦測(cè)量所需波長(zhǎng)的光的光學(xué)系統(tǒng)；把所述聚焦光照射到被測(cè)試樣并探測(cè)所述試樣發(fā)出的熒光和磷光的探測(cè)器；和至少一個(gè)光路屏蔽機(jī)構(gòu)，分別安裝在所述光源和所述被測(cè)試樣之間的光路上以及所述被測(cè)試樣和所述探測(cè)器之間的光路上，其中所述多個(gè)光路阻斷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)通過(guò)一塊共用的光屏蔽板阻斷所述光路。
2.如權(quán)利要求1所述的熒光和磷光測(cè)量裝置，其特征在于所述光源是一種常開(kāi)光源，所述被測(cè)試樣和所述探測(cè)器之間的所述光路阻斷機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，使得在所述光源的光進(jìn)入所述被測(cè)試樣的時(shí)區(qū)內(nèi)阻斷所述光路，和所述光源和所述被測(cè)試樣之間的所述光路阻斷機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作，使得在所述被測(cè)試樣發(fā)出的熒光或磷光進(jìn)入所述探測(cè)器的時(shí)區(qū)內(nèi)阻斷所述光路。
3.如權(quán)利要求1所述的熒光和磷光測(cè)量裝置，其特征在于所述光源是一種產(chǎn)生脈沖的光源。
4.如權(quán)利要求1所述的熒光和磷光測(cè)量裝置，其特征在于所述共用的光屏蔽板是園形的，并安裝有用于使光通過(guò)所述光源和所述被測(cè)試樣之間光路的狹縫件，和用于屏蔽所述被測(cè)試樣和所述探測(cè)器之間光路上的光的光屏蔽件，所述狹縫件和光屏蔽件在所述光屏蔽板上是成對(duì)的。
5.如權(quán)利要求4所述的熒光和磷光測(cè)量裝置，其特征在于所述成對(duì)的狹縫件和光屏蔽件幾乎安裝在所述圓形光屏蔽板的徑向上，并位于所述徑向上的不同位置。
6.如權(quán)利要求1所述的熒光和磷光測(cè)量裝置，其特征在于在所述共用的光屏蔽板之間保持的所述光路上不采用由于激勵(lì)光照射而發(fā)出熒光和磷光的透鏡和濾光器，而采用反射鏡來(lái)反射所述光路或聚焦和散射光。
7.如權(quán)利要求1所述的熒光和磷光測(cè)量裝置，其特征在于在測(cè)量熒光或磷光時(shí)，在從燈或激光器至光量探測(cè)器的光路，以及從所述光源至所述試樣和從所述試樣至所述探測(cè)器的所述光路上，配合使用截光器板，并且在所述截光器板之間保持的光路上不用透鏡和濾光器，也不利用激勵(lì)光的照射，而使用反射鏡來(lái)反射所述光路或聚焦和散射光通路。
全文摘要
使用本熒光測(cè)量裝置或磷光測(cè)量裝置對(duì)試樣進(jìn)行分析測(cè)量時(shí)，從光源發(fā)出的激勵(lì)光至試樣的光路和由試樣發(fā)出的熒光或磷光至探測(cè)單元的光路都被阻斷。二條光路由一只截光器來(lái)阻斷。
文檔編號(hào)G01N21/25GK1432804SQ0214400
公開(kāi)日2003年7月30日 申請(qǐng)日期2002年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月16日
發(fā)明者齊藤充弘, 高橋智, 松本孝一 申請(qǐng)人:日立全球先端科技股份有限公司