专利名称：一种利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法
技术领域：
本发明涉及一种定位毛细管阵列在电荷耦合元件上成像位置的方法，属于高通量微量分析技术领域。
背景技术：
由于毛细管具有良好的散热效能，且承受电压高、进样量小，具有仪器分析所要求的高效，快速，样品用量少等最基本和最优异的特点。毛细管两端所加电压可高至30kV，分离毛细管的纵向电场强度可达到400V/cm以上，因而分离操作可以在很短的时间内，达到非常高的分离效率(理论塔板数达到400000/m以上，最高达107/m数量级)。因为毛细管的内径很小(一般< 100 μ m)，对内径50 μ m,长度为50cm的毛细管，其容积不足1 μ L，进样体积在nL级，样品浓度可低于10 4mol/L。此外，毛细管电泳技术还有容易自动化，操作简便，溶剂消耗少，环境污染小等优点。毛细管电泳技术的应用首先集中在氨基酸，糖类，核酸和蛋白质等生物分子的分离分析上，随着此项技术的不断发展和完善，其应用已逐渐的向医药卫生，食品化工，环境等领域渗透。毛细管电泳技术还应用于DNA的高速测序，蛋白质的高效分离，糖类分析，细胞分析， 手性拆分，物理化学常数的测定，生产工程控制等。为了提高毛细管检测的通量，毛细管阵列作为高通量电泳分析手段被广泛应用于生物化学分析中。在医疗、化学化工、生物制药、法医分析等领域广泛应用毛细管阵列进行微量试剂的定性和定量分析。毛细管阵列可以同时实现批量试剂的分析。但由于毛细管之间的位置关系存在不确定性，使得毛细管阵列进行微量试剂的定性和定量分析时存在误差。目前尚没有消除这种误差的成熟技术。
发明内容
为了同时对多根毛细管进行分析，需要对毛细管在电荷耦合元件(CXD)上的成像位置进行定位，以消除毛细管阵列进行微量试剂定性或定量分析时的误差。本发明提供一种利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，所述方法包括(1) 用激光束照射毛细管束发出拉曼光，( 通过拉曼成像仪成像在电荷耦合元件(CXD)上， (3)分析电荷耦合元件CXD上的光谱图对毛细管束中各毛细管进行定位。进一步，所述方法步骤(1)用激光束照射毛细管束发出拉曼光是指激光束被毛细管的石英或管内溶液散射发出拉曼光。进一步，所述拉曼成像仪通过取光狭缝、光栅分光及聚焦透镜使拉曼光成像在CXD 上。进一步，所述方法步骤(1)用激光束照射毛细管束内的水散射发出拉曼光，所用激光束为双激光束，所述双激光束的波长分别为488nm和514. 5nm。作为优选方式，所述单数毛细管采集488nm激光器激发的拉曼光，双数毛细管采集514. 5nm激光器激发的拉曼光。
作为另一优选方式，所述双数毛细管采集488nm激光器激发的拉曼光，单数毛细管采集514. 5nm激光器激发的拉曼光。进一步，所述方法步骤(3)中以像素数为横轴，光谱强度为纵轴得到空间校正谱图，通过峰识别得到每根毛细管中心位置和每根毛细管之间的有效宽度。本发明的位置定位技术采用双激光束，分别为488nm和514. 5nm。水的特征拉曼峰位于3400CHT1处。对于488nm(20491. ScnT1)，水散射的拉曼特征峰位于17091. 8CHT1，对应的波长为585nm。对于514. 5nm(19436. 3CHT1)，水散射的拉曼特征峰位于16036. 3CHT1，对应的波长为623.6nm。图2是水散射的特征拉曼峰。从图中可以看出，其谱主要分布在^OOcnT1 到3800CHT1波数之间。488nm和514. 5nm激光被水散射的特征拉曼峰投影到数据采集CXD上可以得到图3。蓝光(左侧)是采集488nm激光被水散射的拉曼光强度，红光(右侧)对应的是采集514. 5nm激光被水散射的拉曼荧光强度，每一个峰对应一根毛细管，采用相邻毛细管间隔采集不同波长激光被散射的拉曼光的特点，即单数毛细管采集488nm激光器激发的拉曼光，双数毛细管采集514. 5nm激光器激发的拉曼光，反之亦可。从图中我们可以看到，488nm 和514. 5nm激光被水散射的拉曼峰恰好能够分开，且正好分布在CXD检测范围之内500 660nm。这恰好符合了空间校正中采集两组数据进行校正的需求。图4给出了空间校正CCD 上的一帧光谱图，从图4上可以明显看到每根毛细管上对应两个亮点(拉曼峰值)。对图4进行横轴数据求和作为光谱强度，以纵轴象素为横坐标作图给出空间校正谱图如图5所示。通过简单的峰识别可以给出每根毛细管中心位置(如图6所示)和有效宽度(一般左右各取一个或两个象素)。本发明的有益效果(1)采用激光激发石英或水的拉曼光谱实现光谱成像；(2)可采用单一或多激光器激发；(3)实现毛细管在CXD上的位置定位和平行度调整；(4)方法实现装置结构简单，易操作。(5)可消除毛细管阵列进行微量试剂分析时的误差，提高分析准确度。
图1为本发明定位方法操作示意图；图2为水的拉曼光谱图水散射的特征拉曼峰；图3为水的拉曼光谱图488nm和514. 5nm激光被水散射的特征拉曼峰投影到数据采集CXD上图4为毛细管阵列拉曼光在CXD上的成像图；图5为空间位置定位分析示意图。横轴为象素数，纵轴为光谱强度作6为空间定位分析数据其中1-激光束，2-毛细管阵列，3-单根毛细管，4-拉曼光，5-拉曼光谱成像CXD
具体实施方式
现结合附图及实施例对本发明方法作进一步详细说明。图1是本发明方法的操作示意图。用激光束1照在毛细管束2的检测窗口处，激光被单根毛细管3的石英或管内溶液中的水散射，发出拉曼光4，通过取光狭缝，光栅分光， 透镜聚焦后成像在CXD 5上，分析CXD 5上的光谱图对毛细管束进行位置定位。位置定位技术采用双激光束，分别为488nm和514. 5nm。488nm和514. 5nm激光被水散射的特征拉曼峰投影到数据采集CCD上可以得到图3。蓝光(左侧)是采集488nm激光被水散射的拉曼光强度，红光(右侧)对应的是采集514. 5nm激光被水散射的拉曼荧光强度，每一个峰对应一根毛细管，采用相邻毛细管间隔采集不同波长激光被散射的拉曼光的特点，即单数毛细管采集488nm激光器激发的拉曼光，双数毛细管采集514. 5nm激光器激发的拉曼光，反之亦可。488nm和514. 5nm激光被水散射的拉曼峰恰好能够分开，且正好分布在CCD检测范围之内500 660nm。这恰好符合了空间校正中采集两组数据进行校正的需求。图4给出了空间校正CXD上的一帧光谱图，从图4上可以明显看到每根毛细管上对应两个亮点(拉曼峰值)。对图4进行横轴数据求和作为光谱强度，以纵轴象素为横坐标作图给出空间校正谱图如图5所示。通过简单的峰识别可以给出每根毛细管中心位置(如图6所示)和有效宽度(一般左右各取一个或两个象素)。尽管通过参照发明的某些优选实施例，已经对发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，其特征在于，所述方法包括(1)用激光束照射毛细管束发出拉曼光，(2)通过拉曼成像仪成像在电荷耦合元件C⑶上，(3)分析电荷耦合元件CCD上的光谱图对毛细管束中各毛细管进行定位。
2.按照权利要求1所述的利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，其特征在于，所述方法步骤(1)用激光束照射毛细管束发出拉曼光是指激光束被毛细管的石英或管内溶液散射发出拉曼光。
3.按照权利要求1所述的利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，其特征在于，所述拉曼成像仪通过取光狭缝、光栅分光及聚焦透镜使拉曼光成像在CCD上。
4.按照权利要求2所述的利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，其特征在于，所述激光束照射毛细管束内的溶剂水散射发出拉曼光，所用激光束为双激光束，所述双激光束的波长分别为488nm和514. 5nm。
5.按照权利要求4所述的利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，其特征在于，对所述单数毛细管采集488nm激光器激发的拉曼光，双数毛细管采集514. 5nm激光器激发的拉曼光。
6.按照权利要求4所述的利用拉曼光谱成像定位毛细管阵列的方法，其特征在于，对所述双数毛细管采集488nm激光器激发的拉曼光，单数毛细管采集514. 5nm激光器激发的拉曼光。
7.按照权利要求1所述的利用拉曼光谱定位毛细管阵列在电荷耦合元件上成像位置的方法，其特征在于，所述方法步骤(3)中以像素数为横轴，光谱强度为纵轴得到空间校正谱图，通过峰识别得到每根毛细管中心位置和每根毛细管之间的有效宽度。
全文摘要
本发明提供一种利用拉曼光谱定位毛细管阵列在电荷耦合元件上成像位置的方法，所述方法包括(1)用激光束照射毛细管束发出拉曼光，(2)通过拉曼成像仪成像在电荷耦合元件CCD上，(3)分析电荷耦合元件CCD上的光谱图对毛细管束中各毛细管进行定位。本发明采用双束激光激发石英或水的拉曼光谱实现光谱成像，实现了毛细管在CCD上的位置定位和平行度调整，可消除毛细管阵列进行微量试剂分析时的误差，提高分析准确度。
文档编号G01N21/65GK102331415SQ201110160548
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者张涛, 李彬, 贾二惠, 赵怡鹤, 陈学亮 申请人:公安部第一研究所, 北京中盾安民分析技术有限公司