專(zhuān)利名稱(chēng)：基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置和方法， 屬于生物醫(yī)學(xué)中的光電檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景由于外部光源激發(fā)待檢測(cè)對(duì)象誘導(dǎo)出來(lái)熒光的檢測(cè)方式，對(duì)于生物、動(dòng) 物和人體的影響非常小，更重要的是熒光檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍和靈敏度越來(lái)越高 接近或者趕上放射性檢測(cè)，因此熒光檢測(cè)被廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)研究 和實(shí)際應(yīng)用之中，尤其是生物、動(dòng)物和人體等的活體實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域。經(jīng)典的多通道激發(fā)誘導(dǎo)熒光裝置和方法，利用一根輸入光纖和另一根輸 出光纖來(lái)傳輸光線，即利用一根輸入光纖，將光源的光傳輸照射反應(yīng)池，激 發(fā)生物樣品誘導(dǎo)出來(lái)熒光，再將誘導(dǎo)出來(lái)熒光通過(guò)另一根輸出光纖輸出投射 到光電探測(cè)器，進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于二維矩陣式多通道檢測(cè)，在一個(gè)平面上沿著X和Y方向二維移動(dòng)輸入光纖與輸出光纖掃描每一個(gè)通道完成多通道檢測(cè)。上述裝置中，利用光纖的柔韌性移動(dòng)光纖進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于二維矩陣式多 通道檢測(cè)，移動(dòng)光纖進(jìn)行X和Y二維運(yùn)動(dòng)，因此速度慢、定位及重復(fù)定位精 度差。速度慢，導(dǎo)致各個(gè)通道反應(yīng)在時(shí)間上存在差別；定位精度差，各個(gè)通 道的光照強(qiáng)度有差值，導(dǎo)致各個(gè)通道測(cè)量之間不精確；重復(fù)定位精度差，導(dǎo) 致單個(gè)通道的重復(fù)測(cè)量精度有差別。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光 裝置，改進(jìn)現(xiàn)有光學(xué)系統(tǒng)，即利用一組多路光纖作為輸入通道將外部激發(fā)光 引入照射樣品，同時(shí)又利用另一組多路光纖做輸出光路傳輸誘導(dǎo)出來(lái)的熒光。 驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)讓每路輸出光纖中的傳輸光依次 經(jīng)過(guò)圓盤(pán)上的開(kāi)孔，投射到光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)。這樣將X和Y方 向的二維平面運(yùn)動(dòng)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替，避免了光學(xué)系統(tǒng)的二維移動(dòng)，該裝 置具有機(jī)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服定位及重復(fù)定位精度差難題， 具有檢測(cè)精度高的優(yōu)點(diǎn)。一種基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置，依次包括光源、 入射耦合透鏡、輸入光纖、輸出光纖、輸出耦合透鏡，其特征在于輸入光纖為一組多路光纖，輸出光纖為一組多路光纖；所述的輸出光纖中傳輸出來(lái)的熒光通過(guò)輸出耦合透鏡變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光濾鏡(Emission Filter)或者分光裝置濾波或者分光的窄帶熒光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)， 驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；在熒光投射到圓盤(pán)處開(kāi)一個(gè)孔，投射光通過(guò)該孔后， 垂直入射到光電探測(cè)器，光電探測(cè)器連接計(jì)算機(jī)，完成一個(gè)通道的探測(cè)；驅(qū) 動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)使每路輸出光纖中傳輸?shù)臒晒庖来瓮ㄟ^(guò)開(kāi)孔(通道選通)進(jìn)行探 測(cè)，實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)。在光源、入射耦合透鏡之間還可以設(shè)置激發(fā)光濾鏡(Excitation Filter)或者 分光器， 一般用于發(fā)光二級(jí)管LED和鹵素?zé)舻葘捁庾V的光源，將光源發(fā)出的 光濾波或者分光成為單色光，具有探測(cè)背景噪聲小的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用上述基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置的方法，包括 以下步驟1、 打開(kāi)光源l預(yù)熱，直到發(fā)光穩(wěn)定；2、 光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)入射耦合透鏡3會(huì)聚，耦合進(jìn)入一組多路輸入 光纖4中、從輸入光纖4出來(lái)后照射反應(yīng)池中樣品5，激發(fā)樣品5 發(fā)出熒光；3、 激發(fā)樣品出來(lái)的熒光耦合進(jìn)入一組多路輸出光纖6中，從輸出光纖 6出來(lái)的熒光通過(guò)輸出耦合透鏡7變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光濾鏡或 者分光裝置8濾波或者分光的窄帶熒光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓 盤(pán)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；在熒光投射到圓盤(pán)處開(kāi)一個(gè)孔，投射 光通過(guò)該孔后，垂直入射到光電探測(cè)器9，光電探測(cè)器9進(jìn)行光電 轉(zhuǎn)換、放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)10 中顯示與處理，完成一個(gè)通道的探測(cè)；驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)使每路輸出光 纖中傳輸?shù)臒晒庖来瓮ㄟ^(guò)開(kāi)孔(通道選通)進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)多通道 檢測(cè)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)，使每路輸出光纖中傳輸?shù)?熒光依次通過(guò)圓盤(pán)上的開(kāi)孔，投射到光電探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)。這樣將X 和Y方向的二維平面運(yùn)動(dòng)由一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替，該裝置具有機(jī)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 速度快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服定位及重復(fù)定位精度差難題，具有檢測(cè)精度高的優(yōu) 占。乂、、、 0


圖1為本發(fā)明的單通道檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為本發(fā)明基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式96通道激發(fā)熒光裝置的示意具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，詳細(xì)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。 實(shí)施例對(duì)于如圖1所示的單通道檢測(cè)裝置，光源1發(fā)出的光經(jīng)過(guò)激發(fā)光濾鏡2 變成單色光，再經(jīng)過(guò)入射耦合透鏡3會(huì)聚，耦合進(jìn)入一組多路輸入光纖4里 的一根光纖中、單色光從輸入光纖4出來(lái)后照射反應(yīng)池中樣品5，激發(fā)樣品5 發(fā)出熒光；激發(fā)出來(lái)的熒光直接耦合進(jìn)入一組多路輸出光纖6里的一根光纖 中，從輸出光纖6出來(lái)的熒光通過(guò)輸出耦合透鏡7變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光 濾鏡8濾波的窄帶熒光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋 轉(zhuǎn)；在熒光投射到圓盤(pán)處開(kāi)一個(gè)孔，投射熒光通過(guò)該孔后，垂直入射到光電 探測(cè)器9，光電探測(cè)器9進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的數(shù) 字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)10中顯示與處理，完成一個(gè)通道的探測(cè)。對(duì)于如圖2所示的基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式96通道激發(fā)熒光裝置，光 源1發(fā)出的光，經(jīng)過(guò)激發(fā)光濾鏡或者分光器2變成單色光，再經(jīng)過(guò)入射耦合 透鏡3會(huì)聚，耦合迸入一組多路輸入光纖4中、單色光從輸入光纖4出來(lái)后 照射反應(yīng)池中樣品5，激發(fā)樣品5發(fā)出熒光，激發(fā)出來(lái)的熒光直接耦合進(jìn)入一 組多路輸出光纖6中，輸出光纖6的輸出端放置在一個(gè)圓周上；從輸出光纖6 出來(lái)的熒光通過(guò)輸出耦合透鏡7變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光濾鏡8濾波的窄帶 熒光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；在熒光投射到 圓盤(pán)處開(kāi)一個(gè)孔，投射熒光通過(guò)該孔后，垂直入射到與旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)固定連接的 光電探測(cè)器9，光電探測(cè)器9進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、濾波與模數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后 的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)10中顯示與處理，完成一個(gè)通道的探測(cè)；驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)旋 轉(zhuǎn)使每路輸出光纖中傳輸?shù)臒晒庖来瓮ㄟ^(guò)開(kāi)孔(通道選通)進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn) 多通道檢測(cè)(為了突出重點(diǎn)圖中一些器件沒(méi)有標(biāo)明)。
入射耦合透鏡3為每路輸入光纖4之前設(shè)有一個(gè)透鏡，透鏡可以是普通
的分離透鏡；透鏡可以是制作在每路輸入光纖4端面上。
輸出耦合透鏡7可以為一個(gè)或者每路輸出光纖6之前設(shè)有一個(gè)透鏡。設(shè) 有一個(gè)輸出耦合透鏡時(shí)，每路輸出光纖6放置在該透鏡的前焦平面上。每路 輸出光纖6之前設(shè)有一個(gè)輸出耦合透鏡時(shí)，每路輸出光纖6放置在每個(gè)輸出 耦合透鏡的前焦平面上，透鏡可以是普通的分離透鏡；透鏡可以是制作在每 路輸出光纖6前焦平面上。
一般來(lái)講利用X和Y方向的二維平面運(yùn)動(dòng)， 一次96孔熒光檢測(cè)時(shí)間在3 秒鐘，而由一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)代替X和Y方向的二維平面運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)非常容 易控制轉(zhuǎn)速1000轉(zhuǎn)/秒的電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)運(yùn)動(dòng)， 一次96孔熒光檢測(cè)時(shí)間在0.001 秒鐘。
權(quán)利要求
1、一種基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置，依次包括光源(1)、入射耦合透鏡(3)、輸入光纖(4)、輸出光纖(6)、輸出耦合透鏡(7)，其特征在于輸入光纖(4)為一組多路輸出光纖，輸出光纖(6)為一組多路輸出光纖；輸出耦合透鏡(7)之后還依次包括釋放光濾鏡或者分光裝置(8)、光電探測(cè)器(9)連接計(jì)算機(jī)(10)；所述的輸出光纖(6)出來(lái)的熒光通過(guò)輸出耦合透鏡(7)變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光濾鏡或者分光裝置(8)濾波或者分光的窄帶熒光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；在熒光投射到圓盤(pán)處開(kāi)一個(gè)孔，投射光通過(guò)該孔后，垂直入射到光電探測(cè)器(9)，光電探測(cè)器(9)連接計(jì)算機(jī)(10)，完成一個(gè)通道的探測(cè)；驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)使每路輸出光纖中傳輸?shù)臒晒庖来瓮ㄟ^(guò)開(kāi)孔進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝 置，其特征在于在光源(1)、入射耦合透鏡(3)之間還可以設(shè)置激發(fā)光濾 鏡或者分光器(2)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝 置，其特征在于所述的入射耦合透鏡(3)為每路輸入光纖(4)之前設(shè)有 一個(gè)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝 置，其特征在于所述的輸出耦合透鏡(7)為一個(gè)或者每路輸出光纖(6) 之前設(shè)有一個(gè)。
5、 應(yīng)用權(quán)利要求1所述的基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置的方法，其特征在于，包括以下步驟1) 打開(kāi)光源(1)預(yù)熱，直到發(fā)光穩(wěn)定；2) 光源(1)發(fā)出的光經(jīng)過(guò)入射耦合透鏡(3)會(huì)聚，耦合進(jìn)入一組多路 輸入光纖(4)、從輸入光纖(4)出來(lái)后照射反應(yīng)池中樣品(5)，激發(fā)樣品(5) 發(fā)出熒光；3) 激發(fā)樣品出來(lái)的熒光耦合進(jìn)入一組多路輸出光纖(6)中，從傳輸光 纖(6)出來(lái)的熒光通過(guò)輸出耦合透鏡(7)變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光濾鏡或 者分光裝置(8)濾波或者分光的窄帶熒光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)，驅(qū) 動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；在熒光投射到圓盤(pán)處開(kāi)一個(gè)孔，投射光通過(guò)該孔后， 垂直入射到光電探測(cè)器(9)，光電探測(cè)器(9)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、放大、濾波與 模數(shù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化后的數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)(10)中顯示與處理，完成一個(gè)通 道的探測(cè)；驅(qū)動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)讓每路輸出光纖中的熒光依次通過(guò)開(kāi)孔進(jìn)行探測(cè)，
全文摘要
一種基于輸入輸出光纖的旋轉(zhuǎn)式多通道激發(fā)熒光裝置和方法屬于光電檢測(cè)領(lǐng)域。該裝置依次包括光源(1)、入射耦合透鏡(3)、輸入光纖(4)、輸出光纖(6)、輸出耦合透鏡(7)，特征在于輸入光纖為一組多路輸出光纖，輸出光纖為一組多路輸出光纖；輸出耦合透鏡之后還包括釋放光濾鏡或者分光裝置(8)、光電探測(cè)器(9)連接計(jì)算機(jī)(10)；輸出光纖出來(lái)的光通過(guò)輸出耦合透鏡變成平行光，經(jīng)過(guò)釋放光濾鏡或者分光裝置的光全部投射到一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)；在該圓盤(pán)的光投射處開(kāi)孔，投射光通過(guò)該孔后，垂直入射到光電探測(cè)器，光電探測(cè)器連接計(jì)算機(jī)，完成一次探測(cè)；圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)依次讓每路光纖中的光通過(guò)開(kāi)孔進(jìn)行探測(cè)，實(shí)現(xiàn)多通道檢測(cè)。本發(fā)明機(jī)電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度快，檢測(cè)精度高。
文檔編號(hào)G01N21/64GK101158645SQ20071017746
公開(kāi)日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者馮繼宏, 劉長(zhǎng)波, 蘭 張, 張清悅, 毅 曾, 耿利娜 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)