本發(fā)明屬于光學(xué)儀器領(lǐng)域，涉及光譜儀器的制造、熒光檢測。

背景技術(shù)：

熒光儀是測量熒光光譜的一種儀器，光譜測試的原理大致是，利用色散元件將樣本的發(fā)光色散為譜線，收集各個(gè)譜線的光強(qiáng)，即可獲得樣本的發(fā)光光譜。該原理在紫外吸收光譜、拉曼光譜的測試中有較多的應(yīng)用。

在傳統(tǒng)的大型熒光儀中，通常在樣本和色散元件之間放置狹縫，將發(fā)散的光源變成細(xì)長的一列平行光，這樣可以減少不同位置射出的光導(dǎo)致的色散譜線重疊，從而提高光譜分辨率。在這種方式中，為了獲得盡可能高的分辨率，需要盡可能窄的狹縫寬度，現(xiàn)有光譜儀使用的狹縫寬度一般在幾十到幾百微米之間。然而，狹縫越窄，透光的光越少，檢測信號(hào)越弱，導(dǎo)致靈敏度的下降，同時(shí)，大量的樣本發(fā)光被擋在狹縫之外，造成了樣本的浪費(fèi)，不便于微量樣本的即時(shí)檢測（Point-of-care testing）。

隨著光譜儀微型化的發(fā)展，一些便攜式光譜儀的出現(xiàn)讓即時(shí)檢測成為可能（《光學(xué)技術(shù)》第29卷第1期，光譜儀的微型化及其應(yīng)用）。然而現(xiàn)有的微型光譜儀，大多通過光線耦合將外界光信號(hào)導(dǎo)入，許多沒有固定的樣品室或樣品架，這會(huì)導(dǎo)致不同的操作產(chǎn)生不同的結(jié)果，例如，樣品的位置、與光源或探測器的距離變化都會(huì)引起信號(hào)強(qiáng)弱的變化，不利于結(jié)果的定量分析。

為了實(shí)現(xiàn)微量樣本的定量分析，人們發(fā)展了基于微芯片分析方法（專利CN1285902C、CN101441177B、CN103604784B），固定了光源和探測器的相對(duì)位置，通過設(shè)計(jì)微型的進(jìn)樣通道以控制進(jìn)樣量，從而獲得可重復(fù)的熒光檢測結(jié)果。然而這種微芯片的制作成本較高，多次測試存在芯片污染的問題。因此，發(fā)展適用于微型光譜儀的廉價(jià)一次性耗材可解決上述問題。

毛細(xì)管在分析檢測領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其成本低廉，生產(chǎn)工藝成熟。毛細(xì)管可以通過液體的表面張力自動(dòng)吸取樣本，無需額外的進(jìn)樣裝置，而且用樣量少，適用于微量樣本的分析。為此，人們發(fā)展了一些測量毛細(xì)管樣本熒光的方法（專利CN100543460C、CN101271070B、CN101464411A、CN103134780B、CN104048918B）。然而一些方法依賴于大型的光纖光譜儀或激光器，不便于便攜式檢測，而另外一些儀器雖然實(shí)現(xiàn)了小型化（專利CN102279173B、CN103134780B），但是僅能夠檢測熒光強(qiáng)度，而不能獲得樣本的光譜信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)微量樣本的即時(shí)檢測，本發(fā)明充分利用毛細(xì)管作為樣本容器的優(yōu)勢，設(shè)計(jì)相關(guān)的微型熒光光譜儀。

本發(fā)明的微型毛細(xì)管熒光儀，包含光源、毛細(xì)管固定架、色散元件和探測器；其中，毛細(xì)管固定架上含有平行于毛細(xì)管的狹縫；將毛細(xì)管固定于毛細(xì)管架上，可以測量毛細(xì)管內(nèi)樣本的熒光光譜。

測量光路為：光源發(fā)出的光照射毛細(xì)管，毛細(xì)管內(nèi)樣本受激發(fā)發(fā)出的熒光經(jīng)過狹縫，再經(jīng)過色散元件，使熒光沿毛細(xì)管平行方向展開成不同顏色的光，最后到達(dá)探測器。

其中，色散元件選自棱鏡或光柵，探測器選自硅光電管陣列、CCD、CMOS傳感器。

優(yōu)選的，色散元件選自透射光柵或反射光柵；優(yōu)選的，光柵選自反射光柵，選自平面光柵、凹面光柵或全息光柵。

優(yōu)選的，光源為LED光源，探測器選自線陣CCD或CMOS傳感器。

優(yōu)選的，LED光源選自單色LED或者單色LED的組合。其中，當(dāng)光源為單色LED組合時(shí)，可以根據(jù)樣本的最適激發(fā)波長，通過電路控制選擇其中一種顏色的LED發(fā)光，以滿足不同樣本的測試需要。

這種將夾縫集成于毛細(xì)管架的方式，充分利用了毛細(xì)管細(xì)長的外形特點(diǎn)，節(jié)省了儀器空間，同時(shí)狹縫緊靠毛細(xì)管，增強(qiáng)了毛細(xì)管的出射光強(qiáng)，有利于增強(qiáng)檢測信號(hào)。

在具體的實(shí)施中，可分別采用兩種方式激發(fā)毛細(xì)管內(nèi)樣本發(fā)光：

第一種方式為，光源的激發(fā)光透過毛細(xì)管壁照射毛細(xì)管內(nèi)部的樣本，毛細(xì)管固定架上含有兩條平行于毛細(xì)管的狹縫，分別用于限制激發(fā)光和出射熒光的光路和寬度。

優(yōu)選的，光源緊貼毛細(xì)管的激發(fā)光狹縫。

優(yōu)選的，光源為線型的光源，平行于毛細(xì)管放置。

優(yōu)選的，光源一側(cè)有線性聚光元件，將光源的光會(huì)聚到狹縫處，優(yōu)選的，線性聚光元件選自線性菲涅爾透鏡。

第二種方式為，光源的激發(fā)光照射毛細(xì)管末端，通過波導(dǎo)原理沿著毛細(xì)管壁傳播至樣本處，激發(fā)樣本發(fā)熒光。相對(duì)于第一種方式，第二種方式降低了背景雜散光的干擾。

優(yōu)選的，光源一側(cè)有聚光元件，將光源的光會(huì)聚到毛細(xì)管末端。

在一些優(yōu)選方案中，可以增加線性聚光元件，將毛細(xì)管軸向的散射熒光會(huì)聚到一起集中測量，以增強(qiáng)檢測信號(hào)。該線性聚光元件可以位于色散元件和探測器之間，或者位于熒光出射狹縫和色散元件之間。

其中，將線性聚光元件置于色散元件和探測器之間，可以將色散后的熒光譜線按各自的波長會(huì)聚于探測器上；將線性聚光元件置于熒光出射狹縫和色散元件之間，可以將射出狹縫的熒光沿著毛細(xì)管軸向壓縮后，再色散成譜線，這樣還可以減小色散元件的體積。

在一些優(yōu)選方案中，可以在狹縫和色散元件之間增加準(zhǔn)直元件，將透過狹縫的熒光轉(zhuǎn)為平行光，以增加光譜分辨率。準(zhǔn)直元件選自凸透鏡或凹面反光鏡。

在一些優(yōu)選方案中，可以增加反光元件，以增強(qiáng)熒光信號(hào)。

在毛細(xì)管熒光向狹縫出射的反方向，含有反光元件，可將與狹縫相反方向的熒光反射至狹縫處，所用的反光元件選自反光鏡、直角棱鏡、直角椎棱鏡。

在光源照射毛細(xì)管的透光方向，含有反光元件，可將透過毛細(xì)管的激發(fā)光反射至毛細(xì)管處，所用的反光元件選自反光鏡、直角棱鏡、直角椎棱鏡。

為了減少外界對(duì)儀器內(nèi)部零部件的污染，可以用一層透明介質(zhì)將毛細(xì)管架的空間與儀器內(nèi)部隔離，所采用的透明介質(zhì)選自石英、玻璃或塑料。

在上述發(fā)明的基礎(chǔ)上，可以根據(jù)具體的實(shí)際需要，在光路上添加其它的光學(xué)元件，這些光學(xué)元件選自聚光透鏡、反光聚光鏡、反光鏡、狹縫、濾光膜、濾光片、棱鏡、光柵、透鏡等。這些光學(xué)元件的添加不改變本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)涵，可達(dá)到可以預(yù)料的檢測效果。

本發(fā)明的熒光儀的毛細(xì)管架可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成可以放置不同形狀的毛細(xì)管，包括圓形毛細(xì)管、方形毛細(xì)管等。毛細(xì)管的材料可選自玻璃、石英、塑料或有機(jī)無機(jī)復(fù)合材料等。

本發(fā)明充分發(fā)揮了毛細(xì)管以下一些優(yōu)勢：

（1）成本低，體積小，取樣量少，可以自動(dòng)吸取液體，操作方便，可作為一次性使用，便于即時(shí)檢測；

（2）毛細(xì)管內(nèi)徑可以做到0.1毫米以下，與光譜儀所用的狹縫寬度相當(dāng)，樣本在毛細(xì)管中呈柱狀，將色散元件的狹縫緊貼毛細(xì)管，既減少了樣本發(fā)光散射損失，又可節(jié)省儀器體積；

（3）在毛細(xì)管內(nèi)徑一致的條件下，增加取樣量，即增加毛細(xì)管內(nèi)樣本的長度，擴(kuò)大狹縫長度，在不降低光譜分辨率的條件下，可以增加光的透過量，從而成倍提高檢測的信號(hào)強(qiáng)度；

（4）毛細(xì)管壁可以用于波導(dǎo)，利用波導(dǎo)將光源的激發(fā)光傳遞至毛細(xì)管內(nèi)的樣本處，可以降低光源散色光的干擾，提高檢測的信噪比。

本發(fā)明的熒光儀體積小，便于攜帶，結(jié)合現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)技術(shù)，可以通過數(shù)據(jù)線、wifi、藍(lán)牙等方式與手機(jī)連接，適用于即時(shí)檢測。相對(duì)于現(xiàn)有的手機(jī)測光譜的方法和其它微型光譜儀，本發(fā)明的熒光儀，對(duì)樣本需求量少，可以同時(shí)測量熒光強(qiáng)度和熒光光譜。此外，由于具有固定的毛細(xì)管架，并集成了光源和探測器，并且各零部件的位置相對(duì)固定，因而，減少了人為操作的不確定性，避免了不同型號(hào)手機(jī)的差異，使檢測結(jié)果易于重復(fù)，并可實(shí)現(xiàn)定量分析。

相對(duì)于基于微流控芯片的微型熒光儀，本發(fā)明的熒光儀采用毛細(xì)管取樣，廉價(jià)易得，無需復(fù)雜的加工，由于毛細(xì)管是一次性使用，因而降低了儀器污染。

本發(fā)明的熒光儀可以用于熒光物質(zhì)的直接測量，也可以用于組合物的熒光測量，并用于相關(guān)的熒光分析。

結(jié)合熒光探針技術(shù)，本發(fā)明的熒光儀可以用于探針靶標(biāo)的檢測。

檢測方法和原理如下：通過物理吸附或共價(jià)修飾，使毛細(xì)管內(nèi)壁附著一層熒光探針，當(dāng)樣本中含有靶標(biāo)分子時(shí)，使用該毛細(xì)管吸取樣本，樣本的靶標(biāo)分子與熒光探針結(jié)合或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而通過熒光強(qiáng)弱或光譜來判斷靶標(biāo)分子的存在。

附圖說明

圖1為一種毛細(xì)管熒光儀的示意圖；其中，101為線性光源，102為狹縫，103為毛細(xì)管，104為樣本，105為直角三棱鏡，106為狹縫，107為三棱鏡，108為線性聚光透鏡，109為探測器。

圖2為一種毛細(xì)管熒光儀的示意圖；其中，201為毛細(xì)管，202為樣本，203為直角三棱鏡，204為狹縫，205為線性聚光透鏡，206為光柵，207為探測器。

圖3為一種毛細(xì)管熒光儀的示意圖；其中，301為線性光源，302為狹縫，303為毛細(xì)管，304為樣本，305為狹縫，306為準(zhǔn)直反射鏡，307為凹面光柵，308為探測器。

圖4為毛細(xì)管熒光儀連接手機(jī)的示意圖；其中，01為毛細(xì)管，02為毛細(xì)管熒光儀，03為手機(jī)。

具體實(shí)施方式

為了說明本發(fā)明的原理以及其優(yōu)勢，下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，其目的在于幫助更好的理解本發(fā)明的內(nèi)容，但這些具體實(shí)施方案不以任何方式限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。 在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)具體情況實(shí)施最合適的方案。

實(shí)施實(shí)例1 一種毛細(xì)管熒光儀的構(gòu)造

線性光源101發(fā)出的激發(fā)光通過狹縫102照射毛細(xì)管103內(nèi)的樣本104，一部分激發(fā)光通過直角三棱鏡反射至毛細(xì)管103處，樣本104的熒光通過狹縫106，再經(jīng)過三棱鏡107散射后分成不同顏色的光，再經(jīng)過線性聚光透鏡108會(huì)聚到探測器109上。

其中毛細(xì)管103與狹縫102平行，便于入射光盡可能多的照到毛細(xì)管上；激發(fā)更多的樣本發(fā)光，狹縫106與毛細(xì)管103平行，便于熒光盡可能多的射出。

其中，直角三棱鏡105起增加激發(fā)光強(qiáng)度的作用，線性聚光透鏡108使色散后的譜線沿著毛細(xì)管軸向集中到探測器上，可增強(qiáng)探測器收集的熒光信號(hào)。當(dāng)樣本熒光足夠強(qiáng)的情況下，這兩處的光學(xué)元件可以省去。

在上述方案的一種優(yōu)選方案中，可以增加色散棱鏡的數(shù)量，以增加色散效果，提高光譜分辨率。

在上述方案的一種優(yōu)選方案中，可以在光源101和狹縫102之間，或狹縫106和棱鏡107之間增加濾光元件，以降低光源光對(duì)背景的干擾，所用的濾光元件選自濾光膜、濾光片。

在光源101和狹縫102之間增加聚光元件，可以將光源的光會(huì)聚于狹縫處，即增加激發(fā)光強(qiáng)，優(yōu)選的聚光元件選自線性聚光元件，如菲涅爾透鏡。

實(shí)施實(shí)例2 一種毛細(xì)管熒光儀的構(gòu)造

光源發(fā)出的激發(fā)光照射毛細(xì)管201的末端，激發(fā)光在毛細(xì)管壁內(nèi)波導(dǎo)，傳遞至樣本202處，樣本202的熒光通過狹縫204，經(jīng)過線性聚光透鏡205會(huì)聚到反射光柵206處，色散后的光可以被探測器207檢測。

其中狹縫204與毛細(xì)管201平行，便于熒光盡可能多的射出。

直角三棱鏡203位于狹縫204相對(duì)于毛細(xì)管201的反方向，用于將一部分反方向射出的樣本熒光反射至狹縫204處，可以增加狹縫的光通量。當(dāng)樣本熒光足夠強(qiáng)的情況下，該棱鏡可以省去。

在上述方案的一種優(yōu)選方案中，可以在受光照的毛細(xì)管末端，或狹縫204和線性聚光透鏡205之間增加濾光元件，以降低光源光對(duì)背景的干擾，所用的濾光元件選自濾光膜、濾光片。

在受光照的毛細(xì)管末端增加聚光透鏡，可以將光源的光會(huì)聚于毛細(xì)管201末端，即增加激發(fā)光強(qiáng)。

實(shí)施實(shí)例3 一種毛細(xì)管熒光儀的構(gòu)造

線性光源301發(fā)出的激發(fā)光通過狹縫302照射毛細(xì)管303內(nèi)的樣本304，樣本304的熒光通過狹縫305，再經(jīng)過準(zhǔn)直反射鏡306反射為平行光，照射到凹面光柵307上，凹面光柵將入射平行光色散成不同顏色的光，同時(shí)將光線延毛細(xì)管軸向會(huì)聚到探測器308上。

其中毛細(xì)管303與狹縫302平行，便于入射光盡可能多的照到毛細(xì)管上；激發(fā)更多的樣本發(fā)光，狹縫305與毛細(xì)管303平行，便于熒光盡可能多的射出。

相對(duì)于實(shí)例1和實(shí)例2的實(shí)施方案，該方案中準(zhǔn)直元件和凹面光柵的可以增加光譜儀的波長分辨率。

此外，實(shí)例1和實(shí)例2中的所有方案中，起色散作用的棱鏡與光柵可以互相代替，可達(dá)到類似的技術(shù)效果。實(shí)例1到實(shí)例3中的所有方案中，還可以根據(jù)具體需要，在光路上添加聚光透鏡、反光聚光鏡、反光鏡、狹縫、濾光膜、濾光片、棱鏡、光柵、透鏡等。

上述方案各有優(yōu)勢，適用于不同的檢測需要。其中實(shí)例1和實(shí)例2的構(gòu)造相對(duì)簡單，如果采用棱鏡或者平面光柵作為色散元件，其成本低，適用于不需要高波長分辨率的檢測。實(shí)例3采用了準(zhǔn)直元件和凹面光柵，可以消除一定的球差、彗差，達(dá)到較高的波長分辨率，適用于精度高的檢測。

結(jié)合現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)技術(shù)，本發(fā)明的熒光儀可以通過數(shù)據(jù)線、wifi、藍(lán)牙等方式與手機(jī)連接。其中，按實(shí)施實(shí)例1和實(shí)例3做出的毛細(xì)管熒光儀封裝后，可以通過數(shù)據(jù)線與手機(jī)連接，如附圖4所示，待測毛細(xì)管01插在熒光儀02的毛細(xì)管架上，熒光儀02測得的數(shù)據(jù)可以通過數(shù)據(jù)線傳到手機(jī)03上，顯示在手機(jī)顯示屏上。手機(jī)還可以用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析。毛細(xì)管可做一次性使用，不用清洗樣本容器，減少了樣本污染。同時(shí)，取樣量少，這種實(shí)施方式適用于戶外即時(shí)檢測。